Medan Magnet dari Arus Listrik
Muatan listrik yang bergerak menciptakan medan magnet di sekitarnya, sehingga kawat mana pun yang dialiri arus dikelilingi oleh garis-garis medan magnet melingkar. Jika Anda melengkungkan kawat itu menjadi kumparan, garis-garis medan dari setiap lilitan bergabung di dalamnya menjadi satu medan yang kuat dan seragam sepanjang kumparan itu. Tambahkan lebih banyak lilitan kawat, atau alirkan lebih banyak arus melaluinya, dan medan di dalamnya akan semakin kuat.
Rumus
B = μ₀ · N · I / L
- B — medan magnet (T): kekuatan medan magnet di dalam kumparan
- μ₀ — permeabilitas ruang hampa (T·m/A): konstanta tetap yang menentukan seberapa kuat sebuah arus menghasilkan medan magnet
- N — jumlah lilitan (turns): berapa banyak lilitan kawat yang membentuk kumparan itu
- I — arus (A): seberapa banyak muatan yang mengalir melalui kawat setiap detik
- L — panjang (m): panjang kumparan tempat lilitan-lilitan itu dililitkan
Contoh yang diselesaikan
Sebuah kumparan (solenoida) memiliki 500 lilitan kawat yang dililitkan sepanjang 0,5 meter, dialiri arus 2 ampere. Berapa kekuatan medan magnet di dalamnya?
- N = 500 lilitan
- I = 2 A
- L = 0.5 m
- B = μ₀ · N · I / L
- B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m
B = 8π × 10⁻⁴ T
Uji diri Anda
Solenoida itu kini memiliki 1000 lilitan alih-alih 500, dengan arus dan panjang yang sama. Apa yang terjadi pada medan magnet di dalamnya?
- Jawaban benar: Menjadi dua kali lipat, 16π × 10⁻⁴ T
- Menjadi setengahnya, 4π × 10⁻⁴ T
- Tetap sama, 8π × 10⁻⁴ T
Benar! B berbanding lurus dengan N, jadi menggandakan lilitan menggandakan medan itu: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Di sekitar satu kawat lurus yang dialiri arus, tanpa kumparan, bentuk apa yang dibuat garis-garis medan magnetnya?
- Medan seragam seperti di dalam kumparan
- Garis lurus sepanjang kawat
- Jawaban benar: Lingkaran yang melingkupi kawat
Tepat sekali — kawat lurus yang dialiri arus dikelilingi lingkaran-lingkaran medan magnet, mengikuti kaidah tangan kanan.
Di mana Anda melihatnya
Sebuah derek di tempat rongsokan menjatuhkan kumparan kawat, mengalirkan arus, dan mengangkat sebuah mobil — matikan arusnya dan mobil itu jatuh. Tidak ada kemagnetan tanpa arus, kemagnetan penuh kapan pun Anda mau: bel pintu, pemindai MRI, dan derek rongsokan semuanya adalah perangkat yang sama, sebuah solenoida yang medannya Anda perintah dengan sebuah sakelar.
Kesalahan umum
Pertama, bentuk medannya: di sekitar kawat lurus, garis-garis medan membentuk lingkaran-lingkaran yang melingkupi kawat — bukan garis lurus, bukan medan seragam; medan seragam yang kuat hanya muncul di dalam kumparan. Kedua, penskalaannya: B = μ₀ · N · I / L membesar mengikuti lilitan dan arus, jadi berpindah dari 500 ke 1000 lilitan pada arus yang sama tepat menggandakan medan di dalamnya. Aruslah yang membuat medan — inti besi hanya memusatkkannya.
Bagaimana ini terhubung
Inilah titik poros modul elektromagnetisme dari listrik ke magnet: hukum Coulomb dan kapasitansi membahas muatan yang diam, dan di sini muatan yang bergerak — arus — membangkitkan medan di sekitarnya. Gaya Lorentz, berikutnya, menutup lingkaran itu: medan-medan itu mendorong balik muatan bergerak lain mana pun yang melintas.