Medan magnet dan garis medan

Medan Bumi di permukaan sekitar 25 hingga 65 mikrotesla; medan di dalam solenoida MRI rumah sakit puluhan ribu kali lebih kuat.

Peta gaya

Magnet mendorong atau menarik magnet lain tanpa menyentuhnya. Untuk menjelaskan pengaruh dari kejauhan itu, fisikawan menggambarkan ruang di sekitar magnet dengan medan magnet, yaitu medan B. Pada setiap titik, medan memiliki arah dan kekuatan. Arahnya ditentukan dengan kompas kecil: medan mengarah ke arah yang ditunjuk ujung utara jarum kompas. Ukuran kompas cukup kecil sehingga tidak mengganggu medan yang diukurnya.

Letakkan kompas di sekeliling magnet batang, lalu hubungkan arah yang ditunjukkannya. Hasilnya adalah garis medan. OpenStax merangkum empat aturannya. Pertama, medan pada suatu titik searah dengan garis di titik itu, sehingga kompas mengikuti arahnya. Kedua, kekuatan medan ditunjukkan oleh kerapatan garis: garis yang rapat menandakan medan kuat. Ketiga, garis medan tidak pernah berpotongan, karena medan hanya memiliki satu arah di setiap titik. Keempat, garis membentuk lintasan tertutup tanpa awal atau akhir: di luar magnet, garis mengalir dari kutub utara ke selatan, lalu di dalam magnet berlanjut dari selatan kembali ke utara.

Garis medan adalah alat bantu gambar, bukan benang di ruang. Namun, polanya bisa dilihat dengan menaburkan serbuk besi di atas kertas yang diletakkan di atas magnet. Setiap butir serbuk menjadi magnet kecil dan berputar mengikuti medan, sehingga serbuk tersusun membentuk lengkungan yang sesuai dengan garis medan.

Mengukur kekuatan medan: tesla

Satuan SI untuk kekuatan medan magnet adalah tesla (T). Satu tesla merupakan medan yang kuat: kawat sepanjang 1 m yang dialiri arus 1 A melintang terhadap medan 1 T mengalami gaya 1 N, sehingga 1 T = 1 N/(A·m). Medan sehari-hari jauh lebih kecil, sehingga sering digunakan mikrotesla (μT, sepersejuta tesla) dan nanotesla (nT, sepermiliar tesla). Satuan lama, gauss, masih umum dalam geologi dan pada label magnet: 1 gauss = 10⁻⁴ T = 100 000 nT.

Beberapa nilai acuan membantu memberi gambaran. National Centers for Environmental Information milik NOAA menyebut medan Bumi di permukaan sekitar 25 000 hingga 65 000 nT, yaitu 25 hingga 65 μT atau 0.25 hingga 0.65 gauss. OpenStax sering membulatkannya menjadi 5.0 × 10⁻⁵ T, atau 50 μT. Contoh perhitungannya menggunakan 1.50 T untuk magnet laboratorium yang kuat dan 2.01 T di dalam solenoida besar seperti yang digunakan pada pemindai MRI. Nilai terakhir sekitar 40 000 kali medan Bumi.

Dua magnet: medannya dijumlahkan

Ketika dua magnet saling berdekatan, medan pada setiap titik merupakan jumlah kedua medan, yang dijumlahkan sebagai panah. Hadapkan kutub utara ke kutub selatan. Garis medan melintasi celah langsung dari satu magnet ke magnet lain; medan di celah kuat dan kedua magnet saling menarik. Hadapkan dua kutub utara. Garis dari masing-masing magnet berbelok ke samping, keluar dari celah. Tepat di tengah kedua kutub terdapat titik tempat kedua medan saling meniadakan. Kompas yang diletakkan persis di sana tidak memiliki arah pilihan dan hanya diarahkan oleh medan Bumi yang lemah.

Penjumlahan yang sama menjelaskan mengapa kompas di atas meja bisa menyesatkan. Rangka meja baja, magnet pengeras suara, atau arus pada kabel di dekatnya menghasilkan medan sendiri. Di dekat benda-benda itu, medannya bisa lebih kuat daripada medan Bumi sebesar 25 hingga 65 μT. Jarum kemudian menunjuk mengikuti medan total, bukan ke utara. Jauhkan kompas dari benda logam dan peralatan listrik jika ingin memperoleh pembacaan yang benar.