Hukum Ampere dan Aplikasinya Putri Nur Zaidar dan Djodhi Antono

putrinurzaidar@gmail.com Jurusan Teknik Elektro Polines

Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA

Intisari

Makalah ini berisi tentang Sejarah singkat Hukum Ampere dan

penjelasan tentang Hukum Ampere itu sendiri serta aplikasinya.

Keywords Oersted, kaidah tangan kanan, lintasan tertutup, hukum ampere

I. PENDAHULUAN

Ada beberapa cara untuk memecahkan permasalahan

elektrostatik sederhana seperti menggunakan hukum Coulomb

dan hukum lainnya dengan syarat bahwa permasalahan

tersebut memunyai sifat simetri yang sempurna. Namun, dari

semua hukum tersebut terdapat hukum yang dapat membantu

kita menyelesaikan soal soal secara lebih mudah. Hukum ini dikenal dengan Hukum Ampere. Hukum Ampere

ditemukan setelah adanya penemuan medan magnet disekitar

arus Listrik.

II. ISI

A. Percobaan Hans Christian Oersted

Gbr. 1 Hans Christian Oersted

Hukum ampere ditemukan tidak dengan sendirinya. Hukum

ini dipicu dari beberapa faktor antara lain Percobaan Oersted.

Awalnya fenomena ini ditemukan atas ketidaksengajaan. Saat

Oersted sedang mengajar di depan para muridnya dia tidak

sengaja meletakkan kompas didekat penghantar yang dialiri

arus listrik. Awalnya dia hanya diam dan mengamatinya,

setelah itu dia memulai percobaannya.

Gbr.2 Oersted mengamati Kompas di sekitar arus listrik

Percobaan yang dilakukan adalah dengan melilitkan sebuah

paku besi dengan kawat tembaga. Setelah itu dialirkan arus

listrik pada kawat tersebut. Ternyata paku tersebut menjadi

bersifat magnet. Magnet yang dibuat dengan mengalirkan arus

listrik melalui lilitan kawat disebut sebagai magnet listrik atau

elektromagnet. Elektromagnet bersifat sementara atau tidak

tetap, bila aliran listrik dimatikan, maka sifat kemagnetannya

akan hilang [4]

Dari hasil percobannya Oersted Mengambil suatu

kesimpulan bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan

magnet yang dapat memengaruhi kedudukan magnet jarum.

Dari hasil pengamatannya, Oersted mendapatkan bahwa arah

penyimpangan kutub utara magnet jarum sesuai dengan arah

ibu jari tangan kanan dan arah arus listrik pada kawat sesuai

dengan arah jari jari lainnya. Arah medan magnet yang terdapat di sekitar kawat berarus sesuai dengan kaidah tangan

kanan seperti pada gambar di bawah ini [4]

Gbr. 3 Kaidah Tangan Kanan

Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik, dapat dilakukan

dengan cara:

1. Perhatikan arah listrik yang mengalir pada kumparan. 2. Ujung kumparan yang pertama kali mendapat arus

listrik dijadikan sebagai pedoman untuk menentukan

letak kutub-kutub magnet.

3. Kemudian, genggam ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan

kanan sesuai dengan letak kawan pada inti besi.

Gbr.4 menentukan kutub magnet

4. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian

genggam kumparan yang berinti besi.

5. Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub

selatan.

6. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan

telapak tangan ke belakang, kemudian genggam

kumparan kawat itu.

7. Dengan cara yang sama kita dapat juga menentukan letak kutub utara, dan kutub selatan magnet. [4]

B. Penemu Hukum Ampere

Gbr. 5 Andre Marie Ampere

Andre Marie Ampere adalah ahli fisika dan

matematika Perancis, bapak elektro dinamik, penemu

elektromagnet (magnet listrik), penemu hukum ampere,

penemu jarum astatuk, guru besar fisika, kima dan

matematika, anggota akademik sains (1814) pemikir dan

pengarang.[1]

Andre Marie Ampere lahir di Lyon, Prancis, pada

tanggal 20 Januari 1775 dan meninggal di Marseille,

Prancis pada tanggal 10 Juni 1836 pada umur 61 tahun.[1]

Ampere tidak pernah duduk dibangku sekolah. Semasa kecilnya, Ampere lebih sering meluangkan waktunya

untuk membaca di perpustakaan rumah. Dia mempunyai

niat yg besar dalam sejarah, geografi, sastra, filsafat dan

ilmu ilmu alam.[3] Saat usianya yang sangat muda iya sudah

berulangkali mengembangkan ide ide matematika sendiri dan juga mulai menulis tesis tentang kerucut. Ketika iya

berusia 13 tahun, Ampere mempresentasikan karya

pertamanya ke Academia de Lyon. Karya tersebut berisi

tentang solusi permasalahan dalam membangun garis yang

sama panjang sebagai busur lingkaran.[3]

Namun, sayangnya karangan tersbut tidak pernah

diterbitkan karena Ampere tidak punya pengetahuan sama

sekali tentang Kalkulus. Setelah beberapa waktu, Ampere

datang langsung ke kantor artikel D alembert tentang deferensial kalkulus di Ensiklopedia dan merasa sangat

ingin mempelajari matematika. [3]

Ampere mempelajari deferensial dan integral

kalkulus dari seoarang biarawan di Lyon. Setelahnya, iya

mulai belajar cara kerja dari Euler dan Bernaoulli. Dia juga mendapatkan salinan copy dari edisi Lagrange yang

dia pelajari dengan sangat serius. [3]

Ampere kawin pada umur 24 tahun. Ia di karuniai

seorang anak laki-laki. Tapi ketika anak itu berumur 4

tahun, istri Ampere meningal dunia. Bagi Ampere,

kematian istrinya merupakan pukulan hidup yang sangat

berat. Sejak itu ia jadi orang yang murung dan hampir

putus asa seandainya tidak bertemu dengan Lalande, ahli

musik Prancis yang kenamaan, yang selalu menghibur

Ampere. [1]

Sebelumya hidup Ampere boleh dikatakan bahagia,

serba kecukupan, dan terhormat. Karena kecerdasannya ia

diangkat jadi guru besar fisika di Bourg selama 2 tahun

(1801-1803). Setelah istrinya meninggal ia pindah ke Ecole Polytechnique di Paris dan mengajar di sana sampai

akhir hidupnya. [1]

Pada tahun 1820 Oersted, ahli fisika Denmark,

menemukan bahwa jarum kompas beranjak biladitaruh di

dekat kawat (penghantar, konduktor) yang berarus listrik.

Ampere sadar betapa penting penemuan Oersted itu. Ia segera mengadakan eksperimen. Dari eksperimennya ia

menemukan bahwa kumparan bersifat sebagai magnet

batang, bahwa besi lunak dalam kumparan berubah jadi

magnet dan kumparan yang berisi batang besi lunak jadi

magnet yang kuat, bahwa dua penghantar yang berdekatan

yang beraliran arus listrik saling mengeluarkan gaya. [1]

Akhirnya Ampere menemukan hukum matematika

untuk menghitung gaya tersebut. Hukum ini kemudian

terkenal dengan nama hukum Ampere. Yng menjadi dasar

teori elektromagnet ciptaan Maxwell (1865). [1]. Ampere

merupakan ilmuwan pertama yang mengembangkan alat untuk mengamati bahwa dua batang konduktor yang

diletakkan berdampingan dan keduanya mengalirkan

listrik searah akan saling tarik menarik dan jika

berlawanan arah akan saling tolak menolak. [2]

C. Hukum Ampere

Setelah penemuan Oersted, ilmuan Perancis Andre

Marie Ampere (1775-1836) mengajukan hubungan umum

antara arus pada kawat dengan magnetik di sekitarnya.

Bayangkan lintasan tertutup sekitar arus seperti gambar 6.

[5]

Gbr. 6 Lintasan Melingkar dengan radius r mengelilingi Arus

Bayangkan lintasan tersebut berdiri dari elemen-elemen

pendek . Untuk semua elemen dihitung .d .( .d =

cos ) . Setelah itu kita jumlahkan perkalian-perkalian

untuk semua elemen sepanjang lintasan tertutup C dengan

arus i yang melintasi kurv tersebut. Menurut Ampere, hasil

penjumlahan ini akan sama dengan 0 dikalikan dan

dikenal sebagai Hukum Ampere.[5]

Persamaan 1:

Secara vektor ditulis:

Keterangan:

: Medan magnetik (T atau wb/m2) D : Elemen panjang (m)

i : Kuat arus listrik (A)

0 : Permeabilitas ruang hampa (4 x 10-7T. m/A)

Untuk menggunakan Hukum Ampere, kita pilih lintasan

tertutup berupa lingkaran dengan jari-jari a. (pemilihan bentuk

lintasan ini terserah kita sehingga dipilih bentuk yang

memudahkan). Lintasan melingkar dipilih karena pada setiap

titik pada lintasan B meupakan arah garis sinnggung (tangen)

terhadap lingkaran di titik itu. Dengan demikian untuk

sebarang segmen pendek, akan paralel d sehingga sudut= 0o. Maka dari itu dari persamaan 1 maka dapat ditulis:[5]

= 0i

0o = 0i

= 0i

B(2a) = 0i

Penjelasan lainnya bisa dilihat pada gambar di bawah

ini: [6]

Gbr. 7 sebuah konduktor membawa arus total I, integral garis dari H untuk

lintasan-lintasan tertutup a dan b masing-masing adalah sama dengan I dan

integral garis H untuk lintasa c adalah kurang dari I, karena tidak seluruh

bagian arus dilingkari oleh c.

Kita mendefinisikan arus positif sebagai arus yang

mengalir searah pergerakan maju ulir tangan kanan yang

diputar searah dengan lintasan tertutup. Kita perlu

menegaskan pula apa sebenarnya yang dimaksud dengan

arus yang dilingkari oleh lintasa tertutup. Umpamakan bahwa kita membuat sebuah rangkaian listrik dengan kawat

penghantar yang ditarik melewati sebuah gelang karet

sebanyak satu kali, di mana gelang ini merepresentasikan

lintasan tertutup yang kita bicarakan. Kita dapat menekuk,

memilin, atau bahkan mengikat karet gelang ini dengan cara

apapun untuk membentuk rupa rupa yang aneh, namun selama kawat penghantar masih sepenuhnya berada di dalam

gelang, dan kawat maupun gelang tidak terputus maka arus

= 0i

. = 0i

B = 0

2

yang dilingkari oleh gelang akan sama dengan arus yang

terdapat pada kawat. [6]

Sekarang , marilah kita mengganti gelang karet ini

dengan sebuah cincin baja yang di bagian tengahnya ditutupi

oleh selapis membran karet. Cincin baja ini merupakan sebuah

lintasan tertutup, dan kawat berarus kita harus menembus

membran karet ini jika kita hendak menjadikannya dilingkari oleh lintasa tertutuo. Sekali lagi, kita dapat mendistorsi bentuk cincin ini, mauoun membran karetnya, sebagaimana

pun kita mau. Seutas kawat tunggal berarus akan menembus membran (dan juga cincin) ini sebanyak satu kali, dan inilah

ukuran sebenarnya dari arus yang dilingkari lintasan tertutup. Apabila kita melewatkan kawat ini ke dalam cincin dari depan ke belakang sebanyak satu kali, dan kemudian

membelokkan dan melewatkannya lagi dari arah yang

berlawanan (belakang ke depan) juga sebanyak sekali, maka

arus total yang dilingkari oleh cincin adalah jumlah aljabar

arus yang melewati cincin, yaitu nol.[6]

III. APLIKASI HUKUM AMPERE

a. Hukum Ampere pada Kawat Lurus Berarus yang Panjang

Kita telah melihat bahwa arus lsitrik mengahasilkan

medan magnet di sekitar konduktor yang dialirinya.

Medan magnet ini merupakan besaran vektor. Arah dari

medan magnet dapat ditentukan dengan menggunakan

aturan tangan kanan yang dinyatakan sebagai berikut. ibu jari dari tangan kanan, menyatakan arah arus dan keempat jari lainnya yang menekuk meunjukkan arah medan

magnet. [7]

Gbr. 8 aturan tangan kanan pada berbagai posisi kawat lurus berarus.

Arah garis gaya medan magnet di sekitar kawat

konduktor membentuk lingkaran konsentris yang tegak

lurus terhadap kawat konduktor yang berada di tengahnya.

Vektor medan magnet B di titik manapun mempunyai arah

tangensial pada garis gaya medan magnet yang melewati

titik tersebut.[7]

Vektor medan magnet yang mengarah ke dalam

disimbolkan dengan cross , dan yang mengarah keluar disimbolkan dengan dot . Besar medan magnet di sebuah titik berbanding lurus dengan arus yang melewati kawat

konduktor dan berbanding terbalik dengan jaraknya dari

kawat. Kesimpulan ini diperoleh dari beberapa percobaan.

[7]

Gbr. 9 Pola medan magnet di sekitar kawat konduktor berarus.

Oleh karena itu, besarnya medan magnet di suatu titik dengan jarak r tegak lurus dari kawat konduktor lurus

diberikan oleh persamaan yang dikenal sebagai hukum Ampee

untuk kawat lurus.[7]

Dengan 0 adalah permeabilitas magnetik. 0 = 4 x 10-7 N/A2. i adalah arus yang mengalir pada kawat, satuannya

Ampere (A), r adalah jarak dari kawat, satuannya meter (m),

K = sebuah konstanta yang dipunyai oleh kawat berarus lurus

panjang dalam satuan SI sebesar 10-7 N/A2, dan B = intensitas

medan magnet, satuannya adalah Wb/m2, tesla (T) atau N/A.m.[7]

Catatan: Tidak semua bentuk kawat konduktor berarus,

besar medan magnetnya dapat ditentukan oleh persamaan

Ampere. Hukum Ampere hanya untuk bentuk kawat konduktor berarus yang mempunyai kesimetrisan seperti

kawat lurus bearaus yang panjang seperti di atas.[7]

IV. KESIMPULAN

Hukum ampere ditemukan setelah penemuan Oersted.

Hukum Ampere mengikuti aturan kaidah tangan kanan

Oersted. Hukum Ampere hanya digunakan untuk

lintasan tertututp dan terdapat kesimetrisan di dalamnya.

Dalam hal ini lintasan tertutup yang dimaksud

contohnya pada kawat panjang lurus berarus. Kawat

panjang lurus berarus lintasan tertutupnya membentuk lingkaran.

B = 0

2

dan B = K2

dengan K =

0

4

REFERENSI

[1] http://www.biografi-tokoh.com/2013/03/biografi-andre-marie-ampere-penemu, Rabu, 23 Oktober 2013, 18.30

[2] http://metropolits.blogspot.com/2010/12/penemu-hukum-amper.html

[3] http://www.famousscientists.org/andre marie ampere, Rabu, 23 Oktober 2013, 19:00

[4] http://pustakafisika.wordpress.com/tag/hans-christian-oersted, Rabu,

23 Oktober 2013, 19:30

[5] Daton Goris Seran, Legiyo Stephanus, C Lestari Cosma Elsih, Suparmono Yohanes Bambang, Fisika, Indonesia: Grasindo.

[6] Jr. William H. Hayt, Buck John A, Elektromagnetik edisi ketujuh, Indonesia: Erlangga, 2006.

[7] M. Yaz Ali, Fisika SMA Kelas XII, Berdasarkan Standar isi; 2006.