Medan Magnet di Sekitar Konduktor Berarus

Pernahkah kamu mendekatkan kompas ke kabel yang dialiri listrik dan melihat jarum kompas bergerak? Fenomena ini menunjukkan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Inilah yang menjadi dasar dari prinsip elektromagnetisme dan banyak teknologi modern seperti motor listrik, generator, hingga MRI.

Konsep Dasar

Ketika arus listrik \( I \) mengalir melalui konduktor lurus, maka medan magnet \( B \) terbentuk melingkar mengelilingi kawat. Arah medan ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan:

Ibu jari menunjuk arah arus
Lengkungan jari menunjukkan arah medan magnet

Kawat lurus Panjang

Untuk kawat lurus panjang, besar medan magnet pada jarak \( r \) dari kawat dirumuskan dengan:

\[ B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r} \]

dengan:

\( B \) = kuat medan magnet (Tesla)
\( \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{Tm/A} \)
\( I \) = arus listrik (Ampere)
\( r \) = jarak dari kawat (meter)

Contoh Soal

Soal:

Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus sebesar \( 5\,\text{A} \). Hitung besar medan magnet di titik yang berjarak \( 2\,\text{cm} \) dari kawat!

Penyelesaian:
\[ B = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 5}{2\pi \times 0.02} = \frac{2 \times 10^{-6}}{0.02} = 1 \times 10^{-4} \, \text{T} \]

Selain kawat lurus, medan magnet juga muncul di sekitar kawat yang dibentuk menjadi lingkaran, solenoida, atau toroida. Semua bentuk ini dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi seperti elektromagnet, motor listrik, dan transformator.

Kawat Melingkar

Sebuah kawat yang dibentuk menjadi satu lilitan melingkar menghasilkan medan magnet di pusat lingkaran:

\[ B = \frac{\mu_0 I}{2R} \]

dengan:

\( B \): medan magnet (T)
\( \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{Tm/A} \)
\( I \): arus listrik (A)
\( R \): jari-jari lingkaran (m)

Soal:
Hitung besar medan magnet di pusat lingkaran kawat berjari-jari 5 cm yang dialiri arus 2 A.

Jawaban:
\[ B = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 2}{2 \times 0.05} = \frac{8\pi \times 10^{-7}}{0.1} = 8\pi \times 10^{-6} \, \text{T} \]

Solenoida

Solenoida adalah kawat melingkar banyak lilitan membentuk silinder. Medan magnet di dalamnya bersifat homogen dan kuat, dirumuskan sebagai:

\[ B = \mu_0 n I \]

dengan:

\( n \): jumlah lilitan per meter (m\(^{-1}\))
\( I \): kuat arus (A)

Soal:
Sebuah solenoida panjang memiliki 500 lilitan dalam panjang 0.5 m. Jika dialiri arus 3 A, berapa besar medan magnetnya?

Jawaban:
\[ n = \frac{500}{0.5} = 1000 \, \text{lilitan/m} \] \[ B = 4\pi \times 10^{-7} \times 1000 \times 3 = 12\pi \times 10^{-4} \, \text{T} \]

Simulasi Solenoida

Klik dan jalankan simulasi di atas.

Pilih menu “Electromagnet”.

Geser slider arus listrik untuk melihat perubahan medan magnet.
Perhatikan arah dan kerapatan garis medan di sekitar solenoida.
Coba ubah jumlah lilitan kawat dan amati perbedaannya.

Catatan: Semakin besar arus dan lilitan, semakin kuat medan magnet!

Toroida

Toroida adalah solenoida yang dilengkungkan menjadi lingkaran seperti donat. Medan magnet di dalam inti toroid:

\[ B = \frac{\mu_0 N I}{2\pi r} \]

dengan:

\( N \): jumlah lilitan total
\( r \): jari-jari dari pusat toroid ke titik yang diukur (m)

Soal:
Sebuah toroida memiliki 800 lilitan dan jari-jari 10 cm. Jika dialiri arus 2 A, hitung medan magnet di dalamnya.

Jawaban:
\[ B = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 800 \times 2}{2\pi \times 0.1} = \frac{6.4 \times 10^{-4}}{0.2} = 3.2 \times 10^{-3} \, \text{T} \]