Elektromagnetisme

Elektromagnetisme (IPA: /ɛlɛktromaknɛtˈɪsmə/, bahasa Belanda: elektromagnetisme) adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari hubungan antara medan listrik dan medan magnet di dalam rangkaian listrik yang menghasilkan gaya gerak listrik dan medan elektromagnetik. Konsep utama dalam elektromagnetisme adalah induksi elektromagnetik yang didasari oleh hukum induksi Faraday. Prinsip elektromagnetisme diterapkan pada sistem kerja transformator, induktor, motor listrik, generator listrik dan solenoid.

Medan elektromagnetik yang timbul dalam kumparan selenoid

Perintis

André-Marie Ampère

André-Marie Ampère merupakan seorang fisikawan, matematikawan dan kimiawan berkebangsaan Prancis. Ampère menemukan beberapa kaidah penting tentang listrik dan magnet yang kemudian dijadikan sebagai konsep dasar elektrodinamika dan elektromagnetisme. Ia juga membuat hukum Ampere yang berkaitan dengan prinsip elektromagnet. Penemuan hukum elektrodinamika merupakan hasil dari tindak lanjut dari Ampère terhadap percobaan pengaliran arus di dekat kompas yang dilakukan oleh Hans Christian Ørstedpada tahun 1820. Ørsted menemukan bahwa jarum kompas bergerak jika berada di dekat kawat yang dialiri oleh arus listrik. Ampère menemukan bahwa kumparan bersifat sebagai magnet batang ketika dilewati oleh arus listrik. Selain itu, ia menemukan bahwa pengaliran arus listrik membuat besi lunak dalam kumparan berubah menjadi magnet yang kuat dan munculnya gaya pada dua penghantar yang berdekatan. Ampère kemudian membuat hukum elektrodinamika dengan menggunakan persamaan matematika. Selain itu, Ampère juga membuat galvanometer yang kemudian digunakan untuk mengukur arus listrik.

Konsep

Elektrodinamika

Elektrodinamika membahas kaitan antara elektromagnetisme dengan mekanika. Pemusatan konsep elektrodinamika terletak pada efek yang ditimbulkan oleh medan elektromagnetik terhadap sifat mekanika dari partikel yang bermuatan listrik. Elektrodinamika menjadi prinsip dasar pada peralatan dengan frekuensi sangat rendah serta pada alat magnetotelurik dan radar penembus tanah.

Induksi elektromagnetik

Induksi elektromagnetik merupakan gejala timbulnya arus listrik pada penghantar listrik akibat dari adanya perubahan medan magnet di sekeliling penghantar. Konsep induksi elektromagnetik didasarkan pada penemuan Michael Faraday dan Joseph Henry pada tahun 1831. Perubahan medan magnetik menghasilkan beda potensial yang disebut gaya gerak listrik induksi dan arus listrik yang ditimbulkannya disebut arus listrik induksi.

Arus bolak-balik

Arus bolak balik adalah arus llistrik yang arahnya berubah-ubah secara periodik. Kurva arus bolak-balik digambarkan dengan bentuk sinusoida. Prinsip induksi elektromagnetik digunakan sebagai dasar pembentukan arus bolak-balik.

Hukum

Hukum induksi Faraday

Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa suatu rangkaian listrik memiliki gaya gerak listrik induksi yang nilainya berbanding lurus dengan kecepatan perubahan fluks magnetik yang dilingkupinya. Garis gaya magnet yang dilingkupi oleh luas daerah tertentu dalam arah tegak lurus ditetapkan sebagai fluks magnet.

Fenomena alam

Bremsstrahlung

Di dalam teori elektrodinamika klasik, percepatan atau perlambatan gerakan pada partikel yang bermuatan listrik akan menghasilkan pancaran gelombang elektromagnetik. Fenomena ini disebut bremsstrahlung. Fenomena bremsstrahlung teramati pada percepatan elektron dengan memberikan tegangan listrik hingga beberapa puluh ribu volt. Tumbukan elektron pada permukaan logam akan mengurangi kecepatan dari pergerakan elektron secara drastis. Perlambatan yang sangat besar mengakibatkan elektron memancarkan gelombang elektromagnetik.

Elasitisitas zat padat

Zat padat tertentu dapat berubah jika diberikan gaya tertentu dan kembali ke keadaan semula saat gaya dihilangkan. Sifat ini disebut elastisitas zat padat. Zat padat memiliki batas elastisitas. Jika gaya yang diberikan sangat besar dan melampaui batas elasitisas, bentuk zat padat tidak dapat kembali seperti semula. Elastisitas zat padat ditentukan oleh partikel-partikel penyuunnya dan sangat dipengaruhi oleh gaya elektromagnetik. Elastisitas zat padat dapat diamati pada lembaran tipis yang dapat diubah menjadi sebuah kawat melalui penarikan. Elastisitas antarpartikel pada zat padat diamati pada pegas. Energi potensial dan energi kinetik akan meningkat ketika zat padat mengalami pemanasan. Gaya antarpartikel tidak mampu mempertahankan partikel-partikel pada tempat yang tetap karena adanya kebebasan gerak. Partikel-partikel ini kemudian dapat saling melewati dan mengubah bentuk benda dari padat menjadi cair saat mencapai titik lebur.

Aurora

Medan magnet Bumi terdiri dari kutub utara yang berada di kutub selatan Bumi, dan kutub selatan yang berada di kutub utara Bumi. Arah medan berasal dari kutub uttara Bumi dan menuju ke arah kutub selatan Bumi. Pada sudut tertentu, terdapat partikel bermuatan dari luar angkasa yang masuk ke Bumi. Partikel ini akan bergerak dalam lintasan spiral menuju ke arah kutub magnet Bumi. Partikel mengalami percepatan selama bergerak dalam lintasan spiral sehingga gelombang elektromagnetik dipancarkan. Pemusatan partikel sangat besar saat mendekati kutub magnetik Bumi, sehingga intensitas pancaran gelombang elektromagnetik sangat tinggi dan dapat diamati dengan mata. Fenomena tampaknya gelombang elektromagnetik oleh mata disebut sebagai aurora. Kemunculan aurora yang hanya terjadi di sekitar kutub merupakan bentuk nyata dari elektromagnetisme.

Penerapan

Televisi

Penggunaan prinsip elektromagnetisme untuk pembuatan televisi pertama kali dilakukan oleh John Logie Baird pada tahun 1923. Baird memanfaatkan prinsip dari gelombang elektromagnetik untuk mengirimkan sinyal tanpa memerlukan kabel. Televisi yang dibuat oleh Baird mampu menghasilkan suara dan gambar. Pengiriman sinyal televisi pada awalnya hanya mencapai beberapa meter. Pada 1927, Baird melakukan pengiriman sinyal televisi dari London ke Glasgow. Pada tahun1928, pengiriman sinyal televisi diperluas jangkauan mulai dari London ke New York. Televisi pertama terdiri dari cakram pemindai dengan resolusi 30 piksel yang berasal dari lensa dengan spiral ganda. Tampilan awal televisi hanya mampu memperlihatkan wajah manusia.

Generator listrik

Generator listrik adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Prinsip kerja dari generator listrik didasarkan pada hukum induksi Faraday. Generator listrik dapat menghasilkan dua jenis arus listrik yaitu arus searah dan arus bolak-balik. Generator listrik yang menghasilkan arus searah disebut generator arus searah, sedangkan generator yang menghasilkan arus bolak-balik disebut generator arus bolak-balik dan generator arus searah. Jumlah cincin luncur di dalam generator listrik menjadi penentu jenis arus listrik yang dihasilkannya. Generator arus bolak balik memiliki dua cincin luncur, sedangkan generator arus searah hanya tmemiliki satu cincin luncur.

Motor listrik

Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Prinsip kerja dari motor listrik dilandasi oleh elektromagnetisme dan listrik dinamis. Energi mekanis diperoleh dari elektromagnet yang mengubah energi listrik menjadi magnet. Gerak dihasilkan melalui gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik antara kutub-kutub magnet yang sejenis dan yang tidak sejenis. Perubahan jenis energi hanya terjadi jika magnet diletakkan pada sebuah poros yang dapat berputar. Energi mekanik ini digunakan untuk keperluan industri dan rumah tangga. Industri umumnya menggunakan motor listrik pada pompa, kipas angin, kompresor, dan konveyor.Sedangkan pada rumah tangga, motor listrik digunakan pada mikser, bor, dan kipas angin.

Lihat juga

• Gaya Abraham–Lorentz
• Survei aeromagnetik
• Elektromagnetik komputasi
• Percobaan celah-ganda
• Elektromagnet
• Induksi elektromagnetik
• Persamaan gelombang elektromagnetik
• Elektromekanika
• Geofisika
• Magnetostatika
• Medan magnetokuasistatik
• Optik
• Elektromagnetisme relativistik
• Teori Wheeler–Feynman

Daftar pustaka

1. Abdullah, Mikrajuddin (2017). Fisika Dasar II (PDF). Bandung: Institut Teknologi Bandung. 
2. Bagia, I. N., dan Parsa, I M. (2018). Motor-Motor Listrik (PDF). Bandung: CV. Rasi Terbit.  Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
3. Elshabrina (2016). Buku Pintar Tokoh Penemu Paling Hebat di Dunia (PDF). Yogyakarta: Cemerlang Publishing. ISBN 978-602-7624-49-8. 
4. Listiana, dkk. (2009). Ilmu Pengetahuan Alam 2 (PDF). Surabaya: LAPIS-PGMI. ISBN 978-602-8542-06-7. 
5. Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. ISBN 978-602-73169-4-2. 
6. Yuberti (2017). Konsep Materi Fisika Dasar 2 (PDF). Bandar Lampung: AURA Printing & Publishing. ISBN 978-602-1297-30-8. 

Bacaan lanjutan

Sumber web

• Nave, R. "Electricity and magnetism". HyperPhysics. Georgia State University. Diakses tanggal 2013-11-12. 

Catatan akademik

• Lewin, Walter; Belcher, John; Dourmashkin, Peter (Fall 2010). "8.02SC Physics II: Electricity and Magnetism". MIT OpenCourseWare. Massachusetts Institute of Technology. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-11-04. Diakses tanggal 12 November 2013. 
• Littlejohn, Robert (Spring 2011). "Emission and absorption of radiation" (PDF). Physics 221B: Quantum mechanics. University of California Berkeley. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-11-12. Diakses tanggal 2013-11-12. 
• Littlejohn, Robert (Spring 2011). "The Classical Electromagnetic Field Hamiltonian" (PDF). Physics 221B: Quantum mechanics. University of California Berkeley. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-11-12. Diakses tanggal 2013-11-12. 

Buku teks

• G.A.G. Bennet (1974). Electricity and Modern Physics (edisi ke-2nd). Edward Arnold (UK). ISBN 0-7131-2459-8. 
• Dibner, Bern (2012). Oersted and the discovery of electromagnetism. Literary Licensing, LLC. ISBN 9781258335557. 
• Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. (1969). Introduction to modern electromagnetics. McGraw-Hill. ISBN 0-07-018388-0. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Fleisch, Daniel (2008). A Student's Guide to Maxwell's Equations. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-70147-1. 
• I.S. Grant, W.R. Phillips, Manchester Physics (2008). Electromagnetism (edisi ke-2nd). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-92712-9. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
• Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (edisi ke-3rd). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X. 
• Jackson, John D. (1998). Classical Electrodynamics (edisi ke-3rd). Wiley. ISBN 0-471-30932-X. 
• Moliton, André (2007). Basic electromagnetism and materials. 430 pages. New York City: Springer-Verlag New York, LLC. ISBN 978-0-387-30284-3. 
• Purcell, Edward M. (1985). Electricity and Magnetism Berkeley Physics Course Volume 2 (2nd ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-004908-4. 
• Rao, Nannapaneni N. (1994). Elements of engineering electromagnetics (4th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-948746-8. 
• Rothwell, Edward J.; Cloud, Michael J. (2001). Electromagnetics. CRC Press. ISBN 0-8493-1397-X. 
• Tipler, Paul (1998). Physics for Scientists and Engineers: Vol. 2: Light, Electricity and Magnetism (edisi ke-4th). W. H. Freeman. ISBN 1-57259-492-6. 
• Wangsness, Roald K.; Cloud, Michael J. (1986). Electromagnetic Fields (2nd Edition). Wiley. ISBN 0-471-81186-6. 

Referensi umum

• A. Beiser (1987). Concepts of Modern Physics (edisi ke-4th). McGraw-Hill (International). ISBN 0-07-100144-1. 
• L.H. Greenberg (1978). Physics with Modern Applications. Holt-Saunders International W.B. Saunders and Co. ISBN 0-7216-4247-0. 
• R.G. Lerner, G.L. Trigg (2005). Encyclopaedia of Physics (edisi ke-2nd). VHC Publishers, Hans Warlimont, Springer. hlm. 12–13. ISBN 978-0-07-025734-4. 
• J.B. Marion, W.F. Hornyak (1984). Principles of Physics. Holt-Saunders International Saunders College. ISBN 4-8337-0195-2. 
• H.J. Pain (1983). The Physics of Vibrations and Waves (edisi ke-3rd). John Wiley & Sons,. ISBN 0-471-90182-2. 
• C.B. Parker (1994). McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (edisi ke-2nd). McGraw Hill. ISBN 0-07-051400-3. 
• R. Penrose (2007). The Road to Reality. Vintage books. ISBN 0-679-77631-1. 
• P.A. Tipler, G. Mosca (2008). Physics for Scientists and Engineers: With Modern Physics (edisi ke-6th). W.H. Freeman and Co. ISBN 9-781429-202657. 
• P.M. Whelan, M.J. Hodgeson (1978). Essential Principles of Physics (edisi ke-2nd). John Murray. ISBN 0-7195-3382-1. 

Pranala luar

• Oppelt, Arnulf (2006-11-02). "magnetic field strength". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-08-07. Diakses tanggal 2007-06-04. 
• "magnetic field strength converter". Diakses tanggal 2007-06-04. 
• Electromagnetic Force - from Eric Weisstein's World of Physics
• Goudarzi, Sara (2006-08-15). "Ties That Bind Atoms Weaker Than Thought". LiveScience.com. Diakses tanggal 2013-11-12. 
• Quarked Electromagnetic force - A good introduction for kids
• The Deflection of a Magnetic Compass Needle by a Current in a Wire (video)