Elektromagnet
Kumparan dengan 200 lilitan sepanjang 10 cm yang dialiri arus 2 A menghasilkan medan sekitar 5 mT di dalamnya, kira-kira 100 kali medan Bumi.
Arus menghasilkan medan magnet
Pada 1820, ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted melihat jarum kompas bergerak ketika arus mengalir pada kawat di dekatnya. Itu merupakan bukti jelas pertama bahwa listrik dan kemagnetan saling berkaitan. Petakan medan di sekitar kawat lurus panjang dengan kompas, dan garisnya ternyata berupa lingkaran mengelilingi kawat. Arahnya mengikuti apa yang disebut OpenStax sebagai kaidah tangan kanan 2: arahkan ibu jari kanan mengikuti arus, dan lengkungan jari-jari lainnya menunjukkan arah putaran medan.
Kekuatan medan berkurang seiring jarak: B = μ₀ I ÷ (2π r), dengan r jarak dari kawat. Konstanta μ₀ adalah permeabilitas ruang hampa. Buku teks menuliskannya sebagai 4π × 10⁻⁷ T·m/A; nilai NIST saat ini adalah 1.25663706127 × 10⁻⁶ N/A², yang bersesuaian dengan selisih kurang dari sepermiliar. OpenStax menanyakan arus yang menghasilkan dua kali medan Bumi, yaitu 1.0 × 10⁻⁴ T, pada jarak 5.0 cm dari kawat. Jawabannya I = 2π r B ÷ μ₀ = 25 A. Juru ukur mengenal efek ini dengan baik: saluran listrik udara dapat mengacaukan pembacaan kompas.
Kumparan menghasilkan medan kuat dan seragam
Tekuk kawat membentuk lingkaran. Medan dari setiap bagiannya saling menambahkan di tengah. Gulung banyak lingkaran menjadi kumparan panjang, yaitu solenoida. Medan di dalamnya menjadi kuat dan hampir seragam, sedangkan medan tepat di luar lilitan mendekati nol. Di dalam solenoida panjang, B = μ₀ n I, dengan n jumlah lilitan per meter, yaitu N ÷ L. Lebih banyak lilitan pada panjang yang sama, atau arus yang lebih besar, menghasilkan medan lebih kuat. Di luar, medan solenoida berbentuk sama seperti medan magnet batang, dengan ujung utara dan selatan.
Ujung mana yang utara? Lengkungkan jari-jari tangan kanan mengelilingi kumparan mengikuti arah arus pada lilitannya; ibu jari menunjuk ke ujung utara. Balik arah arus, maka kutub bertukar. Kumparan laboratorium panjangnya 10 cm. Dengan 200 lilitan dan 2 A, n = 2000 per meter dan B = 1.2566 × 10⁻⁶ × 2000 × 2 = 5.03 × 10⁻³ T, sekitar 5 mT, kira-kira 100 kali nilai 50 μT yang digunakan untuk medan Bumi. Contoh besar OpenStax adalah solenoida 2.00 m dengan 2000 lilitan yang dialiri 1600 A: n = 1000 per meter dan B = 2.01 T, setara dengan kekuatan magnet MRI. Arus sebesar itu akan membuat tembaga biasa terlalu panas, sehingga mesin MRI menggunakan kumparan superkonduktor.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Inti besi dan kegunaan elektromagnet
Masukkan inti besi ke dalam kumparan. Medan dari arus menyelaraskan domain besi, sehingga besi juga menjadi magnet dan menambahkan medannya pada medan kumparan. Saat dibutuhkan pengaruh magnet yang kuat, elektromagnet diberi inti feromagnetik. Berbeda dengan magnet permanen, elektromagnet dapat dimatikan, diperkuat, atau dibalik kutubnya. Derek di tempat pengolahan besi tua mengangkat mobil dengan elektromagnet dan menjatuhkannya dengan memutus arus. Akselerator partikel memakainya untuk mengarahkan berkas, dan pemindai MRI menempatkan pasien di dalam kumparan superkonduktor besar. Hambatan kumparan membatasi penggunaannya: arus terlalu besar membuat kawat terlalu panas.
| Oersted, 1820 | Arus menggerakkan jarum kompas |
| Medan kawat lurus panjang | B = μ₀ I ÷ (2π r), melingkar mengelilingi kawat |
| Medan di dalam solenoida | B = μ₀ n I, n = lilitan per meter |
| μ₀ | 4π × 10⁻⁷ T·m/A ≈ 1.2566 × 10⁻⁶ |
| Ujung kumparan mana yang merupakan N? | Jari-jari kanan mengikuti arus, ibu jari menunjuk ke N |
- Arus menghasilkan medan magnet (Oersted, 1820).
- Di sekitar kawat lurus panjang, garis medan berbentuk lingkaran; B = μ₀ I ÷ (2π r).
- Di dalam solenoida B = μ₀ n I; makin banyak lilitan per meter atau makin besar arus, makin kuat medannya.
- Kaidah genggaman tangan kanan menunjukkan ujung N; membalik arah arus menukar kutubnya.
- Inti besi membuat elektromagnet jauh lebih kuat.
- Siapa yang pertama kali melihat arus menyimpangkan jarum kompas, pada 1820?
- Hans Christian Oersted
- Michael Faraday
- William Gilbert
- Isaac Newton
- Garis medan di sekitar kawat lurus panjang berbentuk:
- Lingkaran mengelilingi kawat
- Garis lurus sepanjang kawat
- Garis lurus menjauhi kawat
- Tidak ada medan
- Berapa medan pada jarak 5.0 cm dari kawat panjang yang dialiri 25 A, dalam satuan 10⁻⁴ T? (μ₀ = 4π × 10⁻⁷)
- Kumparan laboratorium: 200 lilitan, panjang 0.10 m, arus 2 A. Berapa medan di dalamnya dalam mT? (dua angka desimal)
- Berapa lilitan per meter untuk 2000 lilitan sepanjang 2.00 m?
- Solenoida itu dialiri arus 1600 A. Berapa medan di dalamnya dalam tesla? (dua angka desimal)
- Kamu menggandakan jumlah lilitan dan arus pada solenoida yang panjangnya tetap. Medannya menjadi:
- 4 kali lebih kuat
- 2 kali lebih kuat
- Tetap sama
- 8 kali lebih kuat
- Kamu membalik arah arus pada elektromagnet. Apa yang terjadi?
- Ujung N dan S bertukar
- Elektromagnet berhenti menjadi magnet
- Kekuatannya menjadi dua kali lipat
- Tidak ada yang berubah
- Mengapa derek besi tua menggunakan elektromagnet, bukan magnet permanen?
- Elektromagnet dapat dimatikan untuk menjatuhkan muatan
- Elektromagnet lebih ringan daripada udara
- Elektromagnet menarik aluminium
- Elektromagnet tidak memerlukan listrik
- Menambahkan inti besi pada kumparan akan:
- Membuat medan jauh lebih kuat
- Meniadakan medan
- Membalik kutub
- Menghentikan arus
Sumber kursus ini (16)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
- 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
- 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
- 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
- 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
- 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
- NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
- NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
- 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
- inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
- north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
- last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
- NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
- NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
- USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
- APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.
Diperiksa: 2026-10-17