PENGARUH KECEPATAN TERHADAP KEMAGNETAN DAN KELISTRIKAN

Medan magnet, dalam ilmu Fisika, 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"). 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.
Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun, berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala yang berbeda. Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus, bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2), dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gaya elektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah wujud gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang pengamat).
Pengaruh Kecepatan Pada Kemagnetan Dan Kelistrikan Dijelaskan Pada Gaya Lorentz Dan Induksi Magnet
1. Gaya Lorentz
Seperti dalam kasus elektrostatik (kelistrikan), gejala magnetisme (kemagnetan) dari sebuah benda yang mengandung medan magnet juga bisa digambarkan melalui garis-garis gaya. Pada kelistrikan kita ingat sebuah aturan bahwa untuk muatan negatif arah medan menuju muatan dan untuk muatan positif arah medan listrik ditetapkan keluar menjauhi muatan muatan. Dalam kemagnetan, medan magnet (dituliskan dengan vektor B) digambarkan sebagai garis-garis gaya dari kutub utara menuju kutub selatan
seperti gambar.


Seperti halnya gaya elektrostatik (gaya Coulomb) pada kasus medan listrik, dalam medan magnetik pun terdapat gaya magnetik yang serupa dengan gaya Coulomb. Gaya magnetik ini terjadi jika sebuah partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan v dalam pengaruh medan magnet B. Akibat pergerakan muatan ini akan timbul gaya magnetik Fm yang besarnya :


Kita ingat jika muatan q berada dalam suatu medan listrik E, maka akan timbul gaya elektrostatik (Coulomb) :

Beberapa perbedaan penting antara kedua gaya di atas adalah :
1. Gaya listrik selalu sejajar dengan arah medan listrik, sedangkan arah gaya magnetik selalu tegak lurus pada medan magnetik
2. Akibatnya gaya listrik akan menghasilkan kerja, sedangkan pada gaya magnetik tidak dihasilkan kerja
3. Gaya listrik tidak bergantung pada kecepatan muatan, sedangkan gaya magnetik bergantung kecepatan. Hal ini berarti jika muatan listrik diam, hanya gaya listrik (Coulomb) yang muncul




Gaya ini menyebabkan muatan positif bergerak berpilin mengikuti medan :



Arah dari gaya magnetik F ini dapat diketahui melalui aturan tangan kanan,di mana arah ibu jari menunjukkan arah kecepatan muatan v dan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet B, sedangkan arah telapak tangan terbuka menjukkan arah gaya magnetik F, kita sebut saja ini sebagai aturan-tangan-kanan-2, meskipun pada dasarnya memiliki makna yang sama dengan aturan-tangan-kanan -1 sebelumnya.

2. GAYA PADA KAWAT BERARUS LISTRIK DALAM PENGARUH MEDAN MAGNET

Kawat yang dialiri arus listrik secara mikroskopis adalah merupakan sejumlah muatan yang bergerak. Dengan demikian, jika kawat tersebut berda dalam pengaruh medan magnet, maka kawat beraruslistrik pun mengalami gaya magnetik seperti halnya muatan bergerak.


Tiap muatan pada kawat mengalami gaya Lorentz, sehingga total gaya magnetik pda kawat berarus dengan banyaknya muatan n adalah :

F = (qv xB)nA⋅L d

karena vektor vd searah dengan vektor L :

F = I(LxB)

maka besarnya gaya magnet pada kawat berarus sepanjang L adalah :

F = B⋅ I ⋅L ⋅ sinθ

3. INDUKSI ELEKTROMAGNETIK: MEDAN MAGNET MENGHASILKAN ARUS LISTRIK

Pada pembahasan terdahulu kita membicarakan bahwa sebuah kawat berarus dapat menimbulkan medan magnet disekitarnya (yang arahnya menurut aturan tangan kanan) menurut hukum Biot-Savart. Amatlah beralasan jika kita mempertanyakan apakah hal sebaliknya bisa terjadi, yaitu : “Apakah medan
magnetik dapat menimbulkan arus listrik ?” Pertanyaan ini dijawab oleh Faraday dan Henry melalui percobaan pada tahun 1830-an, setelah pada 1820 percobaan serupa dianggap gagal. Skema dari percobaan ini adalah :



Skema di samping menunjukkan sebuah magnet batang yang dililit oleh suatu kawat penghantar, diharapkan pada kawat penghantar ini timbul arus yang nantinya diukur oleh sebuah Galvanometer. Akan tetapi arus yang diharapkan tidak terjadi, dan percobaan ini dianggap gagal. Akan tetapi Faraday dan Henry mengamati hal yang lain, bahwa ketika batang magnet mulai dimasukkan ke dalam lilitan kawat, terjadi arus yang terukur oleh Galvanometer, namun arus tersebut setelah beberapa saat kemudian hilang. Hal yang sama terjadi ketika batang magnet dikeluarkan dari lilitan. Hal ini menimbulkan pertanyaan besar ? Faraday dan Henry mengambil kesimpulan bahwa perubahan medan magnetiklah yang menimbulkan arus listrik, bukan hanya medan magnet. Fenomena perubahan medan magnet yang menimbulkan arus listrik ini dinamakan INDUKSI ELEKTROMAGNETIK.


Pada Saat Awal, Tidak Ada Arus Terukur Pada Galvano Karena Tidak Ada Perubahan Fluks Magnet Yang terjadi Pada Lilitan Kawat


Ketika Magnet Mulai Didekatkan Terjadi Penambahan Fluks Magnet Pada Lilitan Kawat Sehingga Timbul Arus Listrik yang Menimbulkan Medan