DASAR ELEKTROMAGNETIK

1.      Pengantar Medan Magnet dan Medan Listrik

            Medan magnet terbentuk dari gerak electron, arus listrik yang melalui suatu hantaran merupakan aliran electron. Medan magnet memiliki arah, kecepatan, dan intensitas yang digambarkan sebagai “garis fluks” dan dinyatakan dengan gambar symbol ΦΔ fluks dalam besaran weber.Besaran kerapatan medan magnet dinyatakan dengan banyaknya garis-garis fluks yang menembus suatu luas bidang tertentu dan mempunyai symbol BΔ kerapatan fluksi dalam weber/m² (WB/m²). Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan menyatakan dengan besarnya fluksi sepanjang jarak tertentu, mepunyai symbol HΔ kuat medan dalam ampere/m (A/m). Kerapatan medan B maupun kuat medan H merupakan besaran vektoris yang mempunyai besaran dan arah. besarnya B = µH. Di mana µΔ permeabilitas dalam henry/meter (H/M). Permeabilitas pada ruang bebas (udara), µ0, mempunyai nilai 4¶ X 10-7 H/m.  Material seperti besi dan nikel mempunyai permeabilitas yang relative lebih tinggi dan biasanya disebut sebagai material yang mempunyai karakteristik feromagnet. Besaran fluks dapat juga dinyatakan dengan 

Di mana d A adalah unsur luas.
Hubungan antara arus listrik dan medan magnet dinyatakan oleh Hukum Ampere, dan untuk rangkaian sederhana persamannya adalah

Ni = Hl ampere-turn

Di mana
N = jumlah lilitan
i = arus listrik (A)
H = kuat medan (A/m)
l = panjang jalur (m)

            Gaya elektro magnetik terdiri dari gaya listrik Fe dan gaya magnetik Fm. gaya listrik ini sama dengan pendekatan yang berbeda. Sumber dari gaya gravitasi adalah massa dan sumber dari medan listrik adalah muatan listrik. Dimana harga gaya yang bekerja tersebut bervariasi sebagai fungsi kuadrat kebalikan jarak dari kedua sumbernya dan berbading lurus dengan perkalian kedua muatan. Perbedaannya adalah listrik memiliki polaritas positif dan negatif sedangkan massa tidak. Berdasarkan eksperimen coulomb dikatakan bahwa :

Muatan yang sama akan tolak menolak, sedangkan dua muatan yang berlaianan akan tarik menarik akan timbul gaya yang bekerja sepanjang garis pada muatan tersebut. dimana besarnya ditentukan oleh perkalian kedua muatan tersebut dan dibandingkan terbalik dengan kuadrat jarak antarnya.

2.      Konsep rangkaian Magnet

            Arus listrik (i) yang dialirkan melalui penghantar yang dibelitkan pada inti besi yang berbentuk cincin toroidal, akan menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan jumlah lilitan (N) dikalikan dengan besaran arus listrik (i). Ampere-turn Ni ini dikenal sebagai gaya gerak magnet (ggm) dan dinyatakan dengan notasi II =N I ampere-turn.  Gaya gerak magnet (ggm) adalah perbedaan potensial magnet yang cenderung menggerakkan fluks di sekitar cincin toroidal. Gerak fluks di sekitar cincin, selain ditentukan oleh besaran ggm, juga merupakan fungsi dari tahanan inti besi yang membawa fluks tersebut. Tahanan inti besi itu disebut reluktansi R dari rangkaian magnet.Φ = I / R weber. Dalam rangkaian listrik, reluktansi berbanding lurus dengan panjang (l), berbanding berbalik dengan penampang luas bidang (A), dan bergantung pada bahan magnetic rangkaian magnet tersebut, di mana besaran l dalam meter.

3.      Intensitas Medan Magnet-Hukum Ampere

            Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi. Melalui medan magnet bentuk energi mekanik dapt diubah menjadi energi listrik, disini alat konversinya dinamakan generator atau sebaliknya dari energi listrik menjadi energi mekanik, alat konversinya disebut motor. Sedangkan transformator, gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari sisi primer ke sekunder melalui prinsip industri elektromagnet. Dari sisi pandangan elektris, medan magnet mampu untuk mengimbangi tegangan pada konduktor, sedangkan dari sisi pandangan mekanis, medan magnet sanggup untuk menghasilkan gaya dan kopel. Keutamaan medan magnet sebagai perangkat proses konversi energi disebabkan terjadinya bahan-bahan magnetik yang memungkinkan diprosesnya kerapatan energi yang tinggi, kerapatan energi yang tinggi ini akan menghasilkan kapasitas tenaga per unit volume mesin yang tinggi pula. Jelaslah bahwa pengertian kuantitatif tentang medan magnet dan rangkaian magnet merupakan bagian penting untuk memahami konversi energi.

4.      Hukum Maxwell dan proses magnetisasi

            James Clerk Maxwell (Edinburgh, 13 Juni 1831- Cambridge, 5 November 1879) adalah fisikawan Skotlandia yang pertama kali menulis hukum magnetisme dan kelistrikan dalam rumus matematis. Pada tahun 1864, ia membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik ialah gabungan dari osilasi medan listrik dan magnetik. Maxwell mendapati bahwa cahaya ialah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Ia juga membuka pemahaman tentang gerak gas, dengan menunjukkan bahwa laju molekul-molekul di dalam gas bergantung kepada suhunya masing masing. Kenyataan ini menjadikan J C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus dasar-dasar gelombang elektromagnetik. ramalan Maxwell tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar terbukti. Adalah Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang elektromagnetik melalui eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa pembangkitan gelombang elektromagnetik dari sebuah dipol listrik (dua kutub bermuatan listrik dengan muatan yang berbeda, positif dan negatif yang berdekatan) sebagai pemancar dan dipol listrik lain sebagai penerima. Antena pemancar dan penerima yang ada saat ini menggunakan prinsip seperti ini.

            Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik.