Konverter Medan Magnet
Konverter Medan Magnet: Tesla, Gauss, A/m, Oersted - Panduan Lengkap Kepadatan Fluks Magnetik & Kekuatan Medan
Medan magnet adalah gaya tak terlihat yang mengelilingi magnet, arus listrik, dan bahkan seluruh planet kita. Memahami unit medan magnet sangat penting bagi insinyur listrik, fisikawan, teknisi MRI, dan siapa pun yang bekerja dengan elektromagnet atau motor. Namun, inilah perbedaan penting yang sering terlewatkan oleh banyak orang: ada DUA pengukuran magnetik yang berbeda secara fundamental—medan-B (kepadatan fluks) dan medan-H (kekuatan medan)—dan mengonversi di antara keduanya memerlukan pengetahuan tentang sifat magnetik material. Panduan ini menjelaskan Tesla, Gauss, A/m, Oersted, dan fisika di balik pengukuran medan magnet.
Apa itu Medan Magnet?
Medan magnet adalah medan vektor yang menggambarkan pengaruh magnetik pada muatan listrik yang bergerak, arus listrik, dan material magnetik. Medan magnet dihasilkan oleh muatan yang bergerak (arus listrik) dan momen magnetik intrinsik partikel elementer (seperti elektron).
Dua Kuantitas Medan Magnet
Medan-B (Kepadatan Fluks Magnetik)
Mengukur gaya magnetik aktual yang dialami oleh muatan bergerak. Termasuk efek material. Unit: Tesla (T), Gauss (G), Weber/m².
Rumus: F = q(v × B)
di mana: F = gaya, q = muatan, v = kecepatan, B = kepadatan fluks
Medan-H (Kekuatan Medan Magnet)
Mengukur gaya magnetisasi yang menciptakan medan, terlepas dari materialnya. Unit: Ampere/meter (A/m), Oersted (Oe).
Rumus: H = B/μ₀ - M (dalam vakum: H = B/μ₀)
di mana: μ₀ = permeabilitas ruang hampa = 1.257×10⁻⁶ T·m/A, M = magnetisasi
Dalam vakum atau udara: B = μ₀ × H. Dalam material magnetik: B = μ₀ × μᵣ × H, di mana μᵣ adalah permeabilitas relatif (1 untuk udara, hingga 100.000+ untuk beberapa material!)
Fakta Singkat Medan Magnet
Medan magnet Bumi sekitar 25-65 mikrotesla (0.25-0.65 Gauss) di permukaan—cukup untuk membelokkan jarum kompas
Magnet kulkas menghasilkan sekitar 0.001 Tesla (10 Gauss) di permukaannya
Mesin MRI menggunakan 1.5 hingga 7 Tesla—hingga 140.000 kali lebih kuat dari medan Bumi!
Medan magnet kontinu terkuat yang pernah dibuat di laboratorium: 45.5 Tesla (Florida State University)
Bintang neutron memiliki medan magnet hingga 100 juta Tesla—terkuat di alam semesta
Otak manusia menghasilkan medan magnet sekitar 1-10 pikotesla, dapat diukur dengan pemindaian MEG
Kereta Maglev menggunakan medan magnet 1-4 Tesla untuk melayang dan mendorong kereta dengan kecepatan 600+ km/jam
1 Tesla = 10.000 Gauss persis (hubungan yang ditentukan antara sistem SI dan CGS)
Rumus Konversi - Cara Mengonversi Unit Medan Magnet
Konversi medan magnet terbagi dalam dua kategori: konversi medan-B (kepadatan fluks) bersifat langsung, sedangkan konversi medan-B ↔ medan-H memerlukan sifat material.
Konversi Medan-B (Kepadatan Fluks) - Tesla ↔ Gauss
Unit dasar: Tesla (T) = 1 Weber/m² = 1 kg/(A·s²)
| Dari | Ke | Rumus | Contoh |
|---|---|---|---|
| T | G | G = T × 10,000 | 0.001 T = 10 G |
| G | T | T = G ÷ 10,000 | 1 G = 0.0001 T |
| T | mT | mT = T × 1,000 | 0.001 T = 1 mT |
| T | µT | µT = T × 1,000,000 | 0.00005 T = 50 µT |
| G | mG | mG = G × 1,000 | 0.5 G = 500 mG |
Tips cepat: Ingat: 1 T = 10.000 G persis. Medan Bumi ≈ 50 µT = 0.5 G.
Praktis: Pemindaian MRI: 1.5 T = 15.000 G. Magnet kulkas: 0.01 T = 100 G.
Konversi Medan-H (Kekuatan Medan) - A/m ↔ Oersted
Unit dasar: Ampere per meter (A/m) - unit SI untuk gaya magnetisasi
| Dari | Ke | Rumus | Contoh |
|---|---|---|---|
| Oe | A/m | A/m = Oe × 79.5775 | 1 Oe = 79.58 A/m |
| A/m | Oe | Oe = A/m ÷ 79.5775 | 1000 A/m = 12.57 Oe |
| kA/m | Oe | Oe = kA/m × 12.566 | 10 kA/m = 125.7 Oe |
Tips cepat: 1 Oersted ≈ 79.58 A/m. Digunakan dalam desain elektromagnet dan perekaman magnetik.
Praktis: Koersivitas hard disk: 200-300 kA/m. Elektromagnet: 1000-10000 A/m.
Mengonversi Medan-B ↔ Medan-H (HANYA DALAM VAKUM)
| Dari | Ke | Rumus | Contoh |
|---|---|---|---|
| A/m | T | T = A/m × μ₀ = A/m × 1.257×10⁻⁶ | 1000 A/m = 0.001257 T |
| T | A/m | A/m = T ÷ μ₀ = T ÷ 1.257×10⁻⁶ | 0.001 T = 795.8 A/m |
| Oe | G | G ≈ Oe (dalam vakum) | 1 Oe ≈ 1 G di udara |
| Oe | T | T = Oe × 0.0001 | 100 Oe = 0.01 T |
Rumus material: Dalam material: B = μ₀ × μᵣ × H, di mana μᵣ = permeabilitas relatif
Nilai μᵣ untuk Material Umum
| Material | Nilai μᵣ |
|---|---|
| Vakum, udara | 1.0 |
| Aluminium, tembaga | ~1.0 |
| Nikel | 100-600 |
| Baja ringan | 200-2,000 |
| Baja silikon | 1,500-7,000 |
| Permalloy | 8,000-100,000 |
| Supermalloy | up to 1,000,000 |
Dalam besi (μᵣ ≈ 2000), 1000 A/m menciptakan 2.5 T, bukan 0.00126 T!
KRITIS: Memahami Medan-B vs Medan-H
Mencampuradukkan B dan H dapat menyebabkan kesalahan fatal dalam desain elektromagnet, perhitungan motor, dan pelindung magnetik!
- Medan-B (Tesla, Gauss) adalah apa yang Anda UKUR dengan gaussmeter atau probe Hall
- Medan-H (A/m, Oersted) adalah apa yang Anda TERAPKAN dengan arus melalui kumparan
- Di udara: 1 Oe ≈ 1 G dan 1 A/m = 1.257 µT (konverter kami menggunakan ini)
- Dalam besi: Medan-H yang sama menghasilkan medan-B 1000 kali lebih kuat karena magnetisasi material!
- Spesifikasi MRI menggunakan medan-B (Tesla) karena itulah yang memengaruhi tubuh
- Desain elektromagnet menggunakan medan-H (A/m) karena itulah yang diciptakan oleh arus
Memahami Setiap Unit Medan Magnet
Tesla (T)(Medan-B)
Definisi: Unit SI kepadatan fluks magnetik. 1 T = 1 Weber/m² = 1 kg/(A·s²)
Dinamai dari: Nikola Tesla (1856-1943), penemu dan insinyur listrik
Penggunaan: Mesin MRI, magnet penelitian, spesifikasi motor
Nilai tipikal: Bumi: 50 µT | Magnet kulkas: 10 mT | MRI: 1.5-7 T
Gauss (G)(Medan-B)
Definisi: Unit CGS kepadatan fluks magnetik. 1 G = 10⁻⁴ T = 100 µT
Dinamai dari: Carl Friedrich Gauss (1777-1855), matematikawan dan fisikawan
Penggunaan: Peralatan lama, geofisika, gaussmeter industri
Nilai tipikal: Bumi: 0.5 G | Magnet speaker: 1-2 G | Magnet neodymium: 1000-3000 G
Ampere per meter (A/m)(Medan-H)
Definisi: Unit SI kekuatan medan magnet. Arus per satuan panjang yang menciptakan medan.
Penggunaan: Desain elektromagnet, perhitungan kumparan, pengujian material magnetik
Nilai tipikal: Bumi: 40 A/m | Solenoid: 1000-10000 A/m | Magnet industri: 100 kA/m
Oersted (Oe)(Medan-H)
Definisi: Unit CGS kekuatan medan magnet. 1 Oe = 79.5775 A/m
Dinamai dari: Hans Christian Ørsted (1777-1851), menemukan elektromagnetisme
Penggunaan: Perekaman magnetik, spesifikasi magnet permanen, loop histeresis
Nilai tipikal: Koersivitas hard disk: 2000-4000 Oe | Magnet permanen: 500-2000 Oe
Microtesla (µT)(Medan-B)
Definisi: Satu per sejuta Tesla. 1 µT = 10⁻⁶ T = 0.01 G
Penggunaan: Geofisika, navigasi, pengukuran EMF, biomagnetisme
Nilai tipikal: Medan Bumi: 25-65 µT | Otak (MEG): 0.00001 µT | Saluran listrik: 1-10 µT
Gamma (γ)(Medan-B)
Definisi: Sama dengan 1 nanotesla. 1 γ = 1 nT = 10⁻⁹ T. Digunakan dalam geofisika.
Penggunaan: Survei magnetik, arkeologi, eksplorasi mineral
Nilai tipikal: Deteksi anomali magnetik: 1-100 γ | Variasi harian: ±30 γ
Penemuan Elektromagnetisme
1820 — Hans Christian Ørsted
Elektromagnetisme
Selama demonstrasi kuliah, Ørsted memperhatikan jarum kompas membelok di dekat kabel yang dialiri arus. Ini adalah pengamatan pertama yang menghubungkan listrik dan magnetisme. Ia menerbitkan temuannya dalam bahasa Latin, dan dalam beberapa minggu, para ilmuwan di seluruh Eropa mereplikasi eksperimen tersebut.
Membuktikan bahwa arus listrik menciptakan medan magnet, mendirikan bidang elektromagnetisme
1831 — Michael Faraday
Induksi elektromagnetik
Faraday menemukan bahwa medan magnet yang berubah menciptakan arus listrik. Menggerakkan magnet melalui kumparan kawat menghasilkan listrik—prinsip di balik setiap generator listrik dan transformator saat ini.
Memungkinkan pembangkitan tenaga listrik, transformator, dan jaringan listrik modern
1873 — James Clerk Maxwell
Teori elektromagnetik terpadu
Persamaan Maxwell menyatukan listrik, magnetisme, dan cahaya menjadi satu teori. Ia memperkenalkan konsep medan-B dan medan-H sebagai kuantitas yang berbeda, menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.
Memprediksi gelombang elektromagnetik, yang mengarah pada radio, radar, dan komunikasi nirkabel
1895 — Hendrik Lorentz
Hukum gaya Lorentz
Menjelaskan gaya pada partikel bermuatan yang bergerak di medan magnet dan listrik: F = q(E + v × B). Rumus ini fundamental untuk memahami cara kerja motor, akselerator partikel, dan tabung sinar katoda.
Dasar untuk memahami gerak partikel di medan, spektrometri massa, dan fisika plasma
1908 — Heike Kamerlingh Onnes
Superkonduktivitas
Dengan mendinginkan merkuri hingga 4.2 K, Onnes menemukan bahwa hambatan listriknya benar-benar hilang. Superkonduktor menolak medan magnet (efek Meissner), memungkinkan magnet ultra-kuat tanpa kehilangan energi.
Menghasilkan mesin MRI, kereta Maglev, dan magnet akselerator partikel yang menghasilkan medan 10+ Tesla
1960 — Theodore Maiman
Laser pertama
Meskipun tidak secara langsung tentang magnetisme, laser memungkinkan pengukuran medan magnet yang presisi melalui efek magneto-optik seperti rotasi Faraday dan efek Zeeman.
Merevolusi penginderaan medan magnet, isolator optik, dan penyimpanan data magnetik
1971 — Raymond Damadian
Pencitraan medis MRI
Damadian menemukan bahwa jaringan kanker memiliki waktu relaksasi magnetik yang berbeda dari jaringan sehat. Hal ini mengarah pada MRI (Magnetic Resonance Imaging), yang menggunakan medan 1.5-7 Tesla untuk membuat pemindaian tubuh yang detail tanpa radiasi.
Mengubah diagnostik medis, memungkinkan pencitraan non-invasif pada jaringan lunak, otak, dan organ
Aplikasi Medan Magnet di Dunia Nyata
Pencitraan & Perawatan Medis
Pemindai MRI
Kekuatan medan: 1.5-7 Tesla
Membuat gambar 3D detail dari jaringan lunak, otak, dan organ
MEG (Magnetoencephalography)
Kekuatan medan: 1-10 pikotesla
Mengukur aktivitas otak dengan mendeteksi medan magnet kecil dari neuron
Hipertermia Magnetik
Kekuatan medan: 0.01-0.1 Tesla
Memanaskan nanopartikel magnetik di tumor untuk membunuh sel kanker
TMS (Stimulasi Magnetik Transkranial)
Kekuatan medan: pulsa 1-2 Tesla
Mengobati depresi dengan merangsang daerah otak dengan pulsa magnetik
Transportasi
Kereta Maglev
Kekuatan medan: 1-4 Tesla
Melayangkan dan mendorong kereta dengan kecepatan 600+ km/jam tanpa gesekan
Motor Listrik
Kekuatan medan: 0.5-2 Tesla
Mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanis di mobil listrik, peralatan, robot
Bantalan Magnetik
Kekuatan medan: 0.1-1 Tesla
Dukungan tanpa gesekan untuk turbin dan roda gila berkecepatan tinggi
Penyimpanan Data & Elektronik
Hard Disk Drive
Kekuatan medan: koersivitas 200-300 kA/m
Menyimpan data di domain magnetik; kepala baca mendeteksi medan 0.1-1 mT
RAM Magnetik (MRAM)
Kekuatan medan: 10-100 mT
Memori non-volatil menggunakan sambungan terowongan magnetik
Kartu Kredit
Kekuatan medan: 300-400 Oe
Garis magnetik yang dikodekan dengan informasi akun
Mitos dan Kesalahpahaman Umum tentang Medan Magnet
Tesla dan Gauss mengukur hal yang berbeda
Kesimpulan: SALAH
Keduanya mengukur hal yang sama (medan-B/kepadatan fluks), hanya dalam sistem unit yang berbeda. Tesla adalah SI, Gauss adalah CGS. 1 T = 10.000 G persis. Keduanya dapat dipertukarkan seperti meter dan kaki.
Anda dapat dengan bebas mengonversi antara A/m dan Tesla
Kesimpulan: BERSYARAT
Hanya benar dalam vakum/udara! Dalam material magnetik, konversi tergantung pada permeabilitas μᵣ. Dalam besi (μᵣ~2000), 1000 A/m menciptakan 2.5 T, bukan 0.00126 T. Selalu nyatakan asumsi Anda saat mengonversi B ↔ H.
Medan magnet berbahaya bagi manusia
Kesimpulan: SEBAGIAN BESAR SALAH
Medan magnet statis hingga 7 Tesla (mesin MRI) dianggap aman. Tubuh Anda transparan terhadap medan magnet statis. Kekhawatiran ada pada medan yang berubah sangat cepat (arus terinduksi) atau medan di atas 10 T. Medan Bumi 50 µT sama sekali tidak berbahaya.
'Kekuatan' medan magnet berarti Tesla
Kesimpulan: AMBIGU
Membingungkan! Dalam fisika, 'kekuatan medan magnet' secara spesifik berarti medan-H (A/m). Namun secara umum, orang mengatakan 'medan magnet kuat' yang berarti medan-B tinggi (Tesla). Selalu perjelas: medan-B atau medan-H?
Oersted dan Gauss adalah hal yang sama
Kesimpulan: SALAH (TAPI MIRIP)
Dalam vakum: 1 Oe ≈ 1 G secara numerik, TETAPI keduanya mengukur kuantitas yang berbeda! Oersted mengukur medan-H (gaya magnetisasi), Gauss mengukur medan-B (kepadatan fluks). Ini seperti mencampuradukkan gaya dengan energi—keduanya kebetulan memiliki angka yang mirip di udara, tetapi secara fisik berbeda.
Elektromagnet lebih kuat dari magnet permanen
Kesimpulan: TERGANTUNG
Elektromagnet biasa: 0.1-2 T. Magnet neodymium: medan permukaan 1-1.4 T. Namun, elektromagnet superkonduktor dapat mencapai 20+ Tesla, jauh melebihi magnet permanen mana pun. Elektromagnet unggul untuk medan ekstrem; magnet permanen unggul dalam kekompakan dan tanpa konsumsi daya.
Medan magnet tidak dapat menembus material
Kesimpulan: SALAH
Medan magnet menembus sebagian besar material dengan mudah! Hanya superkonduktor yang sepenuhnya menolak medan-B (efek Meissner), dan material dengan permeabilitas tinggi (mu-metal) dapat mengarahkan kembali garis medan. Inilah sebabnya mengapa pelindung magnetik sulit—Anda tidak bisa begitu saja 'memblokir' medan seperti yang bisa Anda lakukan dengan medan listrik.
Cara Mengukur Medan Magnet
Sensor Efek Hall
Rentang: 1 µT hingga 10 T
Akurasi: ±1-5%
Mengukur: Medan-B (Tesla/Gauss)
Paling umum. Chip semikonduktor yang menghasilkan tegangan sebanding dengan medan-B. Digunakan di smartphone (kompas), gaussmeter, dan sensor posisi.
Kelebihan: Murah, ringkas, mengukur medan statis
Kekurangan: Sensitif terhadap suhu, akurasi terbatas
Magnetometer Fluxgate
Rentang: 0.1 nT hingga 1 mT
Akurasi: ±0.1 nT
Mengukur: Medan-B (Tesla)
Menggunakan saturasi inti magnetik untuk mendeteksi perubahan medan kecil. Digunakan dalam geofisika, navigasi, dan misi luar angkasa.
Kelebihan: Sangat sensitif, bagus untuk medan lemah
Kekurangan: Tidak dapat mengukur medan tinggi, lebih mahal
SQUID (Perangkat Interferensi Kuantum Superkonduktor)
Rentang: 1 fT hingga 1 mT
Akurasi: ±0.001 nT
Mengukur: Medan-B (Tesla)
Magnetometer paling sensitif. Memerlukan pendinginan helium cair. Digunakan dalam pemindaian otak MEG dan penelitian fisika fundamental.
Kelebihan: Sensitivitas tak tertandingi (femtotesla!)
Kekurangan: Memerlukan pendinginan kriogenik, sangat mahal
Kumparan Pencari (Kumparan Induksi)
Rentang: 10 µT hingga 10 T
Akurasi: ±2-10%
Mengukur: Perubahan medan-B (dB/dt)
Kumparan kawat yang menghasilkan tegangan saat fluks berubah. Tidak dapat mengukur medan statis—hanya medan AC atau medan bergerak.
Kelebihan: Sederhana, kuat, mampu menangani medan tinggi
Kekurangan: Hanya mengukur medan yang berubah, bukan DC
Kumparan Rogowski
Rentang: 1 A hingga 1 MA
Akurasi: ±1%
Mengukur: Arus (terkait dengan medan-H)
Mengukur arus AC dengan mendeteksi medan magnet yang dihasilkannya. Melilit konduktor tanpa kontak.
Kelebihan: Non-invasif, rentang dinamis lebar
Kekurangan: Hanya AC, tidak mengukur medan secara langsung
Praktik Terbaik Konversi Medan Magnet
Praktik Terbaik
- Ketahui jenis medan Anda: medan-B (Tesla, Gauss) vs medan-H (A/m, Oersted) pada dasarnya berbeda
- Material penting: konversi B↔H memerlukan pengetahuan tentang permeabilitas. Asumsikan vakum hanya jika yakin!
- Gunakan prefiks yang tepat: mT (militesla), µT (mikrotesla), nT (nanotesla) agar mudah dibaca
- Ingat 1 Tesla = 10.000 Gauss persis (konversi SI vs CGS)
- Dalam vakum: 1 A/m ≈ 1.257 µT (kalikan dengan μ₀ = 4π×10⁻⁷)
- Untuk keamanan MRI: selalu nyatakan dalam Tesla, bukan Gauss (standar internasional)
Kesalahan Umum yang Harus Dihindari
- Mencampuradukkan medan-B dengan medan-H: Tesla mengukur B, A/m mengukur H—sama sekali berbeda!
- Mengonversi A/m ke Tesla dalam material: Memerlukan permeabilitas material, bukan hanya μ₀
- Menggunakan Gauss untuk medan kuat: Gunakan Tesla untuk kejelasan (1.5 T lebih jelas daripada 15.000 G)
- Mengasumsikan medan Bumi adalah 1 Gauss: Sebenarnya 0.25-0.65 Gauss (25-65 µT)
- Melupakan arah: Medan magnet adalah vektor dengan besar DAN arah
- Mencampur Oersted dengan A/m secara tidak benar: 1 Oe = 79.577 A/m (bukan angka bulat!)
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa perbedaan antara Tesla dan Gauss?
Tesla (T) adalah unit SI, Gauss (G) adalah unit CGS. 1 Tesla = 10.000 Gauss persis. Tesla lebih disukai untuk aplikasi ilmiah dan medis, sementara Gauss masih umum dalam literatur lama dan beberapa konteks industri.
Bisakah saya mengonversi A/m ke Tesla secara langsung?
Hanya dalam vakum/udara! Dalam vakum: B (Tesla) = μ₀ × H (A/m) di mana μ₀ = 4π×10⁻⁷ ≈ 1.257×10⁻⁶ T·m/A. Dalam material magnetik seperti besi, Anda memerlukan permeabilitas relatif material (μᵣ), yang bisa dari 1 hingga 100.000+. Konverter kami mengasumsikan vakum.
Mengapa ada dua pengukuran medan magnet yang berbeda?
Medan-B (kepadatan fluks) mengukur gaya magnetik aktual yang dialami, termasuk efek material. Medan-H (kekuatan medan) mengukur gaya magnetisasi yang menciptakan medan, terlepas dari material. Dalam vakum B = μ₀H, tetapi dalam material B = μ₀μᵣH di mana μᵣ sangat bervariasi.
Seberapa kuat medan magnet Bumi?
Medan Bumi berkisar antara 25-65 mikrotesla (0.25-0.65 Gauss) di permukaan. Paling lemah di ekuator (~25 µT) dan paling kuat di kutub magnetik (~65 µT). Ini cukup kuat untuk mengarahkan jarum kompas tetapi 20.000-280.000 kali lebih lemah dari mesin MRI.
Apakah 1 Tesla merupakan medan magnet yang kuat?
Ya! 1 Tesla sekitar 20.000 kali lebih kuat dari medan Bumi. Magnet kulkas ~0.001 T (10 G). Mesin MRI menggunakan 1.5-7 T. Magnet laboratorium terkuat mencapai ~45 T. Hanya bintang neutron yang melebihi jutaan Tesla.
Apa hubungan antara Oersted dan A/m?
1 Oersted (Oe) = 1000/(4π) A/m ≈ 79.577 A/m. Oersted adalah unit CGS untuk medan-H, sedangkan A/m adalah unit SI. Faktor konversi berasal dari definisi ampere dan unit elektromagnetik CGS.
Mengapa mesin MRI menggunakan Tesla, bukan Gauss?
Standar internasional (IEC, FDA) mengharuskan Tesla untuk pencitraan medis. Ini menghindari kebingungan (1.5 T vs 15.000 G) dan selaras dengan unit SI. Zona keamanan MRI ditentukan dalam Tesla (pedoman 0.5 mT, 3 mT).
Apakah medan magnet bisa berbahaya?
Medan statis >1 T dapat mengganggu alat pacu jantung dan menarik benda feromagnetik (bahaya proyektil). Medan yang berubah waktu dapat menginduksi arus (stimulasi saraf). Protokol keamanan MRI secara ketat mengontrol paparan. Medan Bumi dan magnet biasa (<0.01 T) dianggap aman.
Direktori Alat Lengkap
Semua 71 alat yang tersedia di UNITS