1.konsep gaya magnet
Tahukah kamu bahwa magnet yang pertama kali ditemukan di alam berupa batu yang disebut lodestone.Magnet juga dapat dibuat sesuai kebutuhan manusia.jenis magnet ada dua, yaitu magnet alam dan magnet buatan.magnet buatan memiliki bentuk bermacam macam.magnet alam dan magnet buatan sama sama memiliki sifat mampu menarik bahan bahan magnetis, seperti besi.apakah semua logam mampu ditarik magnet?Simak penjelasan setelah ini.
A.Sifat bahan magnet
1.bahan feromagnetik
bahan bahan yang sangat mudah dipengaruhi oleh magnet dan dibuat magnet disebut bahan feromagnetik.bahan feromagnetik dapat berupa logam murni maupun campuran.contoh logam murni yang bersifat feromagnetik adalah besi, baja, nikel dan kobalt.adapun logam campuran yang termasuk bahan feromagnetik adalah baja-kobalt, baja-nikel, aluminium-nikel-kobalt(alnico). jika bahan feromagnetik berada dalam medan magnet ,medan magnetnya dapat dilihat seperti gambar disamping.
2.bahan paramagnetik
bahan bahan yang dapat ditarik dengan lemah oleh magnet disebut bahan paramagnetik.bahan paramagnetik dapat dipengaruhi oleh magnet, tetapi tidak dapat dibuat menjadi magnet buatan.contoh bahan paramagnetik adalah mangan, platina, aluminium, magnesium, timah, oksigen dan udara.jika bahan paramagnetik berada dalam medan magnet, medan magnetnya dapat dilihat seperti gambar disamping.
3.bahan diamagnetik bahan bahan yang sukar seklai dipengaruhi oleh magnet disebut bahan diamagnetik. apabila benda diamagnetik diletakkan di udara atau diruang hampa udara pada suhu tertentu,bahan diamagnetik akan ditolak oleh magnet meskipun dengan gaya tolak yang sangat kecil.contohnya bismut, antimon, seng murni, perak, emas, air dan fosfor.jika bahan diamagnetik berada dalam medan magnet, medan magnetnya dapat dilihat pada gambar disamping.
B.cara membuat magnet
Magnet dapat diperoleh secara langsung dari alam maupun dibuat manusia.magnet yang ditemukan di alam dinamakan magnet alam. adapun magnet yang dibuat oleh manusia dinamakan magnet buatan. bagaimana cara membuat magnet? lakukan beberapa cara berikut.
1.menggosok bahan feromagnetik dengan magnet.
besi dapat dijadikan megnet dengan cara menggosok.besi digosok dengan arah tetap,agar magnet elementernya dapat diatur untuk menuju kesatu arah saja.ujung kutub selatan magnet yang digosokkan dari ujung besi B ke A akan mengubah besi magnet dengan kutub selatan pada ujung B dan kutub utara pada ujung A.jadi, ujung batang besi yang pertama kali digosok akan memiliki kutub yang sama dengan kutub magnet yang menggosoknya.
2.menginduksi bahan feromagnetik
jenis kedua dari magnet buatan adalah magnet induksi.induksi adalah mendekatkan sebuah magnet pada bahan feromagnetik.bahan yang didekati magnet tersebut akan menjadi magnet.tingkat kekuatan magnet dari benda ini dipengaruhi oleh jarak magnet penginduksi.selain itu, kemagnetan dari magnet penginduksi juga kekuatan kemagnetan dari magnet penginduksi juga sangat memengaruhi kualitas magnet induksi yang dihasilkan.kutub magnet hasil induksi memiliki urutan yang sama dengan magnet penginduksi
3.mengaliri bahan feromagnetik dengan listrik DC
magnet dapat dibuat dari arus listrik DC yang dialirkan melalui kawat yang dililit pada bahan feromagnetik.magnet jenis ini dinamakan elektromagnet. arah kutub magnet pada elektromagnet dapat ditentukan menggunakan kaidah genggaman tangan kanan.atur genggaman tangan kananmu agar arah arus listrik sesuai dengan arah genggaman keempat jari kanan. adapun arah yang ditunjuk ibu jari merupakan kutub utara elektromagnet.
C.Penerapan elektomagnet dalam kehidupan sehari hari
penerapan elektromagnet dalam kehidupan sehari hari sebagai berikut.
1.bel listrik
bel listrik terdiri atas bagian utama, yaitu elektromagnet dan pemutus magnet (interuptor).prinsip kerja bel listrik dijelaskan sebagai berikut.
ketika sakelar bel ditekan, arus listrik dari batrai mengalir ke interuptor, pegas baja, lalu menuju kumparan. inti besi menjadi magnet listrik, lalu menarik jangkar besi beserta pegas baja sehingga pemukul mengenai bel dan berbunyi. ketika jangkar besi beserta pegas baja ditarik elektomagnet, kontak interuptor terputus sehingga secara otomatis arus listrik dari batrai terputus. oleh karena kumparan tidak dialiri arus listrik, inti besi kehilangan sifat magnetiknya dan tidak mampu lagi menarik jangkar besi..hal itu menyebabkan jangkar kembali ke kedudukan semula dan arus listrik tersambung kembali.demikian siklus tersebut terjadi terus menerus.
2.sakelar elektromagnet
dalam rangkaian elektronik dan rangkaian listrik, sakelar atau switch berfungsi sebagai pemutus dan penghubung arus listrik.ketika kondisi sakelar off (open circuit), maka arus listrik tadinya mengalir melalui sakelar akan terputus.demikian juga sebaliknya, saat kondisi sakelar on (close circuit) maka arus listrik akan kembali mengalir melewati sakelar tersebut
3.telepon kabel
telepon terdiri atas dua bagian, yaitu bagian pengirim (mikrofon) dan bagian penerima (telepon). prinsip kerja bagian mikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran getaran listrik.ketika seseorang berbicara akan menggetarkan diafragma aluminium pada bagian pengirim.serbuk karbon yang terdapat pada mikrofon akan tertekan dan menyebabkan hambatan serbuk karbon mengecil. prinsip kerja telepon adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang bunyi.sinyal listrik yang dihasilkan mikrofon diterima oleh pesawat telepon. apabila sinyal listrik berubah ubah mengalir pada kumparan, teras besi akan menjadi elekromagnet yang kekuatannya berubah ubah.
D.Cara menghilangkan sifat kemagnetan bahan
benda benda feromagnetik ada yang mudah dan sukar dibaut magnet.besi mudah dibuat magnet, tetapi sifat kemagnetannya mudah hilang. baja sulit dijadikan magnet, tepai sifat kemagnetannya sulit dihilangkan dan dapat dijadikan magnet tetap.magnet tetap dapat dihilangkan sifar kemagnetannya. adapun cara menghilangkan sifat kemagnetan yaitu dengan memukul mukul magnet dengan benda yang keras seperti gambar A, membakar magnet pada gambar B, dan mengaliri arus bolak balik (AC) pada gambar C.
E.Medan magnet
serbuk besi paling banyak menempel pada ujung ujung magnet (kutub kutub magnet).hal ini membuktikan bahwa gaya magnet terbesar terdapat pada kutub kutub magnet.tahukah kamu mengapa paku paku kecil tidak tertarik magnet ketika berada jauh dari kutub kutub magnet? hal ini disebabkan paku paku kecil berada diluar medan magnet sehingga tidak mengalami gaya magnet atau gaya magnet yang dialami sangat kecil sehingga tidak mampu menarik paku paku kecil ke magnet.daerah disekitar magnet yang masih terpengaruh oleh gaya magnet disebut medan magnet.
F.Induksi Magnet
Medan magnet digambarkan dengan adanya garis gaya magnet.pemahaman yang benar mengenai arah garis gaya pada kawat berarus penting.perhatikan gambar disamping, gambar tersebut menunjukkan perspektif dari Medan magnet disekeliling kawat lurus berarus.oleh karena kawatnya simetris, garis garis Medan magnetnya merupakan lingkaran yang konsentrasi dengan kawat dan terletak pada bidang yang tegak lurus kawat.
aturan mudah untuk menentukan arah B adalah dengan menggenggam kawat dengan tangan kanan. kaidah ini dikenal dengan kaidah genggaman tangan kanan.kaidah genggaman tangan kanan menjelaskan hubungan arah arus dengan arah garis gaya magnet yang dihasilkan. berdasarkan kaidah ini, arah ibu jari sebagai arah arus sedangkan arah genggaman keempat jari lain merupakan arah garis gaya magnet.
2.teori kemagnetan bumi
Kaliann tau tidak kalau ternyata selama ini bumi tidak benar benar bulat?Lah kok bisa begitu?
sebenarnya bumi yang kita tempati ini berbentuk lonjong.Kenepa bisa dikatakan lonjong berikut teorinya.
1.Jari-jari bumi di ekuator lebih panjang
2.Gravitasi di ekuator lebih kecil di banding gravitasi di polar
3.Jika benda dari kutub dibawa ke ekuator neratnya akan berkurang,tetapi massanya tetap begitupun sebaliknya
4.Jadi bumi berbentuk lonjong ke ekuator dan pepat ke polar
Bumi dapat dianggap sebagai magnet yang sangat besar.Bumi memiliki kutub-kutubkemagnetan bumi.Kutub-kutub kemagnetan bumi ini mengakibatkan jarum kompas berarah ke utara dan selatan.Kutub utara bumi berdekatan dengan kutub selatan kemagnetan bumi sedangkan kutub selatan bumi berdekatan dengan kutub utara kemagnetan bumi.Namun,letak kutub kemagnatan bumintidak berhimpit dengan kutub bumi sehingga mengakibatkan penunjukkan arah jarum kompas tidak tepat menunju kutub-kutub bumi.Dengan demikian akan terbnetuk 2 jenis sudut yaitu:
1.Sudut Deklanasi
Sudut Deklanasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas dengan arah bidang vertikal.
Sudut deklanasi dibagi menjadi deklanasi positif dan deklanasi negatif.
Sudut positif terjadi jika kutub utara magnet menyimpang ke timur dan deklanasi negatif terjadi ketika kutub utara magnet menyimpang ke barat.Sudut deklanasi di berbagai tempat tidak sama sudut sebesar Sudut Deklanasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas dengan arah bidang vertikal.
Sudut deklanasi dibagi menjadi deklanasi positif dan deklanasi negatif.
Sudut positif terjadi jika kutub utara magnet menyimpang ke timur dan deklanasi negatif terjadi ketika kutub utara magnet menyimpang ke barat.Sudut deklanasi 900 terdapat di sekitar ekuator disebut agon,sudut deklanasi terkecil 00terdapat di kutub polar,daerah yang sama sudut deklanasinya disebut isogon.
2.Sudut Inklanasi
Sudut Inklanasi adalah sudut yang di bentuk oleh jarum kompas terhadap bidang horizontal.Sudut Inklanasi terbesar terdapat di kutub disebut aklin,sudut inklanasi terkecil terdapat 00di ekuator,daerah-daerah yang sama inklanasinya disebut insoklin
3.gaya lorentz
gaya lorentz adalah gaya yang timbul akibat interaksi penghantar berarus dalam medan magnet.gaya ini mempunyai arah tertentu.penentuan arah gaya dipengaruhi oleh arah arus dan medan magnet.metode yang digunakan untuk menentukan arah gaya tersebut dikenal sebagai kaidah tangan kanan yang diilustrasikan seperti gambar disamping.besarnya gaya lorentz dirumuskan sebagai berikut.
F= B I L
keterangan;
F= gaya lorentz (N)
B= kuat medan (T dibaca tesla)
I= kuat arus listrik (A)
L= panjang kawat penghantar (m)
contoh soal:
1. Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus berada dalam medan magnet sebesar 8 tesla, berapakah gaya lorentz yang timbul?
Diketahui:
l = 10 m
I = 5 mA = 5 x 10⁻³ A
B = 8 tesla
ditanya f2=?
jawab:
F = B.I.L
F = 8 x 5 x 10⁻³ x 10
F = 4 x 10⁻¹ N
4. induksi elektromagnetik
induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya suatu tegangan listrik akibat medan magnet yang berubah ubah yang diinduksikan terhadap penghantar.michael faraday seorang ilmuwan yang pertama kali melakukan percobaan untuk membuktikan adanya induksi elektromagnetik. hasil eksperimen faraday menunjukkan bahwa perubahan jumlah garis gaya magnet yang masuk ke kumparan akan menimbulkan tegangan listrik.tegangan yang dihasilkan oleh peristiwa induksi elektromagnetik disebut gaya gerak listrik (GGL) induksi yang memiliki persamaan sebagai berikut.
ε = N (ΔΦ/Δt)
keterangan
ε= GGL induksi (volt)
N= banyak lilitan
ΔΦ= perubahan garis gaya magnet
Δt= waktu yang diperlukan
contoh soal:
Sebuah belitan kawat berjumlah 1000 lilitan, mengalami perubahan fluks sebesar 10-4 Weber dalam waktu 0,1 detik. Berapa GGL induksi pada belitan itu?
diketahui:
N= 1000
ΔΦ= 0,0001 Wb
Δt= 0,1 s
ditanya ε=?
jawab:
ε = N (ΔΦ/Δt)
ε = -1000 ( 10-4/0,1)
ε= -1 volt
Ketika penghantar digerakkan ke kiri atau ke kanan dalam Medan magnet akan timbul GGL induksi didalam penghantar tersebut. GGL induksi yang ditimbulkan dapat dirumuskan sebagai berikut.
E= B L V
Keterangan
E= GGL induksi (volt)
B= induksi magnetis (Weber/m² atau Tesla)
L= panjang penghantar (meter)
V= kecepatan gerak penghantar (m/s)
peralatan yang menerapkan prinsip induksi elektromagnetik dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari. apa saja peralatan sehari hari yang menerapkan prinsip induksi elektromagnetik?
1.Dinamo
medan magnet pada dinamo sepeda dihasilkan oleh sebuah magnet yang terhubung dengan AS (poros) pada roda pengendali.saat roda sepeda berputar,roda pengendali pada dinamo juga berputar selanjutnya aakan menggerakkan magnet pada dinamo.bergeraknya magnet mengakibatkan terjadinya perubahan garis garis gaya magnet dalam kumparan yang berada didekatnya.perubahan garis gaya magnet inilah yang mengakibatkan munculnya GGL induksi yang menghasilkan arus listrik.
2.Generator
generator adalah alat yang mampu mengubah energi gerak menjadi energi listrik.pada dasarnya, listrik yang dihasilkan generator berupa listrik bolak balik (AC) tetapi listrik AC tersebut dapat diubah menjadi DC.beberapa jenis generator yang sering kita temui adalah dinamo, generator AC, dan generator DC.dinamo merupakan generator yang berukuran kecil,contoh dinamo sepeda.
prinsip kerja pada generator AC dan DC hampir sama dengan prinsip kerja pada dinamo sepeda. akan tetapi pada generator AC dan DC bagian magnet tidak bergerak (diam), sedangkan yang bergerak adalah kumparan.untuk mengetahui prinsip kerja generator AC dan DC perhatikan gambar berikut.
3.Transformator (trafo)
trafo adalah alat yang mampu mengubah nilai tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik.alat ini bekerja menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.berdasarkan penggunaannya, trafo dibagi menjadi 2 jenis, yaitu transformator step-up dan transformator step-down. transformator step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik dan transformator step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik.trafo sikatakan step-up jika
1.jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada lilitan sekunder (Np < Ns)
2.tegangan primer lebih rendah daripada tegangan sekunder (Vp < Vs)
3.kuat arus primer lebih kuat daripada kuat arus sekunder (Ip > Is)
4.hambatan primer lebih kecil daripada hambatan sekunder (Rp < Rs)
persamaan yang berlaku pada trafo
1.Np.Vs = Ns.Vp
2.Np.Ip = Ns.Is
3.Np.Rs = Ns.Rp
4.Vp.Ip = Vs.Is
5.Vp.Rs = Vs.Rp
6.Ip.Rp = Is.Rs
Efisiensi trafo
pada kenyataannya, tidak pernah dapat dibuat transformator dengan efisiensi sebesar 100% (ideal), karena biasanya sebagian energi listrik yang masuk kedalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. perubahan energi listrik menjadi kalor ini salah satunya disebabkan oleh adanya arus Eddy pada inti besinya.perhitungan efisiensi trafo (ɳ) yang tidak ideal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut.
ɳ=(Ns x Is / Np x Ip) x 100%.
ɳ= (Pout / Pin) x 100%
keterangan:
Pout = daya listrik pada kumparan sekunder
Pin= daya listrik pada kumparan primer
