Teori kemagnetan Bumi

2. Teori Kemagnetan Bumi

        Bumi adalah magnet raksasa. Sebagai magnet raksasa, bumi memiliki kutub magnet, yaitu kutub utara magnet dan kutub selatan magnet. Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi. Ketidaktepatan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi disebut deklinasi. Selain adanya ketidaktepatan penunjukan arah kutub utara dan kutub selatan magnet bumi, ternyata medan magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal permukaan bumi, atau yang disebut dengan sudut inklinasi.

Gambar 2.1 Medan Magnet Bumi

        Sebagai magnet raksasa, bumi memiliki medan magnet, yaitu daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya tarik magnet bumi. Tahukah kamu apa buktinya? Jika kamu meletakkan magnet batang secara bebas, misalnya meletakkan pada styrofoam di atas air, maka magnet akan bergerak dan menunjuk pada arah kutub utara dan kutub selatan. Medan magnet bumi, sangat penting bagi kehidupan di bumi. 

        Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik (partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya) yang dapat membahayakan kesehatan. Dengan adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi akan tertarik menuju ke kutub-kutub magnet bumi. Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut terionisasi (peristiwa lepasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan agar elektron terlepas dari nukleon). Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian dikenal sebagai aurora.

3. Induksi Magnet dan Gaya Lorentz

a. Induksi Magnet

          Hans Christian Oersted (1820) yang menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet. Caranya dengan mengamati pergerakan jarum kompas saat diletakkan di dekat kabel yang dialiri arus listrik. Percobaan ini kemudian dikenal dengan Percobaan Oersted. Arah medan magnet dan arah arus dapat ditunjukkan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Perhatikan Gambar 3.1! Arus listrik ditunjukkan dengan huruf I dan medan magnet ditunjukkan dengan huruf B.

Gambar 3.1 Arah Panah yang Mengelilingi Kawat Menunjukkan Medan Magnet

di Sekitar Kawat Berarus

        Jika pada kawat lurus, medan magnet terbentuk melingkari arah arus, bagaimana dengan kabel yang dibentuk melingkar dan kumparan? Coba perhatikan Gambar 3.2! Pada kumparan (Gambar 3.2a) medan magnet tampak melingkari kabel, tetapi pada kumparan (Gambar 3.2b) medan magnetnya seolah-olah membentuk kutub utara dan selatan pada ujung-ujungnya, persis seperti pada magnet batang.

Gambar 3.2 Arah Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

b. Konsep Gaya Lorentz

            Kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut dengan gaya Lorentz. Semakin besar arus listrik, gaya Lorentz yang dihasilkan semakin besar. Semakin besar medan magnet, gaya Lorentz yang dihasilkan semakin besar. Begitu pula dengan panjang kawat berarus, semakin panjang kawat berarus yang ada dalam medan magnet, gaya Lorentz yang dihasilkan juga semakin besar. Untuk arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus. 

F = B ∙ I ∙ L

dengan:

F = gaya Lorentz (newton)

B = medan magnet (tesla)

I = kuat arus listrik (ampere)

L = panjang kawat berarus yang masuk ke dalam medan magnet (meter)

Penentuan arah gaya Lorentz, dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Gambar 3.3 Menentukan Arah Gaya Lorentz dengan Menggunakan

Kaidah Tangan Kanan

Contoh Soal

1. Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus berada dalam medan magnet sebesar 8 tesla, berapakah gaya Lorentz yang timbul?

Diketahui:

L = 10 m

I = 5 mA = 0,005 A

B = 8 tesla

Ditanya: Gaya Lorentz (F)?

Jawab:

F = B∙I∙L = 8 . 0,005  . 10 m = 0,4 N

Jadi, gaya Lorentz yang timbul sebesar 0,4 newton.

2. Jika gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh kawat tembaga sepanjang 2 m dan dialiri arus listrik sebesar 2 mA adalah 12 N, maka berapakah besar medan magnet yang melingkupi kawat tembaga tersebut?

Diketahui:

L = 2 m

I = 2 mA = 0,002 A = 2 × 10-3 A

F = 12 N

Ditanya: Medan magnet?

Jawab:

F = B∙I∙L

Jadi, besarnya medan magnet yang melingkupi kawat tembaga

adalah 3 × 103 tesla.

c. Penerapan Gaya Lorentz pada Motor Listrik

Apa kamu pernah melihat motor listrik? Motor listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Beberapa motor listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya motor listrik pada kipas angin berfungsi untuk menggerakkan baling-baling. Motor listrik memiliki beberapa komponen, diantaranya magnet tetap dan kumparan. Jika ada arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet, maka kumparan tersebut akan

mengalami gaya Lorentz sehingga kumparan akan berputar.

Referensi : 

• Buku Guru Kelas 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018
• Buku Guru Siswa 9 Ilmu Pengetahuan Alam Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan 2018