Arus dalam Medan Magnet

Gambar 1.128 Penghantar berarus dalam Medan Magnet Penghantar ini dapat bergerak karena adanya medan magnet diseputar penghantar yang dialiri arus dan dengan medan magnet dari kutub U ke S Gambar 1.129. Gambar 1.129 Medan Magnet pada Penghantar dan Kutub Magnet Gambar 1.129 kiri penampang penghantar dengan arah arus meninggalkan kita, maka medan magnet penghantar akan berputar ke kanan. Gambar kanan memperlihatkan medan magnet dari kutub U menuju kutub S. Gambar 1.130 Arah Gerak Penghantar Bila penghantar diletakkan antara kutub, maka medan magnet seputar penghantar dan medan magnet dari kutub U ke S, pada sisi kanan penghantar medan magnet akan saling menguatkan karena memiliki arah yang sama. Sedang pada sisi kiri penghantar, medan magnet penghantar dengan medan magnet kutub U-S berlawanan sehingga saling melemahkan Gambar 1.130. Karenanya penghantar akan bergerak ke kiri. Arah gerak ini dapat ditentukan dengan kaidah atau aturan tangan kiri, perhatikan Gambar 1.131. 180 Gambar 1.131 Kaidah Tangan Kiri Tangan kiri dengan ibu jari 90 o terhadap 4 jari lain lainnya, diletakkan antara kutub dengan telapak tangan tertembus medan magnet dari kutub U. Empat jari menunjukkan arah arus dalam penghantar,maka ibu jari menunjukkan arah gerak penghantar. Daya Lorentz Arus merupakan bergeraknya elektron bebas dalam benda. Hal ini mengakibatkan bergeraknya muatan dan mendorong ke sisi dimana gaya bergerak. Hal ini disebut dengan gaya Lorentz, yang besarnya akan semakin besar dengan semakin besarnya kerapatan magnet, muatan dan kecepatan pembawa muatan.     S m S m V A F 2 S      m VAs    N m Nm   F = Q  v  B 1.118 F = gaya lorentz Q = muatan v = kecepatan pembawa muatan B = kerapatan medan magnet Dengan menggantikan Q dengan hasil kali arus dengan waktu, v dengan panjang dibagi waktu, maka rumusan gaya Lorentz dapat dituliskan seperti berikut : B t t F     l I B    l I dimana : F = gaya lorentz I = arus l = panjang penghantar yang terpotong medan B = kerapatan medan magnet Kekuatan gaya Lorentz akan dipengaruhi oleh faktor-faktor dalam rumusan di atas. Jika penghantar dalam medan magnet tersebut dalam jumlah lebih dari satu, maka kekuatan gaya Lorentz akan sebanding dengan jumlah penghantar. Jadi rumusan di atas dikalikan jumlah penghantar. Kumparan berarus dalam Medan Magnet Kumparan bila diletakkan dalam medan magnet, maka kumparan tersebut akan berputar. a b Gambar 1.132 a Arah medan seputar penghantar dalam kumparan dan b arah medan magnet. Penampang potong dari sebuah kumparan digambarkan dengan dua penghantar dengan arah arus berlawanan. Dalam Gambar 1.132a diperlihatkan, penampang atas bertanda silang sedang yang bawah beranda titik. Medan seputar penghantar seperti diperlihatkan dalam gambar 1.132a. Bila kumparan berarus diletakkan dalam medan magnet maka akan terlihat dalam gambar 1.133. Pada sisi-sisi penghantar akan terjadi pelemahan dan penguatan medan tergantung arah antara medan seputar penghantar dengan medan magnet dari kutub-kutub magnet. 182 a b Gambar 1.133 Arah gerak kumparan dalam medan magnet. Hasilnya, penghantar sebelah atas akan bergerak ke kiri dan penghantar bawah akan bergerak ke kanan. Ini sesuai dengan kaidah tangan kiri. Bila kumparan telah melintang 90 terhadap medan magnet, maka kumparan akan berhenti bergerak. Seperti ditunjukkan Gambar 1.134 berikut ini. Gambar 1.134 Arah gerak saat kumparan 90  terhadap medan magnet. Momen putar dari kumparan dapat dihitung dengan rumusan sebagai berikut: r F 2 M    1.119   Nm m N M    d F M   M = momen putar F = gaya lorentz satu penghantar r = jari-jari kumparan d = diameter kumparan Contoh : Dalam sebuah kumparan dalam medan magnet mengalir arus 5A, lebar medan magnet yang melingkupi kumparan sebesar 0,25m dengan kerapatan medan 1,5T. Diameter kumparan 10cm dengan jumlah kumparan sebanyak 20 lilit. Berapa besar gaya lorentz dan berapa besar momen putarnya. Jawab : z B I F     l = 5  0,25  1,5  20=37,5N d F M   =37,5  0,1=3,75Nm

7.2.8 Induktor

Induksi Pada bahasan sebelumnya talah dibahas bagaimana arus listrik dapat menghasilkan efek magnet. Bagaimana kebalikan dari proses ini,apakah dari medan magnet dapat membangkitkan arus listrik? Percobaan untuk ini telah dilakukan oleh Michael Faraday 1791-1867 telah membuktikan hal tersebut. Listrik yang dihasilkan oleh medan magnet disebut induksi tegangan. Hukum induksi ini diberi nama sesuai nama penemunya, yaitu hukum Faraday. Gambar 1.135 Prinsip pembangkitan arus listrik Bila penghantar digerakkan dalam medan magnet maka akan terbangkit tegangan induksi,lihat Gambar 1.135. Gambar 1.136 Kaidah Tangan Kanan Arah arus dalam penghantar dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Seperti Gambar 1.136, medan magnet dari kutub U menuju kutub S. Arah gerak penghantar ditunjukkan oleh ibu jari. Maka arah arus sesuai ditunjukkan jari jari yang lain. 184 Gambar 1.137 Prinsip generator Prinsip sebuah generator diperlihatkan pada Gambar 1.137, penampang potongan diperlihatkan pada gambar kanan. a b c Gambar 1.138 a Posisi kumparan dalam medan magnet bTegangan yang dibangkitkan dilihat dengan CRO c Tegangan yang dibangkitkan dilihat dengan Galvanometer Tegangan keluaran yang terukur dengan CRO terlihat pada Gambar 1.138 b sedang yang terukur galvanometer terlihat pada Gambar 1.138 c. Pada saat kumparan melintang medan magnet, tegangan yang dibangkitkan masih nol volt. Ketika kumparan diputar ke kanan, tegangan naik dan mencapai puncaknya saat kumparan tegak lurus. Pada putaran selanjutnya, saat kumparan melintang, tegangan akan nol dan menjadi maksimum pada saat