Medan magnet bukanlah hal yang asing dalam rutinitas sehari-hari manusia. Medan magnet ini dapat dijumpai dengan mudah penerapannya di sekitar kita. Misalnya penerapan medan magnet pada penggunaan generator listrik.
Ketika generator bergerak oleh energi mekanik, maka akan menghasilkan energi listrik. Kondisi yang demikian terjadi karena terbentuknya induksi sebagai bentuk interaksi antara kumparan dan medan magnet yang ada di dalam generator.
Lalu, apa itu 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")
Pengertian Medan Magnet
Medan magnet merupakan area atau ruang yang ada di sekitar benda magnetik. Anda akan lebih mudah memahaminya ketika melihat gambar arah medan magnet di bawah ini.
Dari gambar di atas, anda bisa melihat bagaimana magnet yang membentuk suatu daerah magnetik. Garis-garis dengan anak panah yang ditampilkan pada contoh di atas menggambarkan bagaimana interaksi antara kutub utara dan kutub selatan pada magnet.
Kekuatan medan magnet ditentukan melalui rapat tidak garis-garis yang tergambar. Semakin rapat garis yang tergambar, maka akan semakin kuat pula medan magnet yang dihasilkan. Sebaliknya, apabila garis yang tergambar renggang, maka medan magnet yang ditimbulkan akan lebih lemah.
Selain itu, medan magnet dapat terbentu apabila kutub utara dan kutub selatan saling berdekatan. Jika dua kutub yang berdekatan memiliki jenis yang sama, maka tidak akan terjadi medan magnet. Kedua benda tersebut akan saling bertolak belakang.
Rumus Medan Magnet
Seperti yang sudah dijelaskan di atas, medan magnet juga bisa terbentuk akibat adanya aliran arus listrik. Untuk mengetahui besarnya, kita bisa menggunakan rumus medan magnet sebagai berikut.
Keterangan :
B : besar medan magner (T)
μ0 : konstanta permeabilitas (4π.10-7)
I : kuat arus listrik (A)
r : jarak kabel (m)
Itulah rumus yang bisa anda gunakan untuk menghitung medan magnet. Kemudian, untuk mencari kuat arus listrik yang masuk, anda bisa menggunakan rumus berikut ini:
Sejarah Ditemukannya Medan Magnet
Magnet pertama kali ditemukan oleh masyarakat zaman dahulu, lebih tepatnya di daerah kecil bernama Magnesia. Kemudian pada sekitar tahun 1269, seorang ilmuan bernama Petrus Peregrinus de Maricourt mulai melakukan penelitian lebih lanjut tentang magnet.
Dengan bantuan jarum besi dan bola magnet, dia mulai mencoba memetakan medan magnet. Alhasil dia melihat garis-garis yang saling bersilangan di antara dua titik yang berbeda. Dua titik tersebut kemudian disebut sebagai kutub.
Penelitian lebih lanjut mengenai medan magnet kemudian direplikasi oleh William Gilbert pada tahun 1600. Dimana replikasi penelitian tersebut ditulis ke dalam buku yang berjudul De Magnete. Berawal dari terbitnya buku tersebut, pengetahuan tentang magnet kemudian mulai dimasukkan ke dalam ranah ilmu sains.
Berbagai penelitian akhirnya dilakukan oleh para ilmuan hingga memunculkan teori-teori baru. Salah satu peneliti yang fokus mengujinya yakni Michael Faraday. Dimana dia berhasil menemukan toeri induksi elektromagnetik. Sejarah mencatat kurang lebih penelitian tersebut ditemukan pada tahun 1831.
Teori ini menjelaskan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik. Bahkan hingga sekarang kita mengenalnya dengan hukum induksi Faraday. Perjalanan penelitian mengenai medan magnet tidak berhenti pada hukum induksi Faraday saja. Pengetahuan tentang magnet nyatanya terus mengalami perkembangan.
Hingga pada tahun 1887, Nikola Tesla berhasil membuat motor listrik yang juga memanfaatkan medan magnet. Penemuan ini membuatnya memperoleh hak paten motor listrik pada 1888.
Di abad ke-20, kajian tentang magnet semakin luas dan menjurus ke pengembangan ilmu baru. Misalnya saja seperti mekanika kuantum, relativitas khusus dan elektrodinamika klasik.
Hingga saat ini penelitian mengenai magnet terus berlanjut untuk menemukan inovasi baru di bidang sains.
Sifat Medan Magnet
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).
Magnet terdiri dari magnet-magnet kecil yang mengarah ke arah yang sama (magnet elementer). Setiap magnet memiliki 2 kutub magnet, yakni kutub utara dan kutub selatan. Sifat dari kedua kutub tersebut adalah:
- Jika kutub yang sejenis didekatkan akan saling tolak-menolak.
- Jika kutub yang tidak sejenis didekatkan akan saling tarik menarik.
Jika magnet batang dipotong pada bagian tengahnya maka akan membentuk magnet-magnet baru dengan kutub yang sesuai dengan arah magnet elementer.
- Sifat magnet dapat menarik logam atau benda sesama magnet.
- Sifat magnet memiliki dua kutub yang sudah saya jelaskan di atas. Yakni kutub utara dan selatan. Magnet selalu berpasangan kutubnya. Jika dipecah-pecah sampai kecil, magnet tetap memiliki dua kutub.
- Kutub magnet yang senama atau satu jenis akan tolak-menolak. Sedangkan kutub yang tidak sejenis akan saling tarik-menarik.
- Magnet memiliki daerah di sekitarnya yang masih dipengaruhi magnet itu sendiri yang disebut dengan medan magnet.
Berdasarkan sifat magnetnya benda dibagi menjadi 2 macam yaitu ferromagnetik (benda yang dapat ditarik kuat oleh magnet), parramagnetik (benda yang dapat ditarik magnet dengan lemah) dan diamagnetik (benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet).
- Contoh ferromagnetik adalah besi, nikel, baja dan kobalt.
- Contoh parramagnetik adalah platina dan alumunium.
- Contoh diamagnetik adalah bismut dan seng.
Setiap magnet mempunyai sifat (ciri) sebagai berikut :
- Dapat menarik benda logam tertentu.
- Gaya tarik terbesar berada di kutubnya.
- Selalu menunjukkan arah utara dan selatan bila digantung bebas.
- Memiliki dua kutub.
- Tarik menarik bila tak sejenis.
- Tolak menolak bila sejenis.
Prinsip Kemagnetan
Pada sebuah magnet sebenarnya merupakan kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya. Kutub utara dan selatan magnet posisinya teratur. Secara keseluruhan kekuatan magnetnya menjadi besar.
Logam besi dapat menjadi magnet permanen atau magnet sementara oleh induksi elektromagnetik. Namun, ada beberapa logam yang tidak bisa magnetis. Misalnya seperti tembaga dan alumunium dan mereka disebut diamagnetik.
Bumi merupakan magnet alam raksasa, dapat dibuktikan dengan alat yang dinamakan kompas, dimana jarum penunjuk pada kompas akan menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita. Karena sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati dengan kompas keberadaannya.
Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan arah dari utara ke selatan. Untuk memudahkan pemeriksaan, strip magnetik ditempatkan pada selembar kertas dan kemudian ditaburkan secara merata dengan bubuk besi halus. Ini adalah bentuk garis dengan pola oval, melengkung di ujung kutub. Bagian atas kutub utara-selatan menunjukkan pola gaya yang kuat. Wilayah netral dari pola garis magnet lemah.
Bagian netral magnet artinya tidak memiliki kekuatan magnet. Untuk membuktikan bahwa daerah netral tidak memiliki kekuatan magnet. Ambil beberapa sekrup besi dan pastikan sekrup besi menempel di kutub utara dan selatan. Area netral di tengah sekrup tidak lengket sama sekali dan sekrup jatuh.
Mengapa besi biasa berbeda dengan logam magnet? Pada besi biasa sebenarnya terdapat kumpulan magnet-magnet dalam ukuran mikroskopik, tetapi posisi masing-masing magnet tidak beraturan satu dengan lainnya sehingga saling menghilangkan sifat kemagnetannya.
Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara menuju kutub selatan. Alih-alih garis gaya dari kutub selatan ke kutub utara mengalir di dalam batang magnet. Di daerah netral tidak ada garis gaya di luar bilah magnet.
Deteksi optik dari gari gaya magnet untuk karakteristik tarikan di kutub yang berbeda dan jenis tolakan di kutub yang sama menggunakan magnet dan serbuk besi adalah kutub yang terlihat jelas yang saling tolak mirip dengan garis gaya utara-utara. Di berbagai kutub dari utara ke selatan, garis gaya magnet memiliki pola tarik menarik. Saling tarik dan tolakan magnet adalah dasar untuk pengoperasian motor listrik.
Contoh Penerapan Medan magnet dalam Kehidupan Sehari-hari
Melalui penjelasan di atas, kita bisa tahu perbedaan magnet dan medan magnet. Lalu, apa saja contoh penerapan medan magnet dalam kehidupan sehari-hari. Berikut beberapa contoh penerapan medan magnet yang bisa kalian temukan dalam kehidupan sehari-hari.
1. Pengeras Suara
Jika anda perhatikan, suara yang keluar dari pengeras suara (speaker) akan terdengar jauh lebih kencang. Hal ini ternyata disebabkan oleh pengaruh medan magnet. Penerapa medan magnet dalam pengeras suara yaitu sinyal suara yang ditangkap oleh pengeras akan bergabung dengan medang magnet yang ada di dalamnya. Dengan begitu, hasil suara yang dikeluarkan akan terdengar jauh lebih keras dalam segi volume.
2. Pintu Kulkas
Tahukah anda, jika pintu kulkas bisa menutup dengan rapat akibat adanya medan magnet. Untuk mengetahuinya, anda bisa coba menempelkan besi pada pintu, Kemudian lihat apa yang terjadi. Tentu saja besi tersebut pasti akan melekat pada pintu kulkas. Itu menandakan, jika pintu pada kulkas juga menerapkan penggunaan medan magnet. Fungsinya yaitu agar kulkas dapat tertutup dengan sempurna, sehingga isi yang terdapat didalamnya tetap dalam kondisi yang dingin.
3. Dinamo Sepeda
Dinamo sepeda akan menghasilkan arus listrik saat memperoleh energi mekanik dari ban sepeda. Energi tersebut akan membuat kumpran tembaga yang ada di dalamnya berputar, kemudian menimbulkan induksi elektromagnetik. Kurang lebih seperti itulah gambaran sederhana mengenai cara kerja medan magnet yang terdapat pada dinamo sepeda.
Bagaimana, sudah cukup jelas bukan penjelasan mengenai medan magnet di atas? Anda bisa memahami beberapa teori lebih detail mengenai penelitian magnet dari masa ke masa. Dan untuk praktisnya, Anda bisa membuktikan sendiri bagaimana cara kerja medan magnet yang terpasang pada beragam benda elektronik era ini.