2. PENDAHULUAN
Kemagnetan merupakan dasar pokok gaya, terutama yang berhubungan dengan listrik
Karena adanya kemunculan benda magnetic, beberapa contoh efek magnetic telah diketahui sejak zaman dahulu
kala. Akan tetapi, gejala elektromagnetik penting mengadakan kontak antara listrik dan kemagnetan yang
dikembangkan hanya pada abad ke-19.
Buktinya, semua perangkat digunakan dalam pembangkitan komersial dan distribusi listrik , seperti generator,
transformator, dan motor, yang berdasar pada prisip elektromagnetik yang dikembangkan antara tahun 1820 dan
tahun 1831
Tahun 1873 Maxwell menunjukkan perhitungan bahwa prinsip-prinsip itu termasuk gelombang medan magnet dan
listrik yang keadaannya tunggal menyebar dengan melintas pada kecepatan cahaya.
Demikianlah prinsip elektromagnetik merupakan dasar teknologi kita , dan pemahaman kita mengenai sifat dasar
cahaya dan bentuk lain dari radiasi gelombang elektromagnetik.
3. MAGNET
Sifat kemagnetan dapat dilihat dari kedua kutub magnet yang berlawanan, yaitu kutub utara dan kutub selatan
magnet.
Apabila kedua kutub itu didekatkan maka akan terjadi saling tarik menarik, sebaliknya apabila dua kutub sejenis
( misal kutub utara dengan kutub utara lagi ) maka akan terjadi saling tolak –menolak. Hal tersebut seanalog
dengan sifat kedua muatan listrik yaitu positf dan negative.
Sifat magnet yang lainnya, yaitu memisahkan kutub utara dan selatan pada magnet panjang dengan membelahnya
menjadi dua, kita mendapati bahwa kutub utara dan selatan dengan segera muncul pada ujung yang dipatahkan,
maka tiap bagian sisanya menjadi magnet utuh dengan kedua kutubnya utara dan selatan.
Buktinya, tidak menjadi masalah bagaimana banyaknya potongan magnet yang dipatahkan, tiap potongan memiliki
kutub utara dan selatan yang sama kuatnya
4. Sebuah medan magnet B dapat didefinisikan pada cara yang sama sebagaimana kita mendefinisikan medan listrik
E.
Mengingat Magnet listrik pada berbagai titik di ruang merupakan gaya yang system muatannya akan mendesak
pada satu kesatuan muatan listrik positif yang ditempatkan di titik tersebut.
Demikian juga, medan magnet pada berbagai titik di ruang merupakan gaya yang system muatannya akan
( misalnya sepotong magnet ) akan mendesak pada satu unit kutub utara magnet yang dtempatkan pada titik
tersebut.
Semenjak kutub terisolasi tidak eksis, kita harus menggunakan jarum compas untuk mengukur medan.
5. CARA MEMBUAT MAGNET
Menggosok
Induksi
Elektromagnet (mengaliri listrik)
Mari kita lihat video sebagai berikut: https://www.youtube.com/watch?v=eglfcRQcxfU
6. MEDAN MAGNET
Silahkan disimak video berikut ini: https://id.video.search.yahoo.com/search/video?fr=mcafee&ei=UTF-
8&p=youtobekutub+magnet+medan+magnet&type=E211ID1406G0#id=4&vid=5fb7e00516db9fad63e680eeeef2
4dc0&action=view
7. BENTUK MEDAN MAGNET
Silahkan disimak video berikut ini: https://id.video.search.yahoo.com/search/video?fr=mcafee&ei=UTF-
8&p=youtobekutub+magnet+medan+magnet&type=E211ID1406G0#id=1&vid=74966fb07d809ea3676a769bf1f
5fa5d&action=view
8. ARUS DAN MAGNETISASI
Andre Marie Amper ( 1775- 1836 ) menginvestigasikan penemuan Oersted lebih lanjut dan segera
mengembangkan sebuah perhitungan matematis lengkap yang menggambarkan hubungan antar listrik dan
kemagnetan.
https://id.video.search.yahoo.com/search/video?fr=mcafee&ei=UTF-
8&p=youtobe+percobaan+orsted&type=E211ID1406G0#id=2&vid=c512b385e98fb6cb1c19d0015317f13f&actio
n=click
https://id.video.search.yahoo.com/search/video?fr=mcafee&ei=UTF-
8&p=youtobe+percobaan+orsted&type=E211ID1406G0#id=1&vid=e89435507e94724f43a8e5b535cc56a9&acti
on=view
Hubungan antara arah medan dan arah arus diberikan pada kaidah tangan kanan : Ketika sebuah kawat
digenggam dengan tangan kanan dengan cara bahwa ibu jari menandakan arah arus, gambar kawat melingkar
dalam pengertian yang sama sebagai medan magnet.
9. Magnitudo B pada medan magnet di titik dekat kawat arus pembawa yang sangat panjang sepadan dengan dengan arus I dan
sebaliknya berbandingan tegaklurus dengan jarak r dari titik ke kawat.
Dirumuskan dengan:
Dimana k adalah konstanta perbandingan; I adalah arus (ampere); dan B adalah kuat medan magnet (tesla)
� = 2�10−7
� =
�0
2�
Dimana �0 = 4�10−7
��/�, sehingga
� =
�0�
2��
�0 adalah permeabilitas
Ungkapan yang benar sebuah kawat bundar: � =
�0��
2�
Arah gaya magnet pada sebuah arus adalah tegak lurus baik terhadap medan magnet maupun terhadap arus; Hal itu didapat dengan
menggunakan kaidah tangan kanan. Jari telunjuk di tangan kanan sebagai penunjuk arah arus, sementara jari tengah sebagai
penunjuk arah medan. Kemudian ibu jari sebagai penunjuk arah gaya.
� = �
�
�
10. GAYA LORENTZ
Magnet tidak hanya melakukan gaya pada magnet lain, tetapi juga dapat melakukan gaya
pada arus listrik. Jika kawat yang dialiri arus listrik ditempatkan dalam medan magnet,
maka kawat tersebut mendapat gaya dari magnet.
Besar dan arah gaya yang dialami kawat yang dialiri arus listrik dalam medan magnet
diberikan oleh hukum Lorentz
F = I L ´ B
Dimana: F gaya yang dilami kawat berarus listrik (N),
I besar arus listrik (A),
B adalah vektor medan magnet (T)
L vector panjang kawat yang dikenai medan magnet (m).
F, L, dan B adalah besaran vektor
Gambar 1. Arah gaya Lorentz tegak lurus bidang yang dibentuk oleh vector L
dan vector B
11. GAYA LORENTZ
q Besarnya gaya Lorentz yang dialami kawat berarus listrik dapat ditulis:
F = ILB sinq
q Kita dapat mendemonstrasikan dengan mudah gaya Lorentz menggunakan sebuah magnet permanen
bentuk U atau dua magnet permanen batang, sebuah baterei, dan kabel yang bisa diluruskan tetapi
mudah dibengkokkan.
12. Gambar 2. Medan magnet melakukan gaya pada kawat yang dialiri arus listrik. Arah gaya
ditentukan oleh arah medan dan arah arus listrik.
13. § Jika saklar ditutup maka kabel di antara dua kaki magnet yang semula lurus
menjadi bengkok.
§ Jika hubungan kabel ke kutub baterai ditukar maka arah belokan kabel terbalik.
Belokan kabel disebabkan adanya gaya yang bekerja pada kabel ketika arus mengalir.
Gaya itulah yang merupakan gaya Lorentz.
§ Kita dapat mengembangkan eskperimen dengan menggunakan sejumlah baterei.
Makin banyak baterai yang digunakan maka arus listrik yang mengalir makin besar sehingga
gaya Lorentz masin besar.
§ Akibatnya, kabel membelok makin besar. Jika kita hanya memiliki satu baterei maka kita dapat mengubah
arus dengan memasang sebuah potensiometer dalam rangkian.
14. GAYA LORENTZ PADA MUATAN YANG BERGERAK
q Kita sudah tahu bahwa muatan yang bergerak menghasilkan arus listrik bukan?
Dengan demikian, muatan yang bergerak dalam medan magnet juga mengalami gaya
Lorentz karena muatan tersebut menghasilkan arus listrik.
q Pada dasarnya, gaya Lorentz pada kawat yang dialiri arus sama dengan superposisi
(penjumlahan) gaya Lorentz pada semua muatan listrik yang sedang mengalir dalam
kawat dan yang merasakan medan magnet.
q Jadi, yang lebih mendasar, gaya Lorentz adalah gaya yang dilakukan oleh medan
magnet pada muatan listrik yang sedang bergerak.
q Kita dapat menurunkan persamaan gaya Lorentz untuk muatan yang bergerak dari persamaan gaya
Lorentz untuk arus pada kawat.
15. Jika bagian kawat yang dikenai medan magnet adalah DL maka gaya Lorentz yang
dihasilkan adalah:
r r r
F = IDL ´ B
Karena:
17. Gambar 3. Lintasan muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet mengalami pembelokan akibat gaya
Lorentz. Muatan positif dan negatif membelok ke arah yang berlawanan. Jika medan magnet pada percobaan
ini mengarah dari kertas ke wajah kalian,yang manakah lintasan partikel bermuatan positif dan yang manakah
yang bermuatan negatif? Bisakah Anda jelaskan apa penyebab lintasan biru tidak berimpit dan lintasan merah
tidak berimpit padahal jenis partikel yang membentuk lintasan merah dan jenis partikel yang membentuk
lintsan biru adalah sama.
18. q Dari Persamaan Lorentz untuk muatan bergerak , F=qvxB, bahwa arah gaya lorentz selalu tegak
lurus vektor medan dan tegak lurus vector kecepatan, dan ditentukan oleh tanda muatan.
Dengan arah seperti itu maka, jika ada muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet
maka muatan tersebut selalu membelok dalam arah tegak lurus arah gerak pada saat itu.
Akibatnya, lintasan muatan menjadi melengkung, seperti diilustrasikan pada Gambar 3.
q Ada dua arah lengkungan yang mungkin terjadi dan semata-mata ditentukan oleh jenis
muatan listrik. Muatan listrik yang berbeda tanda akan melengkung dalam arah yang berbeda.
19. PEMBELOKKAN LINTASAN MUATAN DALAM MEDAN MAGNET
Pada benda yang bergerak melingkar, selalu bekerja gaya ke arah pusat lingkaran,
sedangkan arah gerak selalu menyinggung lintasan (tegak lurus gaya).
Dengan demikian, kita bisa memastikan bahwa lintasan muatan yang masuk dalam medan
magnet dalam arah tegak lurus membentuk lintasan lingkaran (Gambar 4).
Karena lintasan berbentuk lingkaran maka pada muatan ada gaya sentripetal sebesar
� =
��2
�
��� =
��2
�
� =
���
�
Jadi, jika laju dan muatan partikel diketahui
maka dengan mengukur jari-jari lintasan, kita
dapat menentukan massa partikel.
Gambar 4. Massa atom dapat ditentukan berdasarkan jari-jari lintasan dalam
medan magnet. Tanda silang artinya medan magnet berarah ke belakang
menembus kertas
20. SPEKTROMETER MASSA
Spektrometer massa adalah alat yang dapat menentukan massa atom dengan teliti. Alat ini
memanfaatkan prinsip gaya Lorentz.
Atom yang akan diukur massanya mula-mula diionisasi sehingga bermuatan positif. Ion
tersebut ditembakkan dalam medan magnet yang diketahui besarnya. Jika laju ion dapat
ditentukan maka masa atom dapat dihitung berdasarkan pengukuran jari-jari lintasannya.
A. Selektron Kecepatan
Agar massa atom dapat dihitung maka laju ion harus diketahui terlebih dahulu. Bagaimana cara menentukan
laju ion dengan mudah? Cara yang mudah adalah menggunakan selektor kecepatan.
Selektor kecepatan memanfaatkan gaya listrik dan gaya magnet. Medan magnet dan medan listrik dibangkitkan
dalam suatu ruang dalam arah yang saling tegak lurus.
21. q Gambar 5. adalah ilustrasi selektror kecepatan untuk partikel bermuatan listrik. Partikel bermuatan
ditembakkan masuk ke dalam ruangan yang mengandung dua medan tersebut. Baik medan listrik
maupun medan magnet masing-masing melakukan gaya pada partikel.
i. Gaya yang dilakukan medan listrik = q E
ii. Gaya yang dilakukan medan magnet = q v B
q Besar medan listrik dan medan magnet diatur sedemikian rupa sehingga ke dua gaya tersebut persis sama
besar dan berlawanan arah. Dalam keadaan demikian, partikel tidak mengalami pembelokkan. Jadi, agar
lintasan partikel lurus maka harus terpenuhi
q E = q v B atau � =
�
�
Gambar 5. Dalam selektor kecepatan, medan listrik dan medan magnet menarik
partikel dalam arah berlawanan. Hanya partikel yang ditarik dalam arah berlawanan
dengan gaya yang sama besar yang bergerak dalam garis lurus.
22. B. SPEKTROMETER MASSA LENGKAP
§ Spektrometer massa yang lengkap mengandung selektron kecepatan (yang mengandung medan listrik dan
medan magnet yang berarah tegak lurus) dan ruang pembelokan yang mengandung medan magnet saja.
§ Selektron kecepatan memilih partikel dengan laju tertentu saja yang memasuki ruang pembelokan. Di ruang
pembelokan, jari-jari lintasan partikel diukur sehingga berdasarkan informsi laju yang dihasilkan oleh selektron
kecepatan dan dengan mengukur jari-jari lintasan, maka massa atom dapat ditentukan dengan mudah.
23. Berdasarkan gambar 5, laju partikel lolos: � =
�
�1
Dengan E kuat medan listrik pada Selektor kecepatan dan B1 kuat medan magnet pada selektor
kecepatan. Atom membelok pada ruang pembelokan sehingga massanya memenuhi: � =
�1�2
�
�
Dengan B2 kuat medan magnet pada ruang pembelokan, r jari-jari lintasan ataom pada ruang
pembelokan, dan q muatan atom.
24. MASSA ISOTOP
Spektrometer massa merupakan alat yang sangat teliti. Alat ini mampu mengukur massa
atom hingga perbedaan satu proton atau satu neutron.
Isotop adalah atom yang dalam intinya memiliki jumlah proton yang sama tetapi jumlah
neutron berbeda.
Jadi, isotop hanya berbeda dalam jumlah neutron tetapi jumlah proton maupun jumlah
elektron sama. Apabila dilewatkan pada spektrometer massa maka isotop yang berbeda
memiliki jari-jari lintasan yang sedikit berbeda.
Apabila diamati dengan teliti hasil yang terekam pada film spektrometer mass, dipeoleh pola
seperti pada Gambar 6.
