KATA PENGANTAR
Alhamdulillah dengan rahmat Allah, kami senatiasa memanjatkan puji dan syukur kepadaNya, atas petunjuk dan bimbingan-Nyalah, sehingga kami dapat menyusun makalah ini yang berjudul “ MEDAN MAGNET “. Makalah ini kami susun untuk memenuhi salah satu tugas yang diberikan oleh DOSEN mata kuliah Fisika Dasar II pada Program Studi Teknik Eksplorasi, Jurusan Teknik Pertambangan, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Muslim Indonesia Makassar. Kami menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu kami senantiasa terbuka dan berlapang dada untuk menerima masukan-masukan dan kritikan-kritikan dari semua pihak guna melengkapi pembahasan makalah ini. Akhirnya ucapan terima kasih kami sampaikan kepada semua pihak yang telah memberi motivasi dan bantuan atas selesainya pembahasan makalah ini. Semoga mendapat nilai tambah bagi kami sebagai penyusun dan dapat berguna bagi semua pihak. Amin, Wabillahi Taufiq Walhidayah. Makassar, 3 Mei 2009
Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.............................................................................
i
DAFTAR ISI.........................................................................................
ii
BAB I PENDAHULUAN.....................................................................
1
BAB II PEMBAHASAN A. Gaya Magnet Pada Muatan Bergerak................................
2
B. Gaya Magnet Pada Muatan Berarus..................................
5
C. Medan Magnet Oleh Arus Listrik........................................
7
D. Sifat Kemagnetan ..............................................................
8
BAB III PENUTUP Kesimpulan.............................................................................
12
DAFTAR PUSTAKA.............................................................................
13
BAB I PENDAHULUAN Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnitis lithos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet sekarang ini ada hampir semua adalah magnet buatan. Magnet selalu memiliki dua kutub, yaitu : kutub utara (north/N) dan kutub selatan (south/S). Walaupun magnet itu dipotongpotong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, taitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada Satuan Internasional adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m^2 = 1 tesla.
BAB II PEMBAHASAN
A. Gaya Magnet Pada Muatan Bergerak Perhatikan gambar 1. (Muatan listrik q x
x
x
x
x
x
x
bergerak dengan kecepatan v dalam medan x
x
x
x
x
x
x
magnetik homogen B { arah medan magnet x
x
x
x
x
x
x
v
x
x
x
x
x
masuk bidang kertas}). Hubungan
F
antara x
x muatan (q) dan kuat arus (i) adalah I = dq/dt. x
x
x
x
x
Kemudian, ruas kiri dan ruas kanan dikalikan d ℓ sehingga : dℓ id ℓ = dq
dq v dt
Subsitusikan nilai id ℓ
kedalam persamaan dF = id ℓ B sinӨ
sehingga didapatkan dF = dq vB sinӨ F = qvB sin Ө Jika Ө = 90° atau sin 90° = 1,besarnya gaya Lorentz pada sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam medan magnet B menjadi F = qvB. Untuk menentukan arah gaya Lorentz yang dialami oleh penghantar berarus listrik ataupun muatan listrik yang bergerak di dalam medan magnet yang homogen, digunakan ataupun sekrup. Jika arus listrik
I atau muatan q yang bergerak dengan kecepatan v diputar kearah medan magnet B, F adalah arah sekrup. Perhatikan gambar dibawah ini : F B
Aturan sekrup untuk muatan positif. Keterangan : V = kecepatan, F = Gaya Lorentz B = Induksi magnetik, Ө = Sudut yang diapit oleh v dan B, dengan v dan B sebidang dan selalu tegak lurus terhadap F.
v Selain cara tersebut, arah gaya Lorents juga dapat ditentukan dengan menggunkan aturan tangan kanan. Untuk menentukan arah gaya Lorentz pada muatan positif dengan menggunakan aturan tangan kanan. Sebuah partikel bermuatan listrik bergerak dengan kecepatan v, tegak lurus dengan medan magnet homogen yang mempengaruhinya. Lintasan partikel tersebut berupa lingkaran. Gaya Lorentz berfungsi sebagai gaya sentripetal untuk gerak melingkar ini. F = qvB sin Ө, untuk Ө = 90°, persamaannya menjadi : F = qvB Partikel tersebut bergerak melingkar karena gaya Lorentz bersifat sebagai gaya sentripetal. Menurut Hukum II Newton, pada gerak melingkar beraturan berlaku persamaan : v2 Fsp = masp = m , dengan Fsp = qvB, R v2
Maka, m
R dengan :
mv = qvB atau R = qB
B = induksi magnetik homogen yang arahnya masuk bidang kertas (Wm-2). v=
kecepatan partikel (ms-1)
q = muatan partikel (C) m = massa partikel (kg) R = jari-jari lintasannya (m) Jadi, jari-jari lintasan sebuah partikel yang bergerak di dalam medan magnet homogen sebanding dengan momentum partikel (mv), serta berbanding terbalik dengan besarnya muatan partikel (q) dan induksi magnetik (B) yang mempengaruhinya. Gaya magnet arahnya selalu tegak lurus permukaan yang dibentuk oleh v dan B. Artinya F selalu tegak lurus dengan v,dan untuk v yang besarnya konstan dan arahnya tegak lurus dengan arah B, maka gerak muatan adalah gerak melingkar beraturan pada suatu bidang datar tertentu. Gaya yang membuat benda bergerak melingkar (gaya sentripetal) adalah gaya magnet, yang besarnya F =qvB
Jika v dan B saling tegak lurus
Mv2 Sehingga qvB = R
mv R=
Artinya untuk partikel dengan v yang sama, jari-jari lintasannya ditentukan oleh perbandingan massa dan muatan
prinsip penggunaan
spektrometer massa. Partikel dengan m/q tertentu
Medan magnet konstan yang arahnya ke
R Sumber ion
B. Gaya Magnet Pada Muatan Berarus Arus listrik adalah muatan yang bergerak,
dℓ
Karenanya bila suatu penghantar yang dialiri arus berada
dalam daerah
bermedan
magnet, maka
Kawat bearu s
B
penghantar tersebut akan mengalami gaya magnet. Tinjau elemen yang panjangnya dℓ
yang arahnya searah dengan arah arus. Jika pada
penghantar ada muatan dq yang kecepatannya v, maka : dℓ v= dt dq sedangkan I =
dq = Idt dt
gaya yang dialami oleh elemen dℓ adalah dℓ dF = dqn x B = (Idt)
x B = I dℓ x B dt
Gaya total pada potongan kawat adalah
Jika I konstan
Bila suatu kumparan yang dialiri arus listrik berada dalam ruang bermedan magnet, maka kumparan tersebut dapat mengalami momen gaya
Gaya F1 dan F2 adalah
Pasangan gaya tersebut membentuk suatu momen gaya :
Momen gaya tersebut dapat dinyatakan dengan menggunakan besaran baru yaitu momen magnet µ.
Sehingga
C. Medan Magnet Oleh Arus Listrik Eksperimen yang dilakukan oleh H.C. Oersted menunjukkan bahwa adanya arus listrik (muatan listrik yang bergerak) dapat menimbulkan medan magnet. Untuk menentukan medan magnet yang disebabkan oleh muatan yang bergerak (arus listrik) ada dua cara yang dapat digunakan yaitu dengan hukum Biot-Savart dan dengan hokum Ampere. Hukum
Biot-Savart
mempunyai
kemiripan
dengan
hokum
Coulomb (untuk menentukan medan listrik) sedangkan hokum Ampere mempunyai kemiripan dengan hukum Gauss (untuk menentukan medan listrik). Medan magnet di titik P akibat
elemen dℓ
Dengan r adalah vektor satuan dalam arah r (yaitu vektor posisi titik P dari elemen dℓ. k adalah tetapan yang besarnya bergantung pada medium tempat sistem berada. Jika dalam medium hampa, maka
Arah medan magnet yang ditimbulkan oleh elemen dℓ ditentukan dari hasil operasi perkalian vector Untuk menentukan medan magnet yang disebabkan oleh seluruh bagian kawat, maka
D. Sifat Kemagnetan Sifat magnet dari suatu bahan dipengaruhi oleh bilangan kuantum keempat yang dikenal sebagai bilangan kuantum spin (ms). Bilangan ini menunjukkan arah dari gerakan elektron mengelilingi inti atom. Spin electron mempunyai nilai +1/2 jika elektron bergerak searah jarum jam, dan bernilai -1/2 jika elektron bergerak berlawanan arah dengan jarum
jam. Kontribusi gerakan elektron dalam atom yang saling berlawanan ini akan menimbulkan suatu gaya yang disebut momen magnetik, dimana resultannya akan sama dengan nol jika momen yang dihasilkan oleh gerakan elektron yang searah jarum jam diimbangi dengan gerakan elektron yang berlawanan dengan jarum jam. Ditinjau secara mikroskopik, sifat-sifat kemagnetan dapat dibagi menjadi
tiga
macam
,
yaitu
diamagnetik,
paramagnetik,
dan
ferromagnetik. Bahan-bahan yang memiliki sifat diamagnetik, tidak dapat ditarik oleh magnet, contohnya seng, emas dan bismuth. Aluminium dan platina yang berada di dalam medan magnet yang cukup kuat dapat ditarik, tetapi dengan gaya yang lemah. Bahan-bahan ini bersifat paramagnetik. Nikel, besi dan konbalt menunjukkan sifat kemagnetan yang sangat kuat. Bahan seperti ini disebut bersifat ferromagnetik. 1. Diamagnetik Bahan ini menghasilkan efek penolakan yang lemah terhadap medan magnet, dan mempunyai sifat kemagnetan hanya karena pengaruh dari medan magnet eksternal dihilangkan. Sifat diamagnetik timbul karena penyusunan kembali orbit elektron dalam pengaruh medan magnet. Merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan yang semua elektron dalam kulitnya berpasangan. Hal ini disebabkan resultan momen magnetiknya sama dengan nol, karena semua spin elektron -1/2 diimbangi denagn semua spin elektron +1/2, sehingga bahan ini
tidak menciptakan medan magnet. Permeabilitas bahan ini : µ <µo. Contoh : Bi, Cu, Au, Ag, Zn, NaCl.
2. Paramagnetik Bahan ini memiliki kerentanan positif tetapi masih kecil terhadap medan magnet. Bahan ini sedikit tertarik oleh medan magnet tetapi tidak dapat menyimpan pengaruh magnet tersebut apabila medan magnet eksternal dihilangkan. Merupakan sifat magnet dari bahan yang memiliki elektron yang tidak berpasangan dalam orbitalnya. Hal ini menyebabkan momen magnetiknya tidak sama dengan nol, karena ada arah putaran elektron yang tidak diimbangi. Sifat paramagnetik timbul karena penyusunan kembali orbit elektron yang disebabkan oleh pengaruh medan magnet eksternal. Jika bahan ini
masuk ke
dalam solenoid, akan timbul induksi
magnet.
Permebilitas bahan ini : µ >µo. Contoh : Al, Mg, W, Pt. 3. Ferromagnetik Bahan ini memiliki kerentanan positif yang besar
terhadap
medan magnet eksternal, dan dapat tertarik kuat dalam medan magnet, serta dapat menyimpan pengaruh magnetik walaupun medan magnet eksternalnya telah dihilangkan. Memiliki elektron yang tidak berpasangan dalam orbitalnya, maka resultan momen magnetiknya tidak sama dengan nol. Sifat magnetik yang kuat ini juga dipengaruhi
oleh adanya magnet domain. Magnet domain dapat diartikan sebagai bagian-bagian kecil dimana dalam setiap domain dipole atom betpasangan bersama-sama dalam arah tertentu. Pengaturan ini pula yang menyebabkan pembentukan bahan menjadi kristal selama proses pembekuan dari bentuk leburnya. Permebilitas bahan ini : µ >µo. Bahan ini biasanya yang dijadikan sebagai bahan untuk membuat magnet permanen. Contoh Fe, Ni, Co.
BAB III PENUTUP Kesimpulan 1. Magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. 2. Besarnya gaya Lorentz yang dialami penghantar dengan panjang ℓ yang dialiri arus listrik I dalam medan magnet homogen B memenuhi persamaan. F = Biℓ sin Ө. 3. Jari-jari lintasan sebuah partikel yang bergerak di dalam medan magnet homogen sebanding dengan momentum partikel (mv), serta berbanding terbalik dengan besarnya muatan partikel (q) dan induksi magnetik (B) yang mempengaruhinya. 4. Bila suatu penghantar yang dialiri arus berada
dalam
daerah
bermedan magnet, maka penghantar tersebut akan mengalami gaya magnet. 5. Adanya arus listrik (muatan listrik yang bergerak) dapat menimbulkan medan magnet. 6. Sifat magnet dari suatu bahan dipengaruhi oleh bilangan kuantum keempat yang dikenal sebagai bilangan kuantum spin (ms). 7. Ditinjau secara mikroskopik, sifat-sifat kemagnetan dapat dibagi menjadi
tiga
ferromagnetik.
macam
,
yaitu
diamagnetik,
paramagnetik,
dan
DAFTAR PUSTAKA Fisika Departemen. Medan Dan Gaya Magnetkemagnetan.IPB : Bogor. Indrajit, Dudi. 2006. Mudah dan Aktif Belajar Fisika. PT. Cipta : Bandung Kamajaya. Cerdas Belajar Fisika Untuk Kelas XII SMA IPA. Grafindo : Bandung. Kamajaya. 2008.Fisika Untuk Kelas XII Semester 1 SMA 3A. Grafindo : Bandung. www.id.wikipedia.org/wiki/magnet www.sifrianustokan.blog.friendster.com
MAKALAH
MEDAN MAGNET
Penyusun : KELOMPOK I KASRAN
: 093280036
CITRA AULIAN KHALIK : 093280037 ABD. SALAM. M
: 093280038
FITRAH IRIANTI ILEN
: 093280039
ANDI RESDIANTO
: 0932800
JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA MAKASSAR 2009
