MEDAN MAGNET: INTENSITAS, KARAKTERISTIK, SUMBER, CONTOH - FISIK - 2025

The medan magnet adalah pengaruh yang bergerak muatan listrik memiliki pada ruang yang mengelilingi mereka. Muatan selalu memiliki medan listrik, tetapi hanya yang bergerak yang dapat menghasilkan efek magnetis.

Keberadaan magnet sudah dikenal sejak lama. Orang Yunani kuno menggambarkan mineral yang mampu menarik potongan-potongan kecil besi: itu adalah batu magnet atau magnetit.

Gambar 1. Sampel magnetit. Sumber: Wikimedia Commons. Rojinegro81.

Orang bijak Thales dari Miletus dan Plato sibuk merekam efek magnetis dalam tulisan mereka; Omong-omong, mereka juga tahu listrik statis.

Tetapi magnet tidak dikaitkan dengan listrik sampai abad ke-19, ketika Hans Christian Oersted mengamati bahwa kompas menyimpang di sekitar kabel konduktif pembawa arus.

Hari ini kita tahu bahwa listrik dan magnet, bisa dikatakan, dua sisi dari mata uang yang sama.

Medan magnet dalam fisika

Dalam ilmu fisika, istilah medan magnet adalah besaran vektor, dengan modulus (nilai numeriknya), arah dalam ruang dan pengertian. Ini juga memiliki dua arti. Yang pertama adalah vektor kadang-kadang disebut induksi magnetik dan dilambangkan dengan B .

Satuan B dalam Satuan Sistem Internasional adalah tesla, disingkat T. Besaran lain yang disebut juga medan magnet adalah H , disebut juga intensitas medan magnet dan satuannya adalah ampere / meter.

Kedua kuantitas itu proporsional, tetapi ditentukan dengan cara ini untuk memperhitungkan efek material magnet pada bidang yang melewatinya.

Jika suatu material ditempatkan di tengah medan magnet luar, medan yang dihasilkan akan bergantung pada ini dan juga pada respons magnetis material itu sendiri. Itulah mengapa B dan H dihubungkan oleh:

B = μ _m H.

Di sini _μm adalah konstanta yang bergantung pada bahan dan memiliki satuan yang sesuai sehingga bila dikalikan dengan H hasilnya adalah tesla.

C

-Magnet magnet adalah besaran vektor, oleh karena itu ia memiliki besaran, arah dan pengertian.

Satuan medan magnet B dalam Sistem Internasional adalah tesla disingkat T, sedangkan H adalah ampere / meter. Satuan lain yang sering muncul dalam literatur adalah gauss (G) dan oersted.

Garis medan magnet selalu loop tertutup, meninggalkan kutub utara dan memasuki kutub selatan. Bidang selalu bersinggungan dengan garis.

-Pasangan magnet selalu ditampilkan dalam pasangan Utara-Selatan. Tidak mungkin memiliki kutub magnet yang terisolasi.

-Itu selalu berasal dari pergerakan muatan listrik.

- Intensitasnya sebanding dengan besarnya beban atau arus yang memproduksinya.

-Besar medan magnet berkurang dengan kebalikan dari kuadrat jarak.

-Magnetik medan bisa konstan atau variabel, baik dalam waktu maupun ruang.

-Medan magnet mampu memberikan gaya magnet pada muatan bergerak atau pada kabel yang membawa arus.

Tiang magnet

Sebuah magnet batang selalu memiliki dua kutub magnet: kutub utara dan kutub selatan. Sangat mudah untuk memverifikasi bahwa kutub dari tanda yang sama menolak, sedangkan yang dari jenis yang berbeda menarik.

Ini sangat mirip dengan apa yang terjadi dengan muatan listrik. Dapat juga diamati bahwa semakin dekat mereka, semakin besar kekuatan yang mereka tarik atau tolak satu sama lain.

Magnet batang memiliki pola garis bidang yang berbeda. Mereka melengkung tajam, meninggalkan kutub utara dan memasuki kutub selatan.

Gambar 2. Garis medan magnet magnet batang. Sumber: Wikimedia Commons.

Eksperimen sederhana untuk melihat garis-garis ini adalah dengan menyebarkan serbuk besi di atas selembar kertas dan menempatkan magnet batang di bawahnya.

Intensitas medan magnet diberikan sebagai fungsi dari kepadatan garis medan. Ini selalu paling padat di dekat kutub, dan menyebar saat kita menjauh dari magnet.

Magnet juga dikenal dengan sebutan dipol magnet, dimana kedua kutubnya tepatnya adalah kutub magnet utara dan selatan.

Tapi mereka tidak pernah bisa dipisahkan. Jika Anda memotong magnet menjadi dua, Anda mendapatkan dua magnet, masing-masing dengan kutub utara dan selatannya masing-masing. Kutub yang terisolasi disebut monopoles magnetik, tetapi sampai saat ini tidak ada yang diisolasi.

Sumber

Seseorang dapat berbicara tentang berbagai sumber medan magnet. Mereka berkisar dari mineral magnetik, melalui Bumi itu sendiri, yang berperilaku seperti magnet besar, hingga elektromagnet.

Tetapi kenyataannya adalah bahwa setiap medan magnet berawal dari pergerakan partikel bermuatan.

Nanti kita akan melihat bahwa sumber primordial semua magnet berada pada arus kecil di dalam atom, terutama yang dihasilkan karena pergerakan elektron di sekitar inti dan efek kuantum yang ada dalam atom.

Namun, mengenai asal makroskopisnya, orang dapat memikirkan sumber alam dan sumber buatan.

Sumber-sumber alam pada prinsipnya tidak "mati", mereka adalah magnet permanen, namun harus diperhitungkan bahwa panas menghancurkan magnet zat tersebut.

Sedangkan untuk sumber buatan, efek magnetis dapat ditekan dan dikendalikan. Oleh karena itu kami memiliki:

-Magnet yang berasal dari alam, terbuat dari mineral magnetis seperti magnetit dan maghemit, keduanya oksida besi, misalnya.

Arus listrik dan elektromagnet.

Mineral magnetik dan elektromagnet

Di alam terdapat berbagai senyawa yang menunjukkan sifat magnetis yang luar biasa. Mereka mampu menarik potongan besi dan nikel, misalnya, serta magnet lainnya.

Oksida besi yang disebutkan, seperti magnetit dan maghemit, adalah contoh dari kelas zat ini.

Kerentanan magnet adalah parameter yang digunakan untuk mengukur sifat magnet batuan. Batuan beku dasar adalah batuan yang memiliki kerentanan tertinggi, karena kandungan magnetitnya yang tinggi.

Di sisi lain, selama Anda memiliki kabel yang membawa arus, akan ada medan magnet yang terkait. Di sini kami memiliki cara lain untuk menghasilkan medan, yang dalam hal ini, berbentuk lingkaran konsentris dengan kawat.

Arah gerakan lapangan diberikan oleh aturan ibu jari kanan. Ketika ibu jari tangan kanan menunjuk ke arah arus, keempat jari yang tersisa akan menunjukkan arah bengkokan garis bidang.

Gambar 3. Aturan ibu jari kanan untuk mendapatkan arah dan pengertian medan magnet. Sumber: Wikimedia Commons.

Elektromagnet adalah alat yang menghasilkan magnet dari arus listrik. Ini memiliki keuntungan untuk bisa hidup dan mati sesuka hati. Ketika arus berhenti, medan magnet menghilang. Selain itu intensitas lapangan juga bisa dikontrol.

Elektromagnet adalah bagian dari berbagai perangkat, antara lain speaker, hard drive, motor, dan relai.

Gaya magnet pada muatan bergerak

Keberadaan medan magnet B dapat dibuktikan dengan uji muatan listrik - disebut q- dan bergerak dengan kecepatan v . Untuk ini, keberadaan medan listrik dan gravitasi dikesampingkan, setidaknya untuk saat ini.

Dalam kasus seperti ini, gaya yang dialami oleh muatan q, yang dilambangkan sebagai F _B , seluruhnya disebabkan oleh pengaruh medan. Secara kualitatif, berikut ini diamati:

-Besarnya F _B sebanding dengan q dan kecepatan v.

-Jika v sejajar dengan vektor medan magnet, besar F _B adalah nol.

-Gaya magnet tegak lurus terhadap v dan B.

-Akhirnya, besar gaya magnet sebanding dengan sin θ, di mana θ adalah sudut antara vektor kecepatan dan vektor medan magnet.

Semua hal di atas berlaku untuk muatan positif dan negatif. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa arah gaya magnet dibalik.

Pengamatan ini sesuai dengan hasil perkalian vektor antara dua vektor, sehingga gaya magnet yang dialami oleh sebuah muatan titik q yang bergerak dengan kecepatan v di tengah-tengah medan magnet adalah:

F _B = q v x B

Yang modulnya:

Gambar 4. Aturan tangan kanan untuk gaya magnet pada muatan titik positif. Sumber: Wikimedia Commons.

Bagaimana medan magnet dibangkitkan?

Ada beberapa cara, misalnya:

-Dengan magnetisasi zat yang sesuai.

- Melewatkan arus listrik melalui kabel konduktif.

Tetapi asal muasal kemagnetan dalam materi dijelaskan dengan mengingat bahwa itu pasti terkait dengan pergerakan muatan.

Elektron yang mengorbit inti pada dasarnya adalah rangkaian arus tertutup kecil, tetapi mampu memberikan kontribusi besar terhadap magnetisme atom. Ada banyak sekali elektron dalam sebuah bahan magnet.

Kontribusi magnetisme atom ini disebut momen magnet orbital. Tetapi ada lebih dari itu, karena terjemahannya bukanlah satu-satunya pergerakan elektron. Ia juga memiliki momen spin magnetik, efek kuantum yang analoginya adalah rotasi elektron pada porosnya.

Faktanya, momen magnetik berputar adalah penyebab utama kemagnetan sebuah atom.

Jenis

Medan magnet mampu mengambil banyak bentuk, tergantung pada distribusi arus yang berasal. Pada gilirannya, itu dapat bervariasi tidak hanya dalam ruang, tetapi juga dalam waktu, atau keduanya pada waktu yang sama.

-Di sekitar kutub elektromagnet ada medan yang kira-kira konstan.

-Juga di dalam solenoida, intensitas tinggi dan medan seragam diperoleh, dengan garis medan diarahkan sepanjang sumbu aksial.

-Medan magnet bumi mendekati dengan baik bidang magnet batang, terutama di sekitar permukaan. Lebih jauh lagi, angin matahari mengubah arus listrik dan secara nyata mengubah bentuknya.

Kawat yang membawa arus memiliki medan berupa lingkaran konsentris dengan kawat.

Mengenai apakah bidang tersebut dapat bervariasi dari waktu ke waktu, kami memiliki:

-Medan magnet statis, jika besaran atau arahnya tidak berubah seiring waktu. Bidang magnet batang adalah contoh yang baik dari jenis bidang ini. Juga yang berasal dari kabel yang membawa arus stasioner.

Bidang -Variabel dari waktu ke waktu, jika salah satu karakteristiknya bervariasi dari waktu ke waktu. Salah satu cara untuk mendapatkannya adalah dari generator arus bolak-balik, yang memanfaatkan fenomena induksi magnet. Mereka ditemukan di banyak perangkat yang umum digunakan, misalnya ponsel.

Hukum Biot-Savart

Jika diperlukan untuk menghitung bentuk medan magnet yang dihasilkan oleh distribusi arus, dapat digunakan hukum Biot-Savart, yang ditemukan pada tahun 1820 oleh fisikawan Prancis Jean Marie Biot (1774-1862) dan Felix Savart (1791-1841). ).

Untuk beberapa distribusi arus dengan geometri sederhana, ekspresi matematis untuk vektor medan magnet dapat diperoleh secara langsung.

Misalkan kita memiliki segmen kawat dengan panjang diferensial dl yang membawa arus listrik I. Kabel juga akan diasumsikan berada dalam ruang hampa. Medan magnet yang menghasilkan distribusi ini:

-Menurun dengan kebalikan dari kuadrat jarak ke kabel.

-Ini sebanding dengan intensitas arus I yang melewati kabel.

- Arahnya bersinggungan dengan keliling jari-jari r yang berpusat pada kawat dan arahnya ditentukan oleh aturan ibu jari kanan.

- μ _o = 4π. 10 ^-7 Tm / A

- d B adalah diferensial medan magnet.

- I adalah intensitas arus yang mengalir melalui kabel.

- r adalah jarak antara pusat kabel dan titik di mana Anda ingin mencari medan.

-r adalah vektor yang bergerak dari kabel ke titik di mana Anda ingin menghitung bidang.

Contoh

Di bawah ini adalah dua contoh medan magnet dan ekspresi analitiknya.

Medan magnet dihasilkan oleh kawat bujursangkar yang sangat panjang

Melalui hukum Biot-Savart, medan yang dihasilkan oleh kabel konduktor berhingga tipis yang membawa arus I dapat diperoleh. Dengan menyatukan sepanjang konduktor dan mengambil kasus pembatas di mana ia sangat panjang, besarnya medan hasil:

Bidang dibuat oleh kumparan Helmholtz

Kumparan Helmholtz terdiri dari dua kumparan melingkar yang identik dan konsentris, yang dilewati arus yang sama. Mereka berfungsi untuk menciptakan medan magnet yang kira-kira seragam di dalamnya.

Gambar 5. Skema kumparan Helmholtz. Sumber: Wikimedia Commons.

Besarannya di tengah kumparan adalah:

Y diarahkan sepanjang sumbu aksial. Faktor persamaannya adalah:

- N mewakili jumlah lilitan kumparan

- Saya adalah besarnya arus

- μ _o adalah permeabilitas magnetis dari vakum

- R adalah jari-jari kumparan.

Referensi

1. Figueroa, D. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. Kinematika. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Medan magnet kekuatan H . Diperoleh dari: 230nsc1.phy-astr.gsu.edu.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
4. Medan Magnet dan Gaya Magnet. Diperoleh dari: physics.ucf.edu.
5. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson.
6. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 2. 7. Ed. Pembelajaran Cengage.
7. Universitas Vigo. Contoh magnetisme. Diperoleh dari: quintans.webs.uvigo.es