Medan Listrik dan Magnet dalam Elektromagnetik
Dalam tutorial sebelumnya tentang Pengertian Magnet kami melihat secara singkat bagaimana magnet permanen menghasilkan medan magnet di sekitar diri mereka dari kutub utara ke kutub selatan.
Sementara magnet permanen menghasilkan medan magnet statis yang baik dan kadang-kadang sangat kuat, dalam beberapa aplikasi kekuatan medan magnet ini masih terlalu lemah atau kita harus dapat mengontrol jumlah fluks magnet yang ada. Jadi untuk menghasilkan medan magnet yang lebih kuat dan lebih terkendali kita perlu menggunakan listrik.
Dengan menggunakan gulungan kawat yang dililitkan atau dibungkus di sekitar bahan magnet lunak seperti inti besi, kita dapat menghasilkan elektromagnet yang sangat kuat untuk digunakan dalam berbagai jenis aplikasi listrik.
Penggunaan kumparan kawat ini menghasilkan hubungan antara listrik dan magnet yang memberi kita bentuk magnet lain yang disebut Elektromagnetik.
Elektromagnetik dihasilkan ketika arus listrik mengalir melalui konduktor sederhana seperti panjang kawat atau kabel, dan ketika arus melewati seluruh konduktor maka medan magnet dibuat sepanjang seluruh konduktor.
Medan magnet kecil yang dibuat di sekitar konduktor memiliki arah yang pasti dengan kutub “Utara” dan “Selatan” yang dihasilkan ditentukan oleh arah arus listrik yang mengalir melalui konduktor.
Oleh karena itu, perlu untuk membangun hubungan antara arus yang mengalir melalui konduktor dan medan magnet yang dihasilkan di sekitarnya dengan aliran arus yang memungkinkan kita untuk menentukan hubungan yang ada antara Listrik dan Magnet dalam bentuk Elektromagnetik
Kami telah menetapkan bahwa ketika arus listrik mengalir melalui konduktor, medan elektromagnetik melingkar dihasilkan di sekitarnya dengan garis-garis fluks magnet yang membentuk loop lengkap yang tidak melintasi seluruh panjang konduktor.
Arah rotasi medan magnet ini diatur oleh arah arus yang mengalir melalui konduktor dengan medan magnet yang sesuai yang dihasilkan menjadi lebih kuat di dekat pusat konduktor pembawa arus.
Ini karena panjang lintasan loop semakin besar semakin jauh dari konduktor sehingga menghasilkan garis fluks yang lebih lemah seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Cara sederhana untuk menentukan arah medan magnet di sekitar konduktor adalah dengan mempertimbangkan memasukkan sekrup kayu biasa ke dalam selembar kertas. Saat sekrup memasuki kertas, tindakan rotasi adalah SEARAH JARUM JAM dan satu-satunya bagian dari sekrup yang terlihat di atas kertas adalah kepala sekrup.
Jika sekrup kayu dari desain kepala jenis pozidriv atau philips, tanda silang pada kepala akan terlihat dan salib ini yang digunakan untuk menunjukkan arus yang mengalir “ke” kertas dan jauh dari pengamat.
Demikian juga, tindakan melepas sekrup adalah kebalikannya, berlawanan arah jarum jam. Karena arus masuk dari atas maka meninggalkan bagian bawah kertas dan satu-satunya bagian dari sekrup kayu yang terlihat dari bawah adalah ujung atau titik sekrup dan titik inilah yang digunakan untuk menunjukkan arus "keluar" dari kertas dan menuju pengamat.
Kemudian aksi fisik sekrup kayu masuk dan keluar dari kertas menunjukkan arah arus dalam konduktor dan oleh karena itu, arah rotasi medan elektromagnetik di sekitarnya seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Konsep ini umumnya dikenal sebagai Kaidah Tangan Kanan dengan Sekrup.
Medan magnet menyiratkan keberadaan dua kutub, utara dan selatan. Polaritas konduktor pembawa arus dapat ditetapkan dengan menggambar huruf kapital S dan N dan kemudian menambahkan kepala panah ke ujung bebas dari huruf seperti yang ditunjukkan di atas memberikan representasi visual dari arah medan magnet.
Konsep lain yang lebih akrab yang menentukan arah aliran arus dan arah fluks magnet yang dihasilkan di sekitar konduktor disebut "Kaidah Tangan Kiri".
Arah medan magnet yang diakui adalah dari kutub utara ke kutub selatannya. Arah ini dapat disimpulkan dengan memegang konduktor pembawa arus di tangan kiri Anda dengan ibu jari menunjuk ke arah aliran elektron dari negatif ke positif.
Posisi jari-jari yang diletakkan melintang dan di sekitar konduktor sekarang akan menunjuk ke arah garis-garis gaya magnet yang dihasilkan seperti yang ditunjukkan.
Jika arah elektron yang mengalir melalui konduktor dibalik, tangan kiri perlu ditempatkan di sisi lain konduktor dengan ibu jari menunjuk ke arah baru dari aliran arus elektron.
Juga karena arus dibalik arah medan magnet yang dihasilkan di sekitar konduktor juga akan terbalik karena seperti yang telah kita katakan sebelumnya, arah medan magnet tergantung pada arah aliran arus.
Kaidah Tangan Kiri ini juga dapat digunakan untuk menentukan arah magnetik kutub dalam coil elektromagnetik. Kali ini, jari-jari menunjuk ke arah aliran elektron dari negatif ke positif sedangkan ibu jari yang diperluas menunjukkan arah kutub utara.
Ada variasi pada aturan ini yang disebut "Kaidah tangan kanan" yang didasarkan pada apa yang disebut aliran arus konvensional, (positif ke negatif).
Pertimbangkan kapan seutas kawat lurus ditekuk menjadi bentuk lingkaran tunggal seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Meskipun arus listrik mengalir dalam arah yang sama melalui seluruh panjang konduktor kawat, itu akan mengalir dalam arah yang berlawanan melalui kertas.
Ini karena arus meninggalkan kertas di satu sisi dan memasuki kertas di sisi lain sehingga bidang searah jarum jam dan bidang berlawanan arah jarum jam dihasilkan di samping satu sama lain di seluruh lembaran kertas.
Ruang yang dihasilkan antara dua konduktor ini menjadi medan magnet "intensif" dengan garis-garis gaya yang menyebar sedemikian rupa sehingga mereka mengasumsikan bentuk magnet batang yang menghasilkan kutub utara dan selatan yang khas pada titik persimpangan.
Arus yang mengalir melalui dua konduktor paralel dari loop berada dalam arah yang berlawanan saat arus melalui loop keluar dari sisi kiri dan kembali di sisi kanan. Ini menghasilkan medan magnet di sekitar masing-masing konduktor di dalam loop berada dalam arah "SAMA" satu sama lain.
Garis-garis gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir melalui loop berlawanan satu sama lain dalam ruang antara dua konduktor di mana dua kutub seperti bertemu sehingga mengubah garis-garis gaya di sekitar masing-masing konduktor seperti yang ditunjukkan.
Namun, distorsi fluks magnet di antara dua konduktor menghasilkan intensitas medan magnet di persimpangan tengah adalah garis-garis gaya menjadi lebih dekat bersama.
Interaksi yang dihasilkan antara dua bidang sejenis menghasilkan gaya mekanis antara dua konduktor saat mereka mencoba untuk saling menjauh. Dalam sebuah mesin listrik, penolakan dua medan magnet ini menghasilkan gerakan.
Namun, karena konduktor tidak dapat bergerak, kedua medan magnet itu saling membantu dengan menghasilkan kutub utara dan selatan di sepanjang garis interaksi ini.
Ini menghasilkan medan magnet terkuat di tengah antara dua konduktor. Intensitas medan magnet di sekitar konduktor sebanding dengan jarak dari konduktor dan dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya.
Medan magnet yang dihasilkan sekitar panjang lurus dari kabel pembawa arus sangat lemah bahkan dengan arus tinggi yang melewatinya.
Namun, jika beberapa lilitan kawat dililit bersama-sama di sepanjang sumbu yang sama menghasilkan lilitan kawat, medan magnet yang dihasilkan akan menjadi lebih terkonsentrasi dan lebih kuat daripada hanya satu loop tunggal. Ini menghasilkan kumparan elektromagnetik yang lebih umum disebut Solenoid.
Kemudian setiap panjang kawat memiliki efek elektromagnetisme di sekitarnya ketika arus listrik mengalir melaluinya. Arah medan magnet tergantung pada arah aliran arus.
Kita dapat meningkatkan kekuatan medan magnet yang dihasilkan dengan membentuk panjang kawat menjadi coil dan kita akan melihat efek ini secara lebih rinci dalam tutorial berikutnya yaitu tentang Kumparan Elektromagnetisme dan Permeabilitas.
Sementara magnet permanen menghasilkan medan magnet statis yang baik dan kadang-kadang sangat kuat, dalam beberapa aplikasi kekuatan medan magnet ini masih terlalu lemah atau kita harus dapat mengontrol jumlah fluks magnet yang ada. Jadi untuk menghasilkan medan magnet yang lebih kuat dan lebih terkendali kita perlu menggunakan listrik.
Dengan menggunakan gulungan kawat yang dililitkan atau dibungkus di sekitar bahan magnet lunak seperti inti besi, kita dapat menghasilkan elektromagnet yang sangat kuat untuk digunakan dalam berbagai jenis aplikasi listrik.
Penggunaan kumparan kawat ini menghasilkan hubungan antara listrik dan magnet yang memberi kita bentuk magnet lain yang disebut Elektromagnetik.
Elektromagnetik dihasilkan ketika arus listrik mengalir melalui konduktor sederhana seperti panjang kawat atau kabel, dan ketika arus melewati seluruh konduktor maka medan magnet dibuat sepanjang seluruh konduktor.
Medan magnet kecil yang dibuat di sekitar konduktor memiliki arah yang pasti dengan kutub “Utara” dan “Selatan” yang dihasilkan ditentukan oleh arah arus listrik yang mengalir melalui konduktor.
Oleh karena itu, perlu untuk membangun hubungan antara arus yang mengalir melalui konduktor dan medan magnet yang dihasilkan di sekitarnya dengan aliran arus yang memungkinkan kita untuk menentukan hubungan yang ada antara Listrik dan Magnet dalam bentuk Elektromagnetik
Kami telah menetapkan bahwa ketika arus listrik mengalir melalui konduktor, medan elektromagnetik melingkar dihasilkan di sekitarnya dengan garis-garis fluks magnet yang membentuk loop lengkap yang tidak melintasi seluruh panjang konduktor.
Arah rotasi medan magnet ini diatur oleh arah arus yang mengalir melalui konduktor dengan medan magnet yang sesuai yang dihasilkan menjadi lebih kuat di dekat pusat konduktor pembawa arus.
Ini karena panjang lintasan loop semakin besar semakin jauh dari konduktor sehingga menghasilkan garis fluks yang lebih lemah seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Medan Magnet di sekitar Konduktor
Cara sederhana untuk menentukan arah medan magnet di sekitar konduktor adalah dengan mempertimbangkan memasukkan sekrup kayu biasa ke dalam selembar kertas. Saat sekrup memasuki kertas, tindakan rotasi adalah SEARAH JARUM JAM dan satu-satunya bagian dari sekrup yang terlihat di atas kertas adalah kepala sekrup.
Demikian juga, tindakan melepas sekrup adalah kebalikannya, berlawanan arah jarum jam. Karena arus masuk dari atas maka meninggalkan bagian bawah kertas dan satu-satunya bagian dari sekrup kayu yang terlihat dari bawah adalah ujung atau titik sekrup dan titik inilah yang digunakan untuk menunjukkan arus "keluar" dari kertas dan menuju pengamat.
Kemudian aksi fisik sekrup kayu masuk dan keluar dari kertas menunjukkan arah arus dalam konduktor dan oleh karena itu, arah rotasi medan elektromagnetik di sekitarnya seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Konsep ini umumnya dikenal sebagai Kaidah Tangan Kanan dengan Sekrup.
Kaidah Tangan Kanan dengan Sekrup
Medan magnet menyiratkan keberadaan dua kutub, utara dan selatan. Polaritas konduktor pembawa arus dapat ditetapkan dengan menggambar huruf kapital S dan N dan kemudian menambahkan kepala panah ke ujung bebas dari huruf seperti yang ditunjukkan di atas memberikan representasi visual dari arah medan magnet.
Konsep lain yang lebih akrab yang menentukan arah aliran arus dan arah fluks magnet yang dihasilkan di sekitar konduktor disebut "Kaidah Tangan Kiri".
Posisi jari-jari yang diletakkan melintang dan di sekitar konduktor sekarang akan menunjuk ke arah garis-garis gaya magnet yang dihasilkan seperti yang ditunjukkan.
Jika arah elektron yang mengalir melalui konduktor dibalik, tangan kiri perlu ditempatkan di sisi lain konduktor dengan ibu jari menunjuk ke arah baru dari aliran arus elektron.
Juga karena arus dibalik arah medan magnet yang dihasilkan di sekitar konduktor juga akan terbalik karena seperti yang telah kita katakan sebelumnya, arah medan magnet tergantung pada arah aliran arus.
Kaidah Tangan Kiri ini juga dapat digunakan untuk menentukan arah magnetik kutub dalam coil elektromagnetik. Kali ini, jari-jari menunjuk ke arah aliran elektron dari negatif ke positif sedangkan ibu jari yang diperluas menunjukkan arah kutub utara.
Ada variasi pada aturan ini yang disebut "Kaidah tangan kanan" yang didasarkan pada apa yang disebut aliran arus konvensional, (positif ke negatif).
Pertimbangkan kapan seutas kawat lurus ditekuk menjadi bentuk lingkaran tunggal seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Meskipun arus listrik mengalir dalam arah yang sama melalui seluruh panjang konduktor kawat, itu akan mengalir dalam arah yang berlawanan melalui kertas.
Ini karena arus meninggalkan kertas di satu sisi dan memasuki kertas di sisi lain sehingga bidang searah jarum jam dan bidang berlawanan arah jarum jam dihasilkan di samping satu sama lain di seluruh lembaran kertas.
Ruang yang dihasilkan antara dua konduktor ini menjadi medan magnet "intensif" dengan garis-garis gaya yang menyebar sedemikian rupa sehingga mereka mengasumsikan bentuk magnet batang yang menghasilkan kutub utara dan selatan yang khas pada titik persimpangan.
Elektromagnetisme di sekitar Loop
Arus yang mengalir melalui dua konduktor paralel dari loop berada dalam arah yang berlawanan saat arus melalui loop keluar dari sisi kiri dan kembali di sisi kanan. Ini menghasilkan medan magnet di sekitar masing-masing konduktor di dalam loop berada dalam arah "SAMA" satu sama lain.
Namun, distorsi fluks magnet di antara dua konduktor menghasilkan intensitas medan magnet di persimpangan tengah adalah garis-garis gaya menjadi lebih dekat bersama.
Interaksi yang dihasilkan antara dua bidang sejenis menghasilkan gaya mekanis antara dua konduktor saat mereka mencoba untuk saling menjauh. Dalam sebuah mesin listrik, penolakan dua medan magnet ini menghasilkan gerakan.
Namun, karena konduktor tidak dapat bergerak, kedua medan magnet itu saling membantu dengan menghasilkan kutub utara dan selatan di sepanjang garis interaksi ini.
Ini menghasilkan medan magnet terkuat di tengah antara dua konduktor. Intensitas medan magnet di sekitar konduktor sebanding dengan jarak dari konduktor dan dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya.
Medan magnet yang dihasilkan sekitar panjang lurus dari kabel pembawa arus sangat lemah bahkan dengan arus tinggi yang melewatinya.
Namun, jika beberapa lilitan kawat dililit bersama-sama di sepanjang sumbu yang sama menghasilkan lilitan kawat, medan magnet yang dihasilkan akan menjadi lebih terkonsentrasi dan lebih kuat daripada hanya satu loop tunggal. Ini menghasilkan kumparan elektromagnetik yang lebih umum disebut Solenoid.
Kemudian setiap panjang kawat memiliki efek elektromagnetisme di sekitarnya ketika arus listrik mengalir melaluinya. Arah medan magnet tergantung pada arah aliran arus.
Kita dapat meningkatkan kekuatan medan magnet yang dihasilkan dengan membentuk panjang kawat menjadi coil dan kita akan melihat efek ini secara lebih rinci dalam tutorial berikutnya yaitu tentang Kumparan Elektromagnetisme dan Permeabilitas.