Rumus Medan Magnet

Berikut rumus kuat medan magnet dalam berbagai kawat lurus, melingkar, melingkar N, sudut, solenoida dan toroida:

Rumus Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus

Sesuai dengan hukum Ampere, besar medan magnet yang dihasilkan dapat dihitung dengan rumus:

B =μ₀I / 2πr

yang dimana:

I adalah besar arus listrik
r jarak dari kabel
 merupakan konstanta permeabilitas ().

Kawat lurus yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang homogen untuk jarak yang sama dari kawat tersebut. Medan magnet yang dihasilkan membentuk lingkaran mengelilingi kawat dan arahnya ditentukan menggunakan kaidah tangan kanan.

Ibu jari tangan kanan menyatakan arah arus listrik dan keempat jari lainnya yang menekuk menunjukkan arah medan magnet.

Rumus Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar

B =μoi / 2a

yang dimana:

B = kuat medan magnetik (T)
a = jari-jari lingkaran yang terbentuk oleh kawat (m)
i = kuat arus listrik (A)
μo = 4π x 10−7dalam satuan standard

Kawat lurus melingkar yang dialiri arus listrik pada arah tertentu maka di sumbu pusat lingkaran akan timbul medan magnet dengan arah tertentu. Medan magnet di sekitar kawat melingkar juga dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Berbeda dengan kawat lurus panjang, pada kawat melingkar ibu jari tangan kanan menyatakan arah medan magnet dan keempat jari lainnya yang menekuk menunjukkan arah arus listrik.

Rumus Medan Magnet Kawat Melingkar N Lilitan

B =μoiN / 2a

yang dimana:

B = kuat medan magnetik (T)
a = jari-jari lingkaran yang terbentuk oleh kawat (m)
i = kuat arus listrik (A)
N = banyaknya lilitan
μo = 4π x 10−7dalam satuan standard

Glossaries
T = tesla
A = ampere
m = meter
Wb = weber

Rumus Kuat Medan Magnet Bagian Kawat Melingkar Sudut α

B = (∝ / 360°) x (μoi / 2a)

yang dimana:

B = kuat medan magnetik (T)
a = jari-jari lingkaran yang terbentuk oleh kawat (m)
i = kuat arus listrik (A)
μo = 4π x 10−7dalam satuan standard

Rumus Kuat Medan Magnet Solenoida bagian Tengah

B =μoiN / L

yang dimana:

B = kuat medan magnetik (T)
L = panjang solenoida (m)
i = kuat arus listrik (A)
N = jumlah lilitan solenoida
μo = 4π x 10−7dalam satuan standard

Rumus Kuat Medan Magnet Solenoida bagian Ujung / Tepi

B =μoiN / 2L

yang dimana:

B = kuat medan magnetik (T)
L = panjang solenoida (m)
i = kuat arus listrik (A)
N = jumlah lilitan solenoida
μo = 4π x 10−7dalam satuan standard

Rumus Kuat Medan Magnet Toroida

B =μoiN / 2πra

yang dimana:

B = kuat medan magnetik (T)
a = jari-jari efektif toroida (m)
i = kuat arus listrik (A)
N = jumlah lilitan toroida
μo = 4π x 10−7dalam satuan standard

Glossaries
1 Wb / m2 = 1 T

Penjelasan Medan Magnet

Medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya.

(Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet “permanen”).

Medan magnet adalah

Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

Contoh Soal dan Jawaban Medan Magnet

1. Tentukan besarnya induksi magnet disuatu titik yang berjarak 2 cm dari kawat lurus panjang yang berarus listrik 30 A?

A. 6 x 10-4 wb/m2
B. 3 x 10-4 wb/m2
C. 13 x 10-4 wb/m2
D. 9 x 10-4 wb/m2
E. 10-4 wb/m2

Pembahasan :

a  = 2 cm = 2 x 10-2
I   = 30 A
μo= 4  x 10 -7 Wb/A.m

Jadi induksi magnetnya 3 x 10-4 wb/m²

2. Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listik sebesar 10 A dari arah timur ke barat. Tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P yang berada tepat di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm!

A. 2 10-5 T
B. 4 10-5 T
C. 10 10-5 T
D. 2 10-6 T
E. 10-5 T

Pembahasan :

I    = 10 A
A   = 10 cm = 0,1 m
= 4 ×10-7 WbA-1m-1

Ditanyakan : BP = …?

Jawaban: BP =  =  = 2 10-5 T yang arahnya ke selatan.

3. Suatu daerah memiliki medan magnet seragam 4 tesla, berarah ke utara. Sebuah muatan titik positif dari 3 x 10^-10 coulomb sedang bergerak ke selatan jika medan magnetik ini tidak ada, pada kelajuan 200 meter per sekon. Gaya yang dikerjakan pada muatan titik oleh medan magnetik adalah…

A. 24 x 10^-8 N, ke utara
B. 24 x 10^-8 N, ke Selatan
C. 24 x 10^-10 N, ke timur
D. 24 x 10^-10 N, ke barat
E. 0

Jawab: E

Kita diberi muatan, kecepatannya, dan kekuatan dan arah medan magnet. Jadi kita dapat menggunakan persamaan F = qvB sin θ untuk menemukan gaya. Karena muatan bergerak saat medan magnetiknya tidak ada (B = 0), maka tidak ada gaya magnetik yang mempengaruhi muatan.

4. Dua penghantar lurus sepanjang 10 cm dialiri arus searah masing-masing sebesar 5 A dan 6 A. Keduanya terletak pada jarak 12 cm. Besar dan arah gaya Lorentz yang dialami kedua kawat adalah…

Jawaban:
5 .10-6 N tarik menarik.

5. Suatu kumparan terdiri atas 200 lilitan berbentuk persegi panjang dengan panjang 10 cm dan lebar 5 cm. Kumparan tersebut memiliki sumbu putar yang tegak lurus medan magnet sebesar 0,5 T dan diputar dengan kecepatan sudut 60 rad/s. GGL maksimum yang timbul pada ujung-ujung kumparan adalah…

A. 5 V
B. 30 V
C. 50 V
D. 60 V
E. 220 V

Pembahasan:

A = 10 cm x 5 cm = 0,1 m x 0,05 m = 5 x 10-3 m2
x = N B A w sin wt
xm = N B A w = 200 x 0,5 x 5 x 10-3 x 60 = 30 V.

6. Suatu solenoida yang panjang 2 m dan terdiri dari 800 lilitan dengan jari-jari 2 cm dialiri arus listrik sebesar 0,5 A. Besar induksi magnetik di pusat solenoida adalah…

Jawaban:
8π x 10-5 T

7. Sebuah solenoida panjang dengan jarak antarlilitan sangat dekat membawa suatu arus listrik searah. Tiap lilitan kawat mengerjakan…

A. suatu gaya tarik pada lilitan berdekatan berikutnya
B. suatu gaya tolak pada lilitan berdekatan berikutnya
C. gaya nol pada lilitan berdekatan berikutnya
D. salah satu gaya tarik atau tolak pada lilitan berikutnya bergantung pada arah arus dalam solenoida
E. salah satu gaya tarik atau tolak pada lilitan berdekatan berikutnya, tetapi ia tidak bergantung pada arah arus dalam solenoida

Jawab: A

Jarak antarlilitan sangat dekat membawa suatu arus listrik searah maka ada suatu gaya tarik pada lilitan berdekatan berikutnya.

8. Kuat medan magnet induksi pada pusat lingkaran dengan jari-jari 10π cm yang dialiri arus 2 ampere adalah…

Jawaban:

4,0 . 10^-6 T

9. Sebuah kawat penghantar diletakkan membujur selatan-utara dan dialiri arus 10 A yang arahnya ke utara. Induksi magnetik di suatu titik P yang terletak 4 cm di sebelah timur kawat tersebut adalah…

Jawaban:

5 . 10^-5 T arah ke bawah

10. Dua kawat sejajar P dan Q terpisah sejauh 8 cm. Kawat P dialiri arus 3 A dan kedua kawat mengalami gaya tolak-menolak persatuan panjang sebesar 12 x 10^-5 N/m. Besar dan arah arus pada kawat Q adalah…

A. 12 A searah dengan arus pada kawat P
B. 12 A berlawanan dengan arus pada kawat P
C. 15 A searah dengan arus pada kawat P
D. 15 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P
E. 16 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P

Jawaban: E
Dua kawat sejajar terpisah pada jarak a, akan mengalami gaya sebesar

F/L = µ₀I₁I₂/2πa
12 x 10^-5 N/m = (4π x 10^-7)(3 A)I_Q/(2π x 0,08 m)

I_Q = 16 A

Karena dua kawat yang dialiri arus berlawanan arah akan mengasilkan gaya total-menolak maka,
I_Q = 16 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P.

11. Sebuah toroida dengan jari-jari 40 cm dialiri arus listrik 2 A sehingga timbul induksi magnet 2,5 x 10-3 T pada pusat sumbunya. Maka jumlah lilitan pada toroida tersebut adalah…

Jawaban:
2.500.

12. Tiga buah kawat dengan nilai dan arah arus seperti ditunjukkan gambar berikut! Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik P yang berjarak 1 meter dari kawat ketiga!

Pembahasan
Pada titik P terdapat tiga medan magnet dari kawat I (masuk bidang), kawat II (keluar bidang) dan kawat III (masuk bidang).

13. Seutas kawat dengan panjang 100 cm, membawa arus 2 A dalam suatu daerah dengan suatu medan magnet homogen yang memiliki besar 100 tesla dalam arah gaya X. Gaya magnetik pada kawat jika θ = 45⁰ merupakan sudut antara kawat dan sumbu X adalah…

A. 70,7 k N
B. 141,4 k N
C. 0 N
D. –70,7 k N
E. –141,4 k N

Jawab: E
panjang kawat L = 100 cm = 1 m, arus I = 2 A, medan magnet B = 100 T,

Gaya magnetik pada kawat berarus listrik dalam suatu medan magnet diberikan oleh

F = IL x B = ILB sin θ
Dengan θ sudut antara L dengan medan magnet, maka
IL = (2 A)(1 m) cos 45⁰ i + (2 A)(1 m) cos 45⁰ j = (i + j)√2 Am

Maka gaya magnetik pada kawat untuk kasus dalam soal ini adalah

F = IL x B = (i + j)√2 Am x 100 T i = 100√2 j x i = 100√2 (–k) = –141,4k N

14. Sebuah muatan +10 μC bergerak dengan kecepatan 4.000 m/s ke arah utara dalam medan magnet 1,25 T ke arah bawah. Gaya Lorentz yang terjadi pada muatan adalah…

Jawaban:
0,05 N ke barat.

15. Sebuah bidang seluas 100 cm2 ditembus secara tegak lurus oleh garis-garis gaya magnet yang kerapatannya 5 x 10–4 Wb/m2. Besar fluks magnet yang dilingkupi bidang tersebut adalah…

A. 0
B. 2 x 10–6 Wb
C. 2,5 x 10–6 Wb
D. 4 x 10–6 Wb
E. 5 x 10–6 Wb

Pembahasan:

A = 100 cm2 = 10-2 m2

Garis-garis gaya magnet ^ bidang, berarti garis-garis gaya magnet // garis normal bidang, maka q = 0°

F = B A cos q = 5 x 10–4 x 1 x 10–2 x cos 0° = 5 x 10–6 Wb.

16. Bedasarkan soal sebelumnya, jika diketahui bahwa arus yang dapat dialirkan melalui kabel hanya sebesar 1,25 Ampere. Berapa besar jarak r untuk tetap meniadakan medan magnet bumi terhadap kompas?

Pembahasan:

Dengan menggunakan rumus medan magnet:

B =μ₀I / 2πr

Dapat dicari jarak r yakni:

r = μ₀I / 2πrB

Dari persamaan diatas diketahui bahwa besar arus listrik I sebanding dengan jarak r. Sehingga jika arus listriknya diperkecil menjadi 1/10 (sepersepuluh) dari sebelumnya, maka besar jarak r juga mengecil 1/10 (sepersepuluh) dari besar sebelumnya.

Maka jarak r sebesar 0,005 m atau 5 mm.

Bacaan Lainnya

• Induksi Elektromagnetik – Hukum Faraday dan Hukum Lenz – Soal dan Jawaban
• Permeabilitas Vakum (konstanta magnetik) – Konstanta fisika μ0 – Contoh Soal dan Jawaban
• Sifat Atom – 10 Sifat Dasar Atom (Nuklir, Massa, Ukuran, Momen magnetik, Aras energi)
• Bagaimana Cara Membuat Magnet Lebih Kuat?
• Rumus Induktansi, Induktor dan Energi Medan Magnet- Soal dan Jawaban
• Induksi dan Fluks Magnetik Bersama Contoh Soal dan Jawaban
• Rumus Rangkaian Listrik Dan Contoh-Contoh Soal Beserta Jawabannya
• Tabel Konstanta Fisika – Tabel konstanta universal, elektromagnetik, atom dan nuklir, fisika-kimia, nilai yang diadopsi, satuan natural, bilangan tetap
• Rumus Fisika: Alat optik: Lup, Mikroskop, Teropong Bintang, Energi, Frekuensi, Gaya, Gerak, Getaran, Kalor, Massa jenis, Medan magnet, Mekanika fluida, Momen Inersia, Panjang gelombang, Pemuaian, Percepatan (akselerasi), Radioaktif, Rangkaian listrik, Relativitas, Tekanan, Usaha Termodinamika, Vektor
• Bagaimana Albert Einstein mendapatkan rumus E=mc² ?
• Cara Mengemudi Aman Pada Saat Mudik atau Liburan Panjang

Sumber bacaan: Physics Classroom, Tutor Vista

Pinter Pandai “Bersama-Sama Berbagi Ilmu”
Quiz | Matematika | IPA | Geografi & Sejarah | Info Unik | Lainnya | Business & Marketing