Hans Christian Øersted sebagai Dasar

Penemu Magnet dan Elektromagnetisme

Pembimbing: Prof. Dr. H. Widha Sunarno, M.Pd

Tujuan

Artikel ini disusun sebagai salah satu tugas dan guna mengembangkan kemampuan dibidang akademis mata kuliah Filsafat dan Sejarah Sains

Disusun Oleh FKIP Pendidikan Fisika 2013; Kelas A :

Azhar UmamK2313012

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

2014

A. Sejarah Singkat Hans Christian Oersted Penemu Hubungan

antara Listrik Dan Magnetisme

Ørsted lahir di Rudkøbing . Sebagai anak muda Ørsted mengembangkan minatnya dalam

ilmu pengetahuan sambil bekerja untuk ayahnya, yang memiliki apotek. Dia dan saudaranya

Anders menerima sebagian besar pendidikan awal mereka melalui belajar-sendiri di rumah,

pergi ke Kopenhagen pada tahun 1793 untuk mengambil pintu masuk ujian untuk Universitas

Kopenhagen , di mana kedua saudara unggul secara akademis. Dengan 1796 Ørsted telah

diberikan gelar kehormatan untuk kertas di kedua estetika dan fisika . Ia menerima gelar

doktor pada 1799 untuk disertasinya berdasarkan karya-karya Kant berjudul "Architectonicks

dari Metafisika Alam".

Pada 1801 Ørsted menerima perjalanan beasiswa dan hibah publik yang memungkinkan

dia untuk menghabiskan tiga tahun perjalanan di seluruh Eropa . Di Jerman ia bertemu

Johann Wilhelm Ritter , seorang fisikawan yang percaya ada hubungan antara listrik dan

magnetisme . Ini masuk akal untuk Ørsted karena dia percaya pada ide-ide Kant tentang

kesatuan alam dan bahwa hubungan yang mendalam terjadi antara fenomena alam.

Percakapan mereka Drew Ørsted ke dalam studi fisika. Ia menjadi profesor di Universitas

Kopenhagen pada 1806 dan melanjutkan penelitian dengan arus listrik dan akustik. Di bawah

bimbingan Universitas mengembangkan fisika komprehensif dan program kimia dan

mendirikan laboratorium baru.

Elektromagnetisme

Patung Ørsted di Ørstedsparken , di Kopenhagen.

Pada tanggal 21 April 1820, selama kuliah, Ørsted melihat kompas jarum dibelokkan dari

utara magnet ketika arus listrik dari baterai ini dinyalakan dan dimatikan, mengkonfirmasikan

hubungan langsung antara listrik dan magnet. interpretasi awal adalah bahwa efek magnetik

memancar dari semua sisi kawat membawa arus listrik, seperti halnya cahaya dan panas. Tiga

bulan kemudian ia mulai penyelidikan lebih intensif dan tidak lama kemudian menerbitkan

temuan itu, menunjukkan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet melingkar ketika

mengalir melalui kawat. Penemuan ini bukan karena kebetulan belaka, karena Ørsted telah

mencari hubungan antara listrik dan magnet selama beberapa tahun. Simetri khusus dari

fenomena itu mungkin salah satu kesulitan yang terbelakang penemuan itu.

Kadang-kadang menyatakan bahwa Italia Gian Domenico Romagnosi adalah orang

pertama yang menemukan hubungan antara listrik dan magnet, sekitar dua dekade sebelum

1820 penemuan Ørsted tentang elektromagnetisme. Namun, eksperimen Romagnosi itu tidak

berurusan dengan arus listrik, dan hanya menunjukkan bahwa muatan elektrostatik dari

tumpukan volta bisa membelokkan jarum magnetik. Penelitian Nya diterbitkan dalam dua

surat kabar Italia dan sebagian besar diabaikan oleh komunitas ilmiah.

Temuan Ørsted yang diaduk banyak penelitian elektrodinamika seluruh masyarakat

ilmiah, mempengaruhi fisikawan Perancis André-Marie amper perkembangan itu dari rumus

matematika tunggal untuk mewakili kekuatan magnet antara pembawa arus konduktor. Kerja

Ørsted juga mewakili sebuah langkah besar menuju konsep kesatuan energi.

Pada 1822, ia terpilih sebagai anggota asing dari Royal Swedish Academy of Sciences .

Kemudian tahun

Pada 1825, Ørsted membuat kontribusi signifikan untuk kimia dengan memproduksi

aluminium untuk pertama kalinya. Sementara paduan aluminium-besi sebelumnya telah

dikembangkan oleh ilmuwan Inggris dan penemu Humphry Davy , Ørsted adalah yang

pertama untuk mengisolasi elemen melalui pengurangan aluminium klorida .

Pada 1829, didirikan Ørsted Den Polytekniske Læreanstalt ('College of Advanced

Technology') yang kemudian berganti nama menjadi Technical University of Denmark

(DTU).

Ørsted meninggal di Kopenhagen pada 1851, berusia 73, dan dimakamkan di Pemakaman

Assistens di kota yang sama.

B. Percobaan medan magnetic

Pada tahun 1820, seorang ilmuwan berkebangsaan

Denmark, Hans Christian Oersted (1777 - 1851)

menemukan bahwa terjadi penyimpangan pada jarum

kompas ketika didekatkan pada kawat berarus listrik.Hal

ini menunjukkan, arus di dalam sebuah kawat dapat

menghasilkan efek-efek magnetik. Dapat disimpulkan,

bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan

magnetik.Garis-garis medan magnetik yang dihasilkan

oleh aruspada kawat lurus membentuk lingkaran dengan

kawat pada pusatnya. Untuk mengetahui arah garis-garis

medan magnetik dapat menggunakan suatu metode yaitu dengan kaidah tangan kanan, seperti

yang terlihat pada Gambar di bawah ini :

Ibu jari menunjukkan arah arus konvensional,

sedangkan keempat jari lain yang melingkari kawat

menunjukkan arah medan magnetik. Pemagnetan

suatu bahan oleh medan magnet luar disebut

induksi. Induksi magnetik sering didefinisikan

sebagai timbulnya medan magnetik akibat arus

listrik yang mengalir dalam suatu penghantar. Oersted menemukan bahwa arus listrik

menghasilkan medan magnetik. Selanjutnya, secara teoritis Laplace (1749 - 1827)

menyatakan bahwa kuat medan magnetik atau induksi magnetik di sekitar arus listrik:

1. berbanding lurus dengan kuat arus listrik,

2. berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar,

3. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak suatu titik dari kawat penghantar tersebut,

4. arah induksi magnet tersebut tegak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik.

C. Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

1. Hans Christian Oersted (1777 - 1851)

Fisikawan berkebangsaan Denmark. Setelah melakukan eksperimen cukup lama, pada

tahun 1819 Oersted berhasil menemukan bahwa, ”Jika sebuah magnet jarum (kompas kecil)

didekatkan pada suatu penghantar yang berarus listrik, magnet jarum akan menyimpang”. Hal

ini menunjukkan bahwa di sekitar kawat berarus terdapat medan magnet.

Ambillah sebuah kawat penghantar yang

panjangnya kira-kira 50 cm, kemudian kita bentangkan

di atas magnet jarum kompas. Kita atur sedemikian

rupa arah bentangan kawat penghantar sejajar dengan

arah magnet jarum pada

kompas seperti terlihat pada Gambar (4.1).

Gambar (4.1).

a. Gambar (a-1) Kawat belum dialiri arus listrik, sehingga jarum magnet tidak

menyimpang.

b. Gambar (a-2). Kawat dialiri arus listrik dengan arah ke bawah, jarum magnet

menyimpang ke kanan.

c. Gambar (a-3). Kawat dialiri arus listrik dengan arah keatas, jarum magnetic

menyimpang ke kiri.

Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini

menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnet.

Medan magnet juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik.

Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa arus listrik yang mengaliri dalam kawat

penghantar ini menghasilkan medan magnetik, atau disekitar kawat berarus listrik terdapat

medan magnetik.

Pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara

jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus listrik yang

digunakan semakin besar medan magnetik yang dihasilkan.

Hal yang sama juga akan terjadi pada jarum kompas,

karena jarum kompas juga merupakan jarum magnet. Untuk

menentukan medan magnet, gunakan aturan tangan kanan

seperti gambar berikut:

a. Ibu jari menunjukkan arah arus (i)

b. Keempat jari tangan menunjukkan arah medan magnet (B) Jika kita pakai aturan

tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet pada gambar (a-1), maka ibu jari

kita menghadap ke bawah (sesuai dengan aliran arus) maka 4 jari yang lainnya

mengarah ke kanan, itulah arah medan magnetnya yang membuat jarum kompas

menyimpang ke kanan.

Kesimpulan : Penyimpangan kutub magnet utara tersebut menunjukkan adanya medan

magnet di sekitar kawat beraliran arus listrik. Penyimpangan kutub utara magnet ini memberi

petunjuk tentang arah medan magnet di sekitar kawat berarus.

2. Hukum Biot-Savart

Pada saat Hans Christian Oersted mengadakan percobaan untuk mengamati hubungan

antara kelistrikan dan kemagnetan, ia belum sampai menghitung besarnya kuat medan

magnet di suatu titik di sekitar kawat berarus. Perhitungan secara matematik baru

dikemukakan oleh ilmuwan dari Prancis yaitu Jean Bastiste Biot dan Felix Savart.

Berdasarkan hasil eksperimennya tentang pengamatan

medan magnet di suatu titik P yang dipengaruhi oleh

suatu kawat penghantar dl, yang dialiri arus listrik I diperoleh kesimpulan bahwa besarnya

kuat medan magnet (yang kemudian disebut induksi magnet yang diberi lambang B) dititik

P :

a. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I).

b. Berbanding lurus dengan panjang kawat (dl).

c. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P ke elemen kawat penghantar

(r).

d. Sebanding dengan sinus sudut apit α antara arah arus dengan garis hubung antara titik

P ke elemen kawat penghantar.

Hukum ini memberikan nilai gaya yang dihasilkan berdasarkan interaksi antara medan

magnet dan arus yang mengalir pada konduktor.

Gaya elektromagnetik diperoleh dengan:

fo = Bli sin α newton.....(1) dengan,

B = kerapatan fluks, Wb/m^2 (T)

l = panjang konduktor, m

i = arus yang mengalir pada konduktor, A

α = sudut antara arah arus dengan arah medan magnet.

Arah gaya yang dihasilkan tegak lurus dengan arus dan medan magnet. Pada mesin

listrik, medan magnet bersifat radial pada celah udara, artinya konduktor dan medan magnet

tegak lurus satu sama lain dan α = 90o.

fo = Bli newton..... (2)

Pada Gambar 1(a), B menunjukkan kerapatan fluks dari medan magnet asal. Adanya

konduktor yang mengaliri arus menimbulkan medan magnet baru. Medan asal dan medan

yang menggabungkan konduktor untuk menghasilkan medan baru ditunjukkan pada Gambar

1(b). Medan yang dihasilkan berubah di sekitar konduktor, kerapatan fluks yang dihasilkan

menjadi besar di satu sisi dan kecil di sisi lainnya sehingga menimbulkan adanya gaya

elektromagnetik dengan arah seperti yang ditunjukkan pada gambar. 

Gambar 1a, 1b dan 1c.

Pada kondisi peningkatan kerapatan fluks di satu sisi sama nilainya dengan penurunan di

sisi lainnya, besarnya gaya elektromagnetik diperoleh melalui Persamaan 2.

Ketika arah arus dan arah medan magnet dibalik, arah gaya yang bekerja pada konduktor

juga berubah. Namun, jika arah arus dan medan magnet diubah, arah gaya yang dihasilkan

tidak berubah. Gambar 1(c) menunjukkan pengaruh perubahan pengubahan arus ketika arah

medan diubah. Jelas bahwa pada kondisi tersebut arah gaya berubah.

Gambar 2. atraksi dan repulsi.

Hukum Biot Savart dapat diterapkan untuk mengukur gaya antara dua arus yang mengalir

pada konduktor. Gambar 2 menunjukkan arus paralel pada konduktor l dipisahkan oleh jarak

D dan berada pada permeabilitas μ. Kedua arus disebut dengan I1 dan I2. pada Gambar 2(a),

kedua arus mengalir dengan arah yang sama sementara pada Gambar 2(b) arus tersebut

mengalir dengan arah yang berbeda. Medan magnet yang dihasilkan juga ditunjukkan. Jelas

bahwa ketika konduktor mengaliri arus dengan arah yang sama, ada gaya tarik antara

keduanya sementara bila arus yang mengalirinya berbeda arah terdapat gaya tolak diantara

keduanya.

3. Gaya Magnetik atau Gaya Lorentz

Gambar 4.8 Gaya Lorentz pada kawat berarus

dalammedan magnetik.

Apabila sebuah penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnet, timbul gaya

Lorentz yang dapat menggerakkan penghantar tersebut. Hal ini pertama kali dikemukakan

oleh fisikawan Belanda yang bernama Prof. Dr. Lorentz. Alat listrik yang mengubah energi

listrik menjadi energy mekanik adalah motor listrik. Motor listrik jika kita hubungkan dengan

sumber tegangan akan berputar. Bagaimana prinsip motor listrik tersebut bekerja, dapatkah

kalian menjelaskannya? Apabila kita perhatikan di dalam motor listrik terdapat sebuah

kumparan kawat dan magnet tetap. Motor listrik tersebut dapat berputar karena timbulnya

gaya Lorentz atau gaya magnetik yang terjadi pada kumparan kawat penghantar beraliran

arus listrik yang berada dalam medan magnet. Marilah sekarang kita mempelajari timbulnya

gaya magnet yang dialami oleh sebuah kawat penghantar berarus listrik yang berada di dalam

medan magnet!

a. Gaya Magnetik pada Kawat Berarus dalam Medan Magnetik

Perhatikan Gambar (4.8), sebuah kawat penghantar AB yang dibentangkan melalui

medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet tetap. Apabila pada ujung kawat A kita

hubungkan dengan kutub positif baterai dan ujung B kita hubungkan dengan kutub negatif

baterai, maka pada kawat AB mengalir arus dari A ke B. Pada saat itu kawat AB akan

bergerak ke atas. Sebaliknya jika arus listrik diputus (dihentikan), kawat kembali ke posisi

semula. Sebaliknya jika ujung A dihubungkan dengan kutub negatif dan ujung B

dihubungkan dengan kutub positif baterai, kembali kawat bergerak ke bawah (berlawanan

dengan gerak semula). Gerakan kawat ini menunjukkan adanya suatu gaya yang bekerja pada

kawat tersebut saat kawat tersebut dialiri arus listrik. Gaya yang bekerja pada tersebut disebut

gaya magnetik atau gaya Lorentz.

Berdasarkan hasil percobaan yang lebih teliti menunjukkan bahwa besarnya gaya magnetik

gaya Lorentz yang dialami oleh kawat yang beraliran arus lisrik :

1) Berbanding lurus dengan kuat medan magnet/induksi magnet (B).

2) Berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat (I).

3) Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar ( l ).

4) Berbanding lurus dengan sudut (α) yang dibentuk arah arus (I) dengan arah

induksi magnet (B).

Besarnya gaya magnetik/gaya Lorentz dapat dinyatakan dalam persamaan :

F = B I l sin α

Gambar 4.9 Arah gaya Lorentz berdasarkan kaidah

tangan kanan.

Arah gerakan kawat menunjukkan arah gaya magnetik/

gaya Lorentz. Untuk mengetahui arah gaya Lorentz dapat digunakan kaidah tangan kanan

(Gambar 4.9) sebagai berikut.

Aturan/kaidah tangan kanan

Apabila tangan kanan dalam keadaan terbuka (jari-jari dan ibu jari diluruskan). Arah

dari pergelangan tangan menuju jari-jari menyatakan arah induksi magnet dan arah

ibu jari menyatakan arah arus listrik, maka arah gaya magnetiknya dinyatakan dengan

arah telapak tangan menghadap. Atau dapat juga ditentukan dengan aturan tangan kiri

yaitu sebagai berikut.

Aturan/kaidah tangan kiri

Apabila antara ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah pada tangan kiri direntangkan

saling membentuk sudut 90o, maka di sini arah jari telunjuk menyatakan arah induksi

magnet, arah jari tengah menunjukkan arah arus, dan arah ibu jari menyatakan arah

gaya Lorentz.

D. Penerapan Gaya Magnetik

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan peralatan-peralatan listrik yang

didukung oleh motor listrik, antara lain pompa air, mesin cuci, kipas angin, mesin jahit, dan

sebangainya. Sedangkan untuk mengukur arus listrik digunakan amperemeter, untuk

mengukur tegangan listrik digunakan voltmeter. Motor listrik, ampermeter, dan voltmeter

adalah suatu alat listrik yang bekerja menggunakan prinsip gaya Lorentz. Prinsip kerja alat

tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Motor Listrik

Motor listrik adalah alat listrik

yang digunakan untuk mengubah

energi listrik menjadi energi

mekanik atau energi gerak. Pada

prinsipnya sebuah motor listrik

terdiri atas dua bagian, yaitu bagian

stator dan bagian rotor. Bagian

stator yaitu bagian dari motor

listrik yang tidak bergerak, pada umumnya terdiri atas magnet tetap. Bagian rotor y

bagian motor listrik yang bergerak, pada umumnya terdiri atas kumparan kawat yang

dibelitkan pada jangkar. Pada prinsipnya sebuah motor listrik memiliki kumparan

yang berada dalam medan magnet tetap. Apabila pada kumparan tersebut dialiri arus

listrik, maka pada kumparan tersebut akan bekerja gaya magnetik (gaya Lorentz).

Arah gaya magnet pada sisi kumparan antara kanan dan kiri mempunyai arah yang

berbeda sehingga membentuk momen gaya (torsi). Dengan demikian akan

menyebabkan kumparan tersebut berputar.yaitu bagian motor listrik yang bergerak,

pada umumnya terdiri atas kumparan kawat yang dibelitkan pada jangkar. Pada

prinsipnya sebuah motor listrik memiliki kumparan yang berada dalam medan magnet

tetap. Apabila pada kumparan tersebut dialiri arus listrik, maka pada kumparan

tersebut akan bekerja gaya magnetik (gaya Lorentz). Arah gaya magnet pada sisi

kumparan antara kanan dan kiri mempunyai arah yang berbeda sehingga membentuk

momen gaya (torsi). Dengan demikian akan menyebabkan kumparan tersebut

berputar.

(Lihat Gambar 4.12) berikut ini.

Gambar 4.12 Susunan dasar motor listrik

2. Alat-Alat Ukur Listrik

Pada prinsipnya cara kerja antara alat ukur listrik dengan motor listrik sama, yaitu

pemanfaatan dari gaya magnet. Perbedaannya pada ampermeter dan voltmeter, jangkar

tempat kumparan dibelitkan ditaruh sebuah pegas yang berfungsi untuk meredam putaran

dari kumparan, sehingga kumparan hanya akan terpuntir saja, di mana sudut puntiran

kumparan akan sebanding dengan besarnya kuat arus yang mengalir pada kumparan

tersebut. Besarnya sudut puntiran inilah yang dikalibrasikan untukn menentukan besaran

yang akan diukur yang kemudian dibuatkan jarum penunjuk dan skala untuk hasil

pengukuran.

Pegas pengendali Gambar 4.13 Bagian-bagian alat ukur listrik

Gaya Lorentz sudah banyak diterapkan dalam peralatan sehari-hari, antara lain:

1. Alat bor listrik

Gambar: bor listrik

2. Blender rumah tangga

Gambar: blender

3. mikser

Gambar: mikser

3. Alat pengering rambut (Hair Dryer)

Gambar: pengering

rambut

4. mesin penyedot air

Gambar: mesin air

5. mesin cuci

Gambar: mesin cuci

Prinsip kerja dari semua alat diatas adalah dengan mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik.

Sumber Referensi :

http://bretaningrum.blogspot.com/2012/10/biografi-ilmuwan-fisika.html

http://elektronikaindustri.com/hukum-oersted/

http://hajingfai.blogspot.com/2012/07/penemuan-penting-dalam-fisika.html#axzz2veeE49ez

http://id.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted

http://smartwithphysics.blogspot.com/2012/06/biografi-oersted.html

http://www.answers.com/topic/hans-christian-rsted

http://www.scribd.com/doc/110595203/Medan-Magnetik

http://www.slideshare.net/LivianyVebby/sejarah-penemuan-gelombang-elektromagnetik

https://pustakafisika.wordpress.com/tag/hans-christian-oersted/