Magnet

Pengantar

Pengantar …

Jika sebuah kawat yang diletakkan vertikal di sekitar tumpukan pasir halus (atau serbuk besi) diberi arus listrik, maka pasir halus ini akan membentuk garis-garis konsentris dengan kawat. Garis-garis ini menggambarkan bahwa di sekitar kawat tersebut medan magnetik atau medan magnet. Medan magnetik diberi simbol* : B *Tidak ada aturan baku dalam menamai medan vektor pada gejala magnetisasi. B mungkin disebut juga sebagai induksi magnetik atau rapat fluks magnetik. Medan vektor yang lain H, kadang disebut sebagai medan magnetik. Dalam kuliah ini kita anggap B sebagai besaran yang lebih mendasar, karenanya kita sebut B sebagai medan magnetik.

Muatan bergerak dalam medan magnetik Medan magnetik menembus bidang B B B + v

FB

Dalam medan listrik kita mengenal: muatan listrik Í E Îmuatan listrik Seharusnya simetri antara medan listrik dan medan magnet memungkinkan kita untuk menuliskan muatan magnet Í B Îmuatan magnet Akan tetapi karena tidak/belum dijumpai muatan magnetik tunggal (monopole magnetic), maka pernyataan yang lebih lengkap adalah: muatan listrik yg bergerakÍ B Îmuatan listrik yg bergerak atau arus listrik Í B Îarus listrik Jadi arus listrik akan menimbulkan medan listrik

Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik • Besarnya gaya magnetik FB yang bekerja pada suatu partikel sebanding dengan muatan q dan laju partikel |v| • Besar dan arah dari gaya FB bergantung pada kecepatan partikel v dan besar & arah medan magnetik B

Eksperimen menunjukkan

1

Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik… • Ketika partikel bergerak sejajar dengan vektor medan magnetik, gaya magnetik yang bekerja pada partikel adalah nol • Ketika vektor kecepatan partikel v membuat sudut θ ≠ 0 dengan medan magnetik, gaya magnetik bekerja dalam arah yang tegak lurus dengan v dan B. Dengan kata lain F ⊥ bidang yang dibentuk oleh v dan B

Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik …

Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik… • Gaya magnetik yang bekerja pada muatan positif berlawanan arah dengan gaya magnetik yang bekerja pada muatan negatif yang begerak dalam arah yang sama • Besarnya medan magnetik yang bekerja pada partikel yang bergerak sebanding dengan sin θ dimana θ adalah sudut yang dibentuk vektor kecepatan partikel dan medan magnetik B

Gaya Magnetik

Eksperimen menunjukkan bahwa:

FB ∝ qv × B Kita dapat menggunakan hubungan ini untuk menentukan besarnya B

FB = qv × B

F q

Β

θ

Aturan tangan kanan

v

Jika sebuah muatan q bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnetik B, maka muatan tersebut akan mengalami gaya magnetik F, yang besarnya adalah:

F = qvB sin θ Atau dalam bentuk vektor

F = qvxB

2

Gaya Magnetik …

Tabel 1. Beberapa contoh nilai medan magnetik

Satuan SI untuk B adalah tesla (T) Lokasi

1 tesla = 1 newton / (coulomb.meter/second) = 1 newton / (ampere.meter) Satuan yang lebih awal untuk B (bukan SI) adalah gauss. 1 tesla = 104 gauss

Perbedaan antara gaya listrik dan gaya magnetik

• Bekerja searah dengan medan listrik • Bekerja pada partikel bermuatan tanpa memperdulikan apakah bergerak atau tidak • Bekerja memindahkan partikel

Pada permukaan bintang neutron (dihitung) Dekat magnet superkonduktor Dekat elektromagnetik yang besar Dekat batang magnetik kecil Dekat permukaan bumi Ruang antar bintang Dalam ruang kedap magnetik

Medan Magnetik, (T) 108 5 1 10-2 10-4 10-10 10-14

Partikel bermuatan dalam medan magnetik serba sama

• Bekerja dalam arah tegak lurus medan magnetik • Bekerja pada partikel muatan hanya jika partikel tersebut bergerak • Tidak bekerja untuk menindahkan partikel

Medan menembus bidang + + + FB +

+

v

v

+ +

FB = qv × B Perhatikan laju tidak berubah tetapi arah berubah

3

Partikel bermuatan dalam medan magnetik serba sama

r=

Medan menembus bidang

FB = qv × B +

+

qB =

v

mv qB

mv p = = rB q q

Karena gaya selalu dalam arah radial, ia bekerja untuk mempertahankan partikel bergerak dalam lingkaran

FB = qv/ B =

FB

Bubble chamber

mvv/ r

mv mv ⇒ r= qB r

Contoh soal • Sebuah proton bergerak dalam lintasan lingkaran dengan jari-jari 14 cm dalam sebuah medan magnetik 0.35 T yang tegak lurus dengan kecepatan proton. Tentukan laju linier proton. v=

(

)

qBr 1,6 ×10 −19 C (0,35 T )(0,14 m ) = mp 1,67 ×10 − 27 kg

= 4,7 ×10 6 m/s

4