Yang dimaksud dengan medan magnet adalah ruang di sekitar sebuah objek yang menghasilkan gaya magnet, dimana gaya dapat dirasakan.
Adalah besaran vektor dengan satuan Tesla (T) = \(Wb \over m^2\)
Bersumber dari bumi, batang magnet, ataupun arus listrik.

Sumber : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/elemag.html

Pada sebuah magnet batang, garis-garis medan magnet bakal seperti ini penampakannya, dari Utara ke Selatan.

1. Medan Magnet pada Kawat Lurus

Sumber : http://blajar-pintar.blogspot.co.id/2011/04/medan-magnet-di-sekitar-kawat-lurus.html

Pada dasarnya, setiap kawat lurus pasti memiliki medan magnet yang mengitari panjang kawatnya sebagaimana ditampilkan pada gambar berikut. Sub-bab berikutnya juga akan menjelaskan kaidah tangan kanan yang digunakan untuk menentukan arah medan magnet di kawat berarus.

\(B = {\mu_0 . I \over 2\pi .a} \) pada kawat lurus yang panjangnya tak berhingga

Sumber : https://www.slideshare.net/iknomtl/10medan-magnet-baru

\(B ={ \mu_0 . I \over 4\pi .a}\)\(.(cos \alpha_1 + cos\alpha_2 )\) pada kawat lurus panjang berhingga

dimana

 \(\mu_0 \)   = permeabilitas vakum (\(4\pi\).10^-7 Wb/A.m)
B     = kuat medan magnet (Tesla)
I      = kuat arus listrik (A)
a     = jarak suatu titik ke kawat

2. Medan Magnet pada Kawat Melingkar

\(B = {\mu_0 . I \over 2\pi . a}\) pada pusat lingkaran

\(B = {\mu_0. I . N \over 2a}\) untuk beberapa lilitan

\(B = {\mu_0 . I \over 2a}\)\(sin^3\theta\) pada suatu titik sepanjang sumbu lingkaran

N = jumlah lilitan

3. Medan Magnet Solenoida

Solenoida adalah suatu kumparan berbentuk agak silindris yang berasal dari sebuah kawat yang sangat panjang tapi dililit. Karena dibuat kumparan, jadi arah medan magnetnya berubah dibandingkan dengan kawat lurus. Modelnya jadi macam magnet batang, satu sisi jadi Utara dan satu sisi jadi Selatan. Coba bandingkan dengan gambar magnet batang yang pertama.

Lantas, bagaimana cara menentukan arah medan magnetnya apabila arusnya berubah?
Gampang, tinggal lingkarin 4 jari tangan kanan kalian searah dengan arus, nanti kan arah jempolnya ngikut. Itu arah medan magnetnya, menunjuk ke kutub Utara 'magnet' kalian.

Sumber : http://www.excelatphysics.com/right-hand-grip-rule.html

a. Di pusat Solenoida

Sumber : https://yoskin.wordpress.com/jumpa-fisika-xii/fisika-xii-semester-i/medan-magnet-induksi/

\(B = {\mu_0 . I . N \over 2.a}\)

dimana

 \(\mu_0 \)   = permeabilitas vakum (\(4\pi\).10^-7 Wb/A.m)
B     = kuat medan magnet (Tesla)
I      = kuat arus listrik (A)
a     = jarak titik ke kawat
L = panjang solenoida

b. Di ujung solenoida

Sumber : https://yoskin.wordpress.com/jumpa-fisika-xii/fisika-xii-semester-i/medan-magnet-induksi/

\(B = {\mu_0 . I . N \over 2L}\)

 \(\mu_0 \)   = permeabilitas vakum (\(4\pi\).10^-7 Wb/A.m)
B     = kuat medan magnet (Tesla)
I      = kuat arus listrik (A)
a     = jarak titik ke kawat
L = panjang solenoida

4. Medan Magnet Toroida

Sebenernya, toroida itu solenoida. Tapi bentuknya jadi donat gitu (alay dah) karena dia dibentuk melengkung dan ujungnya disambungkan.

Sumber : http://blajar-pintar.blogspot.co.id/2011/04/medan-magnet-pada-toroida.html

\(B= {\mu_0 . I . N \over 2\pi . a}\)

 \(\mu_0 \)   = permeabilitas vakum (\(4\pi\).10^-7 Wb/A.m)
B     = kuat medan magnet (Tesla)
I      = kuat arus listrik (A)
a     = jarak titik ke kawat
L     = panjang solenoida

Contoh Soal

1. Sebuah kawat berarus I diletakkan pada dua buah magnet batang dengan posisi sebagai berikut.

Arah gaya Lorentz yang dihasilkan pada kawat adalah ...

A. keluar bidang gambar
B. menuju kutub selatan magnet
C. menuju kutub utara magnet
D. dari kutub utara ke kutub selatan
E. masuk bidang gambar

Pembahasan
Gunakan kaidah tangan kiri Fleming untuk menentukan arah gaya Lorentz seperti gambar di bawah. Konsep ini dipakai karena kasus di atas bukan induksi magnetik.

Arahkan jari tengah searah dengan arus I, kemudian telunjuk ke arah kutub utara magnet (di atas bisa dilihat, medan magnetnya muter dari Utara ke Selatan). Lantas, gaya Lorentz akan ditunjukkan arahnya oleh jempol, yakni ke bawah atau masuk bidang gambar.
Jawaban : E

2. Kawat dilengkungkan dengan jari-jari R sebesar 40 cm dan dialiri arus listrik, sebagaimana ditunjukkan pada diagram berikut.

Diketahui \(\mu_0\) = \(4\pi\) x 10^-7 Wb/Am , maka induksi magnet pada titik P adalah sebesar ...

Pembahasan
Nah, sekarang bentuk kawatnya seperti kita bisa lihat adalah melengkung, jumlah lilitannya nggak satu (soalnya bentuk lilitan setengah lingkaran) dan induksi magnet pada titik tengah adalah pertanyaannya. Jadi kita pakai rumus yang sesuai, yaitu
\(B = {\mu_0 . I . N \over 2 a}\)

Disini, nilai a = r , karena a menyatakan jarak dari pusat ke kawat. Sekarang tinggal masukin aja semua variabelnya di dalam persamaan.
Oh iya jangan lupa, kawatnya setengah lingkaran. Jadi apapun hasilnya yang kalian dapet kaliin setengah.

B = (1/2)(4\(\pi\) x 10^-7)(2 A) / (2. 40 x 10^-2)

    = 5\(\pi\) x 10^-7 T
 

1. GGL Induksi 

• Timbulnya arus listrik dikarenakan adanya induksi elektromagnetik
• Besar GGL antara ujung-ujung kumparan berbanding lurus dengan kecepatan perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan.

Sumber : http://www.biomagz.com/2016/05/penyebab-ggl-induksi-dan-faktor-yang.html

Eksperimen yang dilakukan Michael Faraday pada 1831, menjadi acuan dan ide dasar induksi elektromagnetik yang konsepnya diaplikasikan hingga sekarang dalam berbagai bentuk. Rumus dasar sesuai definisi :

\(E = -N{\Delta \phi \over \Delta t}\)

N = jumlah lilitan 

\(\Delta \phi \) = perubahan fluks magnetik (Wb)
\(\Delta t\) = selang waktu perubahan fluks magnet (s)
\(E\)  = GGL Induksi (Volt)

a. GGL Induksi akibat perubahan luas bidang kumparan

Sumber : http://slideplayer.info/slide/2976497/

 Jadi, di gambar ini PQ adalah sebuah kawat konduktor. Bayangin aja kawat PQ itu digerakkan ke arah kanan di sebuah medan magnet. Berdasarkan gambar, gaya Lorentz berarti berarah ke kiri untuk melawan gaya yang digunakan untuk menggerakkan PQ. Nah, sekarang kita gunakan kaidah tangan kanan seperti gambar di bawah.

Coba kalian arahin B (telunjuk) ke bawah dan F (jari tengah) ke kiri. Maka, jempol akan mengarah dari P ke Q, itu arah arus GGL induksinya.
Fenomena ini dirumuskan sebagai berikut :

\(E = B.l.v. sin \space\theta\)

\(E\) = GGL Induksi (Volt)
\(l\) = panjang kawat (m)
B = medan magnet (Wb/m²)

b. GGL Induksi pada generator

Sumber : https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/sumberbelajar/tampil/Induksi-Faraday-/konten5.html

Pada kasus ini, kita punya sebuah generator AC yang menghasilkan arus bolak-balik. Sebuah kumparan diputar searah di antara sebuah medan magnet dan menghasilkan GGL induksi dan juga sebuah arus yang bergerak dua arah.
Di generator ini ada dua bagian utama :

1. Stator : bagian yang diam pada generator, tugasnya menghasilkan tegangan bolak-balik (AC)
2. Rotor : bagian yang berputar dan menghasilkan medan magnet, menginduksikan ke stator.

Rumus :

\(E = B. A. N. sin \space \omega t\)

A = luas bidang kumparan (m²)
N = jumlah lilitan pada kumparan
\( \omega\) = kecepatan angular (rad/s)
t = waktu kumparan berputar (s)

c. GGL Induktansi Diri

Sumber : http://www.myrightspot.com/2017/03/induktansi-diri-dan-induktansi-silang.html

Arus listrik I melalui sebuah kumparan berubah terhadap waktu t

\(E = -L{dI \over dt}\)

\(L\) = induktansi diri kumparan (Henry)
\(dI \over dT\) = laju perubahan arus (A/s)
dT = selang waktu perubahan arus (s)

2. Transformator

Pengendali tegangan listrik dengan cara menurunkan / menaikkan tegangan listrik. Dari satu sisi ke sisi lainnya, tegangan bisa naik (trafo step up) atau turun (trafo step down)

Sumber : http://www.berpendidikan.com/2015/10/macam-macam-dan-ciri-ciri-transformator-trafo-step-up-step-down.html

a. Ideal (efisiensi = 100%)

\(N_p \over N_s\) = \(V_p \over V_s\) = \(I_s \over I_p\)

N_p = jumlah lilitan pada kumparan prime
N_s = jumlah lilitan pada kumparan sekunder
V = tegangan listrik (V) , subskrip p dan s melambangkan primer dan sekunder
I = arus (A), subskrip p dan s melambangkan primer dan sekunder

b. Trafo Tidak Ideal (efisiensi <100%)

\(\eta . V_p \over V_s\) = \(\eta . N_p \over N_s\) = \(I_s \over I_p\)

\(\eta \) = efisiensi trafo

c. Efisiensi Trafo

Perbandingan besar daya yang keluar pada kumparan sekunder dengan daya yang masuk ke kumparan primer.

\(\eta = {P_s \over P_p} \times \)100%

P_s = daya pada kumparan sekunder (Watt)
P_p = daya pada kumparan primer (Watt)

Contoh-Contoh Lain

a. Kawat Ditarik dalam Medan Magnet Homogen

\(E = B . v. l\)
\(I = {E \over R}\)

E = GGL induksi (Volt)
B = medan magnet (Tesla)
v = kecepatan gerak kawat (m/s)
l = panjang kawat (m)
R = hambatan (\(\Omega\))

b. Kawat yang diputar dalam medan magnet homogen

\(E= {B . v . l \over 2}\) \(={ B. \omega . l^2 \over 2}\)

karena v = \(\omega . l\)

Adalah suatu gaya yang ditimbulkan di sekitar sebuah medan magnet.
Biasanya kalau ada sebuah kawat yang berarus,maka selalu bakal muncul gaya Lorentz. Kawatnya harus ada arusnya, kalau nggak gaya Lorentz tidak akan terjadi.
Secara umum, gaya Lorentz didefinisikan sebagai jumlah gaya yang terjadi apabila terdapat sebuah medan magnet sebesar 1 Tesla pada kawat panjangnya 1 m dan berarus satu Ampere, dimana arah gaya selalu tegak lurus dengan arah medan magnet.

Bingung ga? Kalo kalian masih juga gapaham, scroll terus ke bawah. Penjelasannya ada kok guys, sans ae.

1. Gaya Lorentz pada Kawat berarus di Dalam Medan Magnet

\(F = B . I . l . sin \space \theta\)

Sumber : https://fisikakontekstual.files.wordpress.com

Oke, jadi disini rumusnya ada sin \(\theta\) karena bisa aja yang bikin soal iseng medan magnetnya dimiring-miringin. Jadi definisi di atas asumsinya kalau nilai sin \(\theta\) = 1 , berarti sudutnya 90 derajat. Tetapi, konsep tetap sama aja. Kawat berarus ditempatkan pada sebuah medan magnet, dimana hal ini menghasilkan gaya magnetik atau gaya Lorentz.

F = gaya Lorentz (N)
B = kekuatan induksi medan magnet (T)
I = arus listrik (A) 
l = panjang kawat (m)
\(\theta\) = sudut antara arus listrik dan medan magnet

2. Gaya Lorentz antara Dua kawat yang Berarus

Sumber : https://fisikakontekstual.wordpress.com/materi-medan-magnet/

Di kasus ini, kita punya dua kawat yang dihadapkan ke satu sama lain dengan jarak tertentu. Kenapa bisa timbul Gaya Lorentz? Coba kita perhatikan gambar dibawah.

Setiap kawat berarus pasti memiliki sebuah medan magnet yang mengitari sedemikian rupa seperti gambar yang di atas. Kemudian, kita tahu bahwa karena ada arus dan medan magnet, ada gaya Lorentz dong? Bila dua kawat yang spesifikasinya sama dihadapkan, maka rumusnya akan seperti yang berikut ini:

\(F \over L\) = \(\mu_0 . I_1 . I_2 \over 2.\pi.r\)

I₁ = arus pada kawat  1 (A)
I₂ = arus pada kawat 2 (A)
r = jarak antara kawat 1 dan kawat 2 (m)
L = panjang kawat (m) , asumsinya 1 kalau gak dikasih tahu.
\(\mu_0\) = permeabilitas ruang hampa ( \(4\pi\) . 10^-7 Wb/A. m²)

3. Gaya Lorentz di Muatan yang Bergerak dalam Medan Magnet

Sekarang, bayangkan suatu medan magnet.

\(F = B . q . v . sin \theta \)

q = muatan listrik (C)
\(sin \space \theta\) = sudut antar vektor kecepatan muatan dan medan magnet

4. Arah Induksi Magnetik dan Gaya Lorentz

Konsep induksi magnetik bakal dijelaskan pada sub-bab sebelumnya. Disini hanya membahas arah-arah dari variabelnya saja. Biar nanti kalau kalian bingung di sub bab Induksi Magnetik bisa lanjut ke sini untuk melihat acuannya.

Gunakan kaidah tangan kanan , sebagaimana dijelaskan dalam gambar berikut :

Sumber : https://muhammadsajadi.blogspot.co.id/2016/04/kaidah-tangan-kanan-di-fisika.html

Sumber : https://physicsranggaagung.wordpress.com

• Adalah jumlah garis-garis gaya medan magnet yang menembus tegak lurus bidang dengan luasan tertentu.
• Sebagaimana ditampilkan dalam diagram di atas, arah medan magnet ditunjukkan dengan panah berwarna merah muda.
• Di rumusnya ada cos \( \theta\) karena bila medan magnet tegak lurus dengan bidang berwarna coklat maka nilai cos \(\theta\) adalah 1, karena cos 90^\(\circ\) = 1
• Hal ini dinyatakan dengan persamaan berikut :

\(\Phi = B . A . cos \space \theta\)

\(\Phi \) = fluks magnetik (Wb)
B = induksi magnetik (T)
A = luas bidang (m²)
\(\theta\) = sudut antara induksi magnet B dengan normal bidang