Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik

Medan magnet adalah daerah di sekitar penghantar berarus listrik yang dapat menghasilkan gaya magnetik. Fenomena ini pertama kali diteliti oleh Hans Christian Oersted pada tahun 1820. Ia menemukan bahwa jarum kompas yang didekatkan pada kawat berarus listrik akan menyimpang dari arah utara-selatan. Penemuan ini membuktikan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet.

Dalam percobaannya, Oersted menggunakan jarum magnet kecil dan kawat penghantar yang dialiri arus. Ketika arus listrik mengalir, posisi jarum magnet berubah, menandakan adanya medan magnet di sekitar kawat. Arah penyimpangan jarum bergantung pada arah arus listrik. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Garis-garis gaya medan magnet ini digambarkan berbentuk lingkaran yang mengelilingi kawat penghantar.

Terdapat dua aturan yang digunakan untuk menentukan arah medan magnet:

arah putaran sekrup menunjukkan arah medan magnet, sedangkan gerakan maju sekrup menunjukkan arah arus listrik.

jika ibu jari menunjukkan arah arus listrik, maka arah lengkungan keempat jari menunjukkan arah medan magnet.

Hukum Biot-Savart

Hukum Biot-Savart menjelaskan hubungan antara arus listrik dengan medan magnet yang ditimbulkannya. Besarnya medan magnet di titik A akibat elemen kawat penghantar yang dialiri arus listrik dinyatakan sebagai:

dB = induksi magnetik di titik A (Tesla),

dL = panjang elemen kawat (m),

I = kuat arus listrik (A),

r = jarak dari kawat ke titik A (m),

Dari persamaan tersebut terlihat bahwa besarnya medan magnet berbanding lurus dengan kuat arus listrik dan panjang penghantar, serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari kawat.

Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus Panjang

Untuk kawat panjang yang dialiri arus listrik, persamaan Biot-Savart dapat diintegralkan sehingga diperoleh:

B = induksi magnetik (Tesla),

I = kuat arus listrik (A),

a = jarak dari titik ke kawat (m).

Persamaan ini menunjukkan bahwa semakin dekat titik pengamatan ke kawat, semakin besar medan magnet yang dirasakan.

Medan Magnet pada Kawat Melingkar

Jika kawat penghantar dibentuk menjadi lingkaran dengan jari-jari (a), medan magnet di pusat lingkaran adalah:

Jika lilitan terdiri dari (N) putaran, maka:

N = jumlah lilitan,

I = arus listrik (A),

a = jari-jari lingkaran (m).

Medan Magnet di Sekitar Solenoida

Solenoida adalah kawat penghantar panjang yang dililit rapat membentuk kumparan. Medan magnet di dalam solenoida sebanding dengan jumlah lilitan dan arus listrik, serta berbanding terbalik dengan panjang solenoida. Persamaannya:

B = induksi magnetik di tengah solenoida (Tesla),

N = jumlah lilitan,

I = arus listrik (A),

L = panjang solenoida (m).

Di ujung solenoida, besar induksi magnetiknya adalah:

Medan Magnet pada Toroida

Toroida adalah solenoida yang dibentuk melingkar seperti cincin. Medan magnet di dalam toroid dapat ditentukan dengan hukum Ampere. Persamaannya adalah:

B = induksi magnetik pada toroid (Tesla),

N = jumlah lilitan,

I = arus listrik (A),

a = jari-jari toroid (m).