Tugas Medan Magnet Statis

“Medan Magnet Statis”

 

Medan magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

 

1. Hukum Biot Savart  

Secara singkat, hukum ini berisi tentang besar induksi magnetic pada satu titik di sekitar element arus sebanding dengan panjang elemen arus, besar kuat arus, sinus sudut yang diapit arah arus dengan jaraknya sampai titik tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

Pada umumnya, Hukum Biot Savart ini digunakan dalam perhitungan respon magnetic atau bahkan mengenai atom dan molecular. Hukum ini juga membuktikan bahwa massa jenis aliran bisa diperoleh dengan perhitungan mekanika kuantum atau teorinya.

Perlu anda ketahui bahwa pada dasarnya Hukum Biot Savart ini juga digunakan dalam aerodinamik. Hukum ini juga memberikan nilai gaya yang dihasilkan berdasarkan interaksi antara medan magnet dan arus yang mengalir pada konduktor.

Untuk mendapatkan besarnya gaya elektromagnetik, bisa kita peroleh dari :

fo = Bli sin ? newton…..(1)

dimana B merupakan kerapatan fluks, I adalah panjang konduktor, i merupakan arus yang mengalir pada konduktor dan a merupakan sudut antara arah arus dengan arah medan magnet. Arah gaya yang dihasilkan juga tegak lurus dengan arah arus medan magnet.

2. Hukum Integral Ampere

 Hukum ampere bersama dengan beberapa persamaan lain membentuk persamaan maxwell; menyatakan bahwa integral keliling kuat medan magnet berbanding lurus dengan besar arus listrik yang terkurung oleh integral keliling itu.
dimana dA =unsur luas
Dalam proses konversi energi yang menyangkut mesin dengan elemen bergerak (berputar) seperti transduser atau motor, pada inti besinya (core) akan terdapat celah udara. Melalui celah udara ini dapat berlangsung proses konversi dari energi listrik ke energi mekanik atau sebaliknya.

3. Teorema Stokes
Teorema Stokes mengatakan bahwa : 

Tangensial komponen dari vektor A sekeliling lengkungan tertutup C sama dengan integral luas dari komponen normal dari rotasi/curl F dikenakan pada permukaan S yang dibatasi oleh C.

Misalkan S adalah permukaan berarah dalam ruang dengan batas-batasnya adalah kurva C yang tertutup, dan misalkan A(x, y, z) adalah fungsi vektor kontinu yang mempunyai turunan parsial pertama yang kontinu dalam domain yang memuat S.

 

4. Fluks magnetic

Fluks Magnet adalah ukuran magnetisme yang ditunjukkan oleh sebuah benda pada penampang dua dimensi. Fluks Magnet juga disebut sebagai elektromagnetisme dan digunakan untuk menghitung kerapatan medan magnet.
Sebagian besar peralatan elektronik yang kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari kita, bekerja pada prinsip fluks magnetik.

 

5. Potensial magnetik Skalar & Vektor 

medan (potensial) vektor A bersifat invarian terhadap TRANSFORMASI GAUGE berbentuk A = A + konstanta. karena secara fisis yang penting adalah selisih antara dua potensial sehingga tidak dipengaruhi oleh suatu translasi konstanta. Selanjutnya kita dapat memilih beberapa bentuk untuk medan A kita dalam hal ini bentuk non curl yang tetap menghasilkan observabel yang sama (hukum Maxwell yang sama) atau dengan kata lain eksperimen tidak dapat membedakan pemilihan transformasi atau invariansi GAUGE dari suatu medan penyusun observabel fisis.

 

 

 

Tugas Medan Listrik Statis

“Medan Listrik Statis”

Kehidupan manusia sering terhubung dengan listrik. Dapatkah anda bayangkan, bagaimana kehidupan di bumi jika tidak ada listrik ? Dari manakah listrik ini berasal ? Listrik yang kita gunakan sehari-hari adalah listrik yang mengalir (dinamis).

Listrik statis membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik. Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif.

Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan electron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda. Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.

1. Electrical charges  

Listrik berasal dari kata Yunani elektron, yang berarti ambar. Ambar adalah damar pohon yang telah membantu. Orang zaman dahulu mengetahui jika batu ambar digosok dengan kain, batu ambar tersebut akan menarik daun-daun kecil atu debu. Hal yang sama jika menggosok plastik yang keras, batang kaca atau penggaris plastik yang digosok pada kain. Plastik yang keras, batang kaca atau penggaris plastik tersebut menarik potongan-potongan kertas kecil. Gejala ini disebut dengan "efek ambar" yang kemudian deiberi istilah listrik statis. 

Berdasarkan teori elektron, ketika penggaris digosok dengan kain wol akan terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke penggaris. Dengan demikian, penggaris plastik kelebihan elektron menjadi bermuatan negatif. Sebaliknya, jika batang kaca digosok ke kain sutra, elektron dari kaca akan pindah ke kain sutra. Akibatnya, batang kaca kekurangan elektron dan menjadi bermuatan positif.

Suatu muatan listrik menurut sistem internasional (SI) adalah coulomb dan diberi notasi C yang diambil dari nama seorang ahli fisika Perancis, Charles Agustin de Coulomb (1736-1806). Muatan satu coulomb (1 C) adalah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan oleh kuat arus listrik sebesar satu ampere (1 A) selama satu detik. Satu coulomb merupakan muatan dari 6,25 x 10⁸ elektron atau proton. Muatan pada satu elektron atau satu proton 1,6 x 10^-19 C.

2. Hukum coulomb  

Hukum Coulomb adalah hukyang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu. Dirumuskan:  
 Keterangan:
F : Gaya Coulomb (N)
k : Konstanta Coulomb =
            q1 : besar muatan pertama (C)

q2 : besar muatan kedua (C) r : jarak antar muatan (m)

Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya.
Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masing-masing muatan. Muatan sejenis (bertanda sama) akan tolak-menolak. Sedangkan muatan yang berbeda jenis akan tarik menarik
Dalam notasi vektor, Hukum Coulomb dapat dituliskan sebagai:

3. Medan elektronika  

Medan elektromagnetik adalah bidang yang memiliki sifat magnetik dan listrik dan mengelilingi benda dengan muatan listrik. Bidang ini juga berinteraksi dengan benda bermuatan dalam medan. Medan elektromagnetik yang hadir pada tingkat dasar di seluruh alam semesta, dalam berbagai tingkat kekuatan. Bumi, misalnya, dikelilingi oleh medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh gerakan elektron dalam bumi, dan bidang ini mengambil keuntungan dari setiap hari ketika orang menggunakan kompas untuk menyesuaikan diri. Perilaku bidang seperti ditentukan oleh panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan frekuensi osilasi mereka. Panjang gelombang panjang berosilasi pada frekuensi rendah, sedangkan panjang gelombang pendek berosilasi pada frekuensi tinggi.

Setiap kali tegangan hadir, merupakan bentuk medan listrik. Dalam contoh sederhana, ketika cahaya yang dicolokkan ke soket tapi tidak diaktifkan, medan listrik kecil yang dihasilkan. Ketika cahaya dihidupkan, menyebabkan aliran arus, gerakan elektron menciptakan medan magnet. Medan listrik masih ada, sehingga medan elektromagnetik yang dihasilkan. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan aktivitas magnetik, sementara perubahan dalam medan magnet dapat menghasilkan aktivitas listrik.

4. Hukum Gauss

Setelah anda mengetahui cara menentukan kuat medan listrik akibat partikel-partikel bermuatan, bagaimanakah cara menentukan kuat medan listrik akibat suatu distribusi muatan yang tersebar dalam suatu benda? Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu, anda dapat menggunakanHukum Gauss. Hokum Gauss dinyatakan dalam banyaknya garis medan yang keluar dari suatu permukaan tertutup.

1.   Fluks Listrik

Apabila terdapat garis-garis gaya listrik dari suatu medan listrik homogeny yang menembus tegak lurus suatu bidang luas A, jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus tegak lurus bidang tersebut didefinisikan sama dengan perkalian antara E dean A.

2.  Kuat Medan Listrik pada Pelat Konduktor

Dalam suatu konduktor ada banyak sekali partikek-partikelbermuatan, yang didistribusinya tersebar didalan konduktor sehingga untuk menentukan kuat medannya dapat digunakan Hukum Gauss. Untuk menghitung kuat medan listrik pada suatu jarak tertentu, gunakan konsep Hukum Gauss sehingga harus dibuat terlebih dahulusuatu permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang memudahkan perhitungan untuk kasus ini adalah berbentuk slinder.

3.  Kuat Medan Listrik pada Bola Konduktor Berongga

Jika sebuah bola konduktor berongga atau kulit bola yang berjari-jari diberi muatan listrik, maka muatan tersebut akan menyebar merata di permukaan bola sehinnga di dalam bola tidak terdapat muatan.

5. Energi potensial  

Penjelasan mengenai energy potensial listrik serupa dengan penjelasan mengenai energy potensial akibat adanya medan gravitas. Energy potensial listrik akan timbul jika subuah muatan  uji didekatkan pada subuah muatan. Besarnya energy potensial yang timbul pada muatan sebanding denagn usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb. Perubahan energy potensial yang terjadi sama dengan isaha yang dilakukan oleh gaya coulomb untuk berpindah dan dapat dinyatakan dengan persamaan