Gaya antar kutub magnet permanen

4.1 Gaya antar kutub magnet permanen

Salah satu gejala kemagnetan yang dapat kalian amati dengan mudah adalah tertariknya paku atau potongan besi oleh batang magnet. Batang magnet semacam ini dikatagorikan sebagai magnet permanen. Disebut magnet permanen karena sifat kemagnetan tetap ada kecuali dikenai gangguan luar yang cukup besar seperti pemanasan pada suhu yang cukup tinggi atau pemukulan yang cukup keras. Batang tersebut tetap menjadi magnet selama tidak ada gangguan luar yang menghilangkan sifat magnetnya. Bahan yang memiliki sifat magnet permanen disebut bahan ferromagnetic.

Sebaliknya magnet tidak permanen adalah magnet yang hanya muncul ketika diberi pengaruh dari luar. Ketika pengaruh tersebut ditiadakan maka sifat magnetic juga hilang. Contohnya adalah paku yang dililiti kawat beberapa lilitan. Jika kawat dialiri arus listrik maka paku berubah menjadi magnet. Namun, jika arus listrik pada kawat dihentikan maka sifat kemagnetan paku hilang. Bahan dengan sifat magnetic sementara seperti ini disebut bahan paramagnetic.

Setiap magnet memiliki dua kutub yang berlawanan. Salah satu kutub dinamai kutub utara dan kutub lainnya dinamai kutub selatan. Dinamakan kutub utara karena kutub tersebut cenderung mengarah ke kutub utara geografi bumi. Sebaliknya, kutub selatan cenderung mengarah ke kutub selatan geografi bumi.

Dua magnet yang didekatkan akan melakukan gaya. Gaya tersebut cenderung mengorientasikan kutub-kutub dua magnet berada pada posisi berlawanan. Kutub utara satu magnet cenderung mendekati kutub selatan magnet lainnya. Mengapa demikian? Karena posisi seperti inilah yang menghasilkan energy interkasi paling kecil. Ingat bahwa semua proses di alam cenderung menuju kondisi setimbang dengan energy minimum. Makin dekat dua maget maka gaya yang dilakukan makin besar. Percobaan yang dilakukan terhadap sejumlah magnet didapoatkan sifat gaya antar kutub magnet, yaitu

i. Kutub sejenis melakukan gaya tolak-menolak (Gambar 4.1)

ii. Kutub tak sejenis melakukan gaya tarik-menarik

iii. Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antar dua kutub berbanding lurus dengan kekuatan masing-masing kutub dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar dua kutub.

Sifat ini sangat serupa dengan gaya antar muatan listrik yang diungkapkan oleh hukuk Coulomb. Secara matematika, besar gaya antar kutub magnet dapat ditulis

F  k 2 (4.1)

dengan

F gaya antar kutub m 1 kekuatan kutub pertama (Ampere meter) m 2 kekuatan kutub kedua

r jarak antara ke dua kutub k konstanta yang besarnya 10 -7 Weber/(Ampere meter).

Namun, rumus ini bukanlah merupakan rumus yang terlalu eksak. Rumus tersebut cukup teliti kalau jarak antara dua kutub sangat berdekatan. Jika jarak antara dua kutub cukup jauh maka penyimpangan bisa terjadi. Penyebabnya adalah magnet selalu memiliki kutub utara dan selatan (selalu dalam bentuk dipol). Jika jarak antara dua kutub yang berhadapan sangat berjauhan maka pengaruh kutub di seberang batang mulai muncul dan mengganggu gaya antara dua kutub yang berhadapan. Hal ini berbeda dengan gaya antara dua muatan listrik yang dapat muncul dalam bentuk monopol (satu jenis muatan terpisah).

Gambar 4.1 Kutub magnet sejenis tolak-menolak dan kutub tak sejenis tarik-menarik. Besarnya gaya bergantung pada kekuatan kutub serta jarak antar kutub.

Gaya antara dua kutub magnet serupa dengan gaya antara dua dipol listrik. Perhatikan dua dipol listrik yang didekatkan seperti pada Gambar 4.2. Jarak antar muatan pada masing-masing dipol adalah d dan jarak muatan berdekatan pada dua dipol adalah r. Gaya antara dua dipole merupakan jumlah gaya yang dihasilkan semua muatan (empat muatan). Besar gaya yang dialami dipol sebelah kanan adalah

Jika jarak antara dua muatan berdekatan jauh lebih kecil daripada panjang dipol, atau r << d maka suku kedua, ketiga, dan keempat memiliki nilai jauh lebih kecil dibandingkan dengan suku pertama sehingga dapat diabaikan. Akibatnya gaya antar dipole dapat diaproksimasi dengan

Bentuk gaya seperti inilah yang dialami dua kutub magnet yang sangat berdekatan.

-q

+q

-q

+q

Gambar 4.2 Dua dipol didekatkan. Gaya antara dua dipole merupakan jumlah gaya yang dihasilkan semua muatan (empat muatan).

Sebaliknya, jika jarak antar dipol jauh lebih besar daripada panjang dipol maka perubahan yang berbanding terbalik dengan r tidak lagi terjadi. Tetapi gaya antar dipole dapat diaproksimasi dengan

Berarti gaya antar dipole berbanding terbalik dengan pangkat empat jarak antar dipol.