MINI RISET: INDUKSI MAGNETIK

Makalah ini disusun sebagai Tugas Matakuliah FISIKA

DISUSUN OLEH:

FEMBI REKRISNA GRANDEA PUTRA M0513019

GALIH SUWENO M0513020

IG. DONNY FERNANDO M0513022

IRENE PATASIK M0513023

JURUSAN INFORMATIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

TAHUN 2013

A. Tujuan

Adapun tujuan mini riset dalam praktikum percobaan Oersted adalah:

1. Mengetahui hubungan kelistrikan dan kemagnetan melalui sebuah rangkaian.

2. Mencoba dan membuktikan percobaan Oersted tentang hubungan magnet jarum

dengan kawat berarus listrik.

3. Mengetahui arah arus dan medan magnet sesuai kaidah tangan kanan.

B. Dasar Teori

Di sekitar kawat yang berarus listrik terdapat medan magnet yang dapat

memengaruhi magnet lain. Magnet jarum kompas dapat menyimpang dari posisi

normalnya jika dipengaruhi oleh medan magnet. Pada 1819, seorang ahli Fisika

Denmark, Hans Christian Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus listrik

terdapat medan magnet.

Dari hasil percobaannya, Oersted mengambil suatu kesimpulan bahwa di sekitar

arus listrik terdapat medan magnet yang dapat memengaruhi kedudukan magnet jarum.

Dari hasil pengamatannya, Oersted mendapatkan bahwa arah penyimpangan kutub

utara magnet jarum sesuai dengan arah ibu jari tangan kanan dan arah arus listrik pada

kawat sesuai dengan arah jari-jari lainnya. Arah medan magnet yang terdapat di sekitar

kawat berarus sesuai dengan kaidah tangan kanan.

Pada 1820, setahun setelah Oersted mencetuskan teorinya, dua orang ilmuwan

Prancis bernama Jean Baptiste Biot (1774-1862) dan Felix Savart (1791-1841),

mengemukakan perhitungan lebih lanjut tentang induksi magnetik oleh elemen arus.

Sepotong elemen kawat dl dilalui arus listrik (i). Arus listrik menimbulkan induksi

magnetik di P sebesar dB. Jarak titik P ke kawat dl adalah r, dengan arah arus i dan

jarak membentuk sudut . Besarnya induksi magnetik di titik P karena pengaruh elemen

kawat yang berarus listrik menurut Hukum Biot-Savart adalah

𝑑𝐵 = 𝑘𝑖.𝑑𝑙.sin 𝜑

𝑟2 (1-1)

(Kamajaya, 2008)

C. Metodologi

Dalam melakukan mini riset ini, metodologi yang kami lakukan yaitu dengan

melakukan praktikum secara langsung.

Alat-alat yang digunakan yaitu:

1. Alas (styrofoam)

2. Kompas

3. Dua buah batu baterai 1,5 volt

4. Kabel listrik

5. Kawat tembaga

Cara kerjanya yaitu:

1. Meletakkan kompas di atas alas.

2. Meletakkan kawat tembaga di atas kompas dan jarum kompas sejajar dengan

kawat tembaga.

3. Menyambungkan kawat tembaga dengan batu baterai dan kutub positif baterai

sejajar dengan kutub utara kompas.

4. Mengamati perubahan arah gerak jarum.

5. Menukar posisi kutub pada baterai dengan cara meletakkan posisi kutub selatan

kompas sejajar dengan kutub positif baterai.

6. Mengamati perubahan arah gerak jarum.

D. Hasil dan Pembahasan

1. Posisi awal ketika tembaga diletakkan searah dengan jarum kompas, ternyata

tidak ada perubahan pada arah gerak jarum.

2. Percobaan 1 ketika kawat tembaga dihubungkan dengan batu baterai dan teraliri

arus listrik, perlahan jarum kompas bergerak dari posisi awal ke arah kanan,

walaupun arah perubahan tidak terlalu signifikan.

3. Percobaan 2 ketika batu baterai diletakkan dengan posisi berbanding terbalik

dengan posisi percobaan 1, ternyata jarum kompas juga mengalami perubahan

arah gerak jarum ke arah kiri secara signifikan.

Dengan menggantikan nilai k pada persamaan (1-1) menjadi

𝑘 =𝜇0

4𝜋= 10−7𝑊𝑏𝐴−1𝑚−1

akan diperoleh

𝑑𝐵 =𝜇0

4𝜋

𝑖 .𝑑𝑙.sin 𝜑

𝑟2 (1-2)

Untuk nilai l yang sangat panjang, nilai batasnya dapat ditentukan sebagai berikut.

1. batas-batas l menjadi + ∞ dan - ∞;

2. batas-batas menjadi π dan 0.

Dengan menggunakan sepotong elemen kawat dl yang dilalui arus listrik i, dengan

arah ke atas akan diperoleh

𝑎

𝑟= sin 𝜑 ⇒ 𝑟 =

𝑎

sin 𝜑= 𝑎 csc 𝜑

𝑙

𝑎= cot 𝜑 ⇒ 𝑙 = 𝑎 cot 𝜑 ⇒ 𝑑𝑙 = −𝑎 csc2 𝜑 𝑑 𝜑

Dengan demikian, persamaan (1-2) dapat dituliskan menjadi

𝑑𝐵 =𝜇0(𝑖)(−𝑎csc2 𝜑 𝑑 𝜑)(sin 𝜑)

4𝜋(𝑎 csc 𝜑)2

𝑑𝐵 = −𝜇0 𝑖 sin 𝜑 𝑑 𝜑

4𝜋𝑎 (1-3)

Setelah persamaan (1-3) diintegralkan, akan didapat

𝐵 = ∫ 𝑑𝐵 = ∫ −𝜇0𝑖 sin 𝜑 𝑑 𝜑

4𝜋𝑎= −

𝜇0𝑖

4𝜋𝑎

0

𝜋

∫ sin 𝜑 𝑑 𝜑

0

𝜋

𝐵 =𝜇0𝑖

4𝜋𝑎cos𝜑 |𝜋

0 =𝜇0𝑖

4𝜋𝑎(cos0 − cos𝜋)

𝐵 =𝜇02𝑖

4𝜋𝑎

karena (cos 0 - cos π) = (1) – (-1) = 2.

Dengan demikian, persamaannya menjadi

𝐵 =𝜇0 𝑖

2𝜋𝑎 (1-4)

dengan:

B = induksi magnetik di titik yang diamati (Wbm -2)

µ0 = 4π × 10-7 WbA-1m-1

i = kuat arus listrik (A)

a = jarak titik dari kawat (m)

Dalam SI, satuan untuk B adalah tesla (T). Persamaan (1-4) digunakan

untuk menentukan induksi magnetik di sekitar kawat lurus yang sangat panjang.

Jika tidak terdapat arus yang mengalir melalui sebuah penghantar, jarum

kompas tetap pada posisi seimbang, yaitu utara-selatan. Ketika arus mengalir dari

arah utara, jarum kompas akan menyimpang ke kanan, dan ketika arus mengalir

dari arah selatan, jarum kompas akan menyimpang ke kiri.

Dari percobaan yang dilakukannya, Oersted menyatakan bahwa di sekitar

penghantar berarus terdapat medan magnetik yang arahnya bergantung kepada

arus listrik yang mengalir melalui penghantar tersebut. Untuk menentukan arah

arus listrik dan garis-garis medan magnetik, dapat menggunakan aturan tangan

kanan.

E. Simpulan

Kesimpulan dari percobaan Oersted adalah:

1. Di sekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik timbul medan magnet.

2. Arah medan magnet ditentukan oleh arah arus listrik yang mengalir dalam kawat

penghantar.

Percobaan di atas membuktikan bahwa ketika kawat dialiri arus maka akan ada

magnet yang timbul di sekitar kawat, hal ini bisa dibuktikan dengan menyimpangnya

jarum kompas. Arah medan magnet yang ditimbulkan dapat ditentukan dengan

menggunakan aturan tangan kanan.

F. Daftar Pustaka

Kamajaya. 2008. Fisika untuk Kelas XII Semester 1 Sekolah Menengah Atas. Bandung:

Grafindo Media Pratama.

Dudi Indrajit. 2007. Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII Sekolah Menengah

Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Bandung: Setia Purna

Inves.