Teori Dasar Kemagnetan 
Konsep Gaya Magnet


Kata magnet berasal dari bahasa Yunani magnitis lithos yang berarti batu Magnesian, 

Magnesian adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki). Di wilayah tersebut banyak kandungan magnet yang ditemukan sejak zaman prasejarah. Magnet terbuat dari logam seperti besi dan baja. Magnet memiliki berbagai bentuk dan dinamakan sesuai bentuknya, seperti manget U dan magnet batang. Penentuan kutub magnet batang dapat dilakukan dengan percobaan sederhana.

Letaknya magnet batang di atas gabus lalu apungkan di permukaan air. Maka ujung magnet yang menunjuk ke arah utara adalah kutub utara magnet. Sedangkana ujung magnet yang menunjuk arah selatan merupakan kutub selatan magnet 

a. Sifat Magnet Bahan

Faromagnetik Benda-benda yang dapat ditarik kuat oleh magnet termasuk pada kelompok faromagnetik dari Logam Murni Misalnya besi, baja, kobalt, dan nikel.

Yang dari Logam Campuran : Baja cobalt, Baja nikel,Aluminium nikel cobalt (alnico), besinikel (permalloy) dan besi nikel cobalt (perminvar)

Paramagnetik Benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet atau benda yang bisa dipengaruhi magnet tetapi tidak dapat dibuat magnet buatan, termassuk pada kelompok benda paramagnetik. Misalnya mangan, platina, aluminium, magnesium, timah (tin), oksigen dan udara 

Diamagnetik Benda-benda yang tidak dapat ditarik magnet masuk dalam kelompok diamagnetik, seperti perak, emas, tembaga, dan bismuth, seng murni, raksa, timbal, air dan fosfor


b. Cara Membuat Magnet

Ada tiga cara membuat magnet :

1. Dengan menggosokan magnet

Kalau magnetnya digosokkan secara berulang-ulang pada besi dan baja dengan teratur, maka besi dan baja tersebut akan bersifat magnetik. Kalau sudah bersifat magnetik gitu, berarti dia sudah jadi magnet, Oh iya, kamu harus ingat, kutub magnet yang dihasilkan pada magnet baru ini pasti berlawanan dengan kutub magnet yang menggosoknya. 

2. Dengan elektromagnet

Proses pembuatan magnet dengan cara elektromagnet ini sangat mengandalkan arus listrik. Cara membuatnya cukup mudah, lho. Kamu tinggal melilitkan besi atau baja dengan kawat berarus listrik. Jangan lupa, kawatnya harus kamu hubungkan dengan baterai terlebih dahulu, Nanti, susunan magnet elementer pada besi atau baja tersebut akan didapat dari arus DC baterai. Oh iya, arah kutub magnetnya bisa ditentukan lewat kaidah tangan kanan.

3. Dengan cara induksi

ini cukup sederhana, Kamu tinggal mendekatkan besi atau baja dengan bahan magnet yang cukup kuat. Lalu, besi atau baja tersebut akan menjadi magnet, ketika mereka dijauhkan dari bahan magnet tersebut, besi akan sangat mudah kehilangan sifat kemagnetannya



c.Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari hari

Elektromagnet sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya saja pada bel listrik, saklar elektromagnetik, telepon kabel, dan katrol listrik. 

1. Bel Listrik

Pada saat tombol/saklar bel listrik ditekan, rangkaian arus menjadi tertutup dan arus listrik akan mengalir pada kumparan. Aliran arus listrik pada kumparan ini akan mengakibatkan besi yang ada di dalamnya menjadi sebuah elektromagnet. Besi yang menjadi elektromagnet ini mampu menggerakkan lengan pemukul untuk memukul bel sehingga berbunyi.

Tarikan kepingan besi lentur oleh elektromagnet akan memisahkan titik sentuh dan sekrup pengatur, hal ini mengakibatkan arus listrik akan terputus sehingga teras besi menjadi hilang kemagnetannya. Kepingan besi lentur ini kemudian akan kembali ke kedudukan semula, arus listrik pun mengalir kembali, besi pun menjadi elektromagnet, kembali lagi ke proses awal. Proses ini terjadi berulang-ulang dan sangat cepat sehingga menghasilkan bunyi lonceng.


2. Penerapan Elektromagnet pada Relay (Saklar Elektromagnetik)

Relay bisa disebut juga sebagai saklar, berfungsi sebagai saklar. Namun relay berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar pada rangkaian lain cukup dengan memanfaatkan arus listrik yang kecil.

Ketika saklar S ditutup maka arus listrik kecil pun mengalir pada kumparan. Akibatnya teras besi akan menjadi elektromagnet sehingga dapat menarik kepingan besi lentur. Titik sentuh C akan tertutup yang menyebabkan rangkaian lain yang membawa arus listrik besar menjadi tersambung.

Apabila saklar S dibuka, teras besi hilang kemagnetannya, akibatnya keping besi lentur kembali ke kedudukan semula. Titik sentuh C menjadi terbuka dan rangkaian listrik lain pun terputus.

Relay banyak diaplikasikan dan digunakan pada kendaraan bermotor. Di antaranya sebagai pengganti saklar konvensional yang rentan rusak karena panas, saklar lampu, dan sebagai kunci pengaman 

d. Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan

Cara pertama yang bisa dilakukan untuk menghilangkan sifat kemagnetan adalah dengan memukul-mukul magnet. Jadi, magnetnya dipukul ke permukaan suatu benda yang cukup keras secara terus menerus. Atau bisa juga magnetnya dipukul langsung pakai palu, seperti kalau kamu lagi memaku dinding gitu. Jika kamu memukul-mukul magnetnya secara terus menerus, akan terjadi perubahan susunan magnet elementer. Kalau susunan magnet elementernya sudah nggak tersusun secara teratur lagi,

Cara selanjutnya yang bisa kamu gunakan untuk menghilangkan sifat kemagnetan adalah dengan membakar magnet. Membakar dalam konteks ini adalah dengan cara memanaskan magnet tersebut. Setelah magnet dipanaskan, akan terjadi yang disebut dengan penambahan energi. Karena energinya bertambah, magnet elementernya menjadi tidak teratur dan tidak searah lagi.

Cara terakhir yang bisa kamu lakukan untuk menghilangkan sifat kemagnetan adalah dengan mengaliri magnet tersebut dengan arus bolak-balik. Sama seperti kedua cara sebelumnya, efek sampingnya adalah letak dan arah magnet elementer yang menjadi tidak teratur lagi

e. Medan Magnet

Magnet punya keunikan tersendiri. Magnet yang memiliki kutub utara dan kutub selatan tidak akan kehilangan medannya apabila dipotong. Magnet yang terpotong bukan menjadikan adanya dua buah magnet dengan kutub yang berbeda seperti muatan positif dan negatif yang ada di listrik.

Terpotongnya magnet ini akan menciptakan dua buah magnet yang lebih kecil dari bentuk awalnya dan masing-masing memiliki medannya masing masing. Dua medan hasil potongan tersebut masing-masing tetap memiliki kutub utara dan selatan.



f. Induksi Magnet

Medan magnet digambarkan dengan adanya garis gaya magnet. Pemahaman yang benar mengenai garis-garis gaya pada kawat berarus sangat penting. Oleh karena itu dibuat suatu kaidah penentuan garis gaya magnet yang dihasilkan oleh kawat berarus listrik. Kaidah ini dikenal sebagai kaidah Genggaman tangan kanan (seperti gambar di bawah ini) 

Kaidah ini menjelaskan hubungan hubungan arah arus dengan 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

Bumi adalah magnet raksasa, yang memiliki kutub utara dan kutub selatan. Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi dan kutub selatan magnet bumi berada di sekutar kutub utara bumi. 


Ketidaktepatan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi disebut deklanasi. Selain adanya ketidaktepatan pununjuk arah kutub utara dan kutub selatan magnet bumi, ternyata medan magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal bumi atau disebut sudut inklinasi. 

Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik yang mengancam kesehatan. Radiasi kosmik adalah partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya.

Namun, karena adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi hanya akan masuk ke kutub-kutub bumi. Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut diionisasi (peristiwa lepasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah. Plasma lemah adalah gas super yang dipanaskan agar elektron terlepas dari nukleon. Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian muncul dan dikenal sebagai aurora.


Sudut deklinasi adalah sudut penyimpangan yang dibentuk antara jarum magnet utara – selatan dengan arah utara selatan yang sebenarnya.

Sudut inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh medan magnetik (garis-garis gaya magnetik) dengan arah horizontal permukaan bumi.

Penjelasan :

Jarum kompas selalu menunjuk ke arah utara. Jarum kompas merupakan sebuah magnet. Kompas mempunyai sebuah kutub utara dan  sebuah kutub selatan. Kutub utara jarum kompas menunjuk ke Kutub Utara Bumi.


3. Gaya Lorentz

Gaya Lorentz menunjukkan bahwa kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya. Adanya gaya Lorentz dalam percobaan menimbulkan simpangan pada alumunium foil. Semakin banyak baterai yang dipasang pada rangkaian, maka semakin besar arus listrik dan besar Gaya Lorentz-nya.

Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik sebanding dengan gaya yang ditimbulkan, demikian juga dengan perubahan medan magnet yang diberikan.

Akibat dari arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus, maka secara matematis rumus Gaya Lorentz dapat ditulis dengan:

F = B.I.L

Keterangan: 

F = gaya Lorentz (Newton)

B = medan magnet tetap (Tesla)

I = kuat arus listrik (Ampere)

L = panjang kawat berarus yang masuk ke dalam medan magnet (meter) Lihat Foto ilustrasi penerapan gaya Lorentz pada kipas angin(shutterstock)

 Penerapan gaya Lorentz

Gaya Lorentz sering diterapkan pada motor listrik. Motor listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Beberapa motor listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari misalnya motor listrik pada kipas angin. Di mana motor listrik tersebut berfungsi untuk menggerakkan baling-baling.

Motor listrik memiliki beberapa komponen, di antaranya magnet tetap dan kumparan. Jika ada arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet maka kumparan tersebut mengalami Gaya Lorentz. Sehingga kumparan dapat berputar. Agar kumparan dapat berputar dengan stabil, maka massing-masing ujung kumparan dibentuk melingkar


4. Induksi Elektromagnetik

Induksi Elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya arus listrik akibat adanya perubahan fluks magnetic. Fluks magnetic adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang. Seorang ilmuwan dari Jerman yang bernama Michael Faraday memiliki gagasan bahwa medan magnet dapat menghasilkan arus listrik. Pada tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik.

Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut GGL induksi, sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut induksi elektromagnetik.


Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu : 

Proses Terjadinya Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan/konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.


Penerapan Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik sangatlah krusial penerapan fenomena inilah yang mampu menghasilkan listrik (dan sebaliknya) sehingga kita dapat menjalani kehidupan di era modern.

a. Generator

Generator merupakan alat yang mempu mengubah putaran poros menjadi arus listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Bagian generator yang berputar disebut rotor, dan bagian diam disebut stator. Terdapat dua tipe generator, yaitu generator DC (arus searah) dan generator AC (arus bolak-balik).


b. Dinamo (motor listrik)

Dinamo merupakan alat yang bekerja kebalikan dari generator. Dinamo mampu mengubah arus listrik menjadi putaran poros yang mampu menggerakkan berbagai alat. Nama bagian-bagian dinamo sama seperti generator, begitu pula tipe-tipe dinamo.

c. Transfomator Listrik (trafo)

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220 VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110 VAC ke 220 VAC.  Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC). Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220 Volt. 

Berdasarkan prinsip tersebut maka transformator dibedakan menjadi dua Jenis yaitu:

Pada Transformator ideal, Daya listrik yang masuk pada kumparan primer (Pp) sama dengandaya listrik pada kumparan sekunder (Pp = Ps), oleh karena itu diperoleh hubungan kesebandingan tegangan, jumlah lilitan dan arus pada transformator sebagai berikut :


Vp = Tegangan pada kumparan primer (input) (volt)

Vs = Tegangan pada kumparan sekunder (output) (volt)

Is = Besaran arus bagian sekunder/output dalam Ampere

Ip = Besaran arus bagian primer/input dalam Ampere

Np = Banyaknya lilitan pada kumparan sekunder (output)

Ns = Banyaknya lilitan pada kumparan primer (input)


Efisiensi Trafo dapat dihitung dengan persamaan berikut



Contoh Soal Transformator

Sebuah transformator mempunyai kumparan primer dan sekunder dengan jumlah lilitan masing – masing 500 dan 5000, dihubungkan dengan jaringan bertegangan arus bolak-balik 220 V. Berapakah tegangan keluarannya?

 

Diketahui:

Ditanya: Tegangan sekunder (Vs)?

Jawab:

Jadi, tegangan sekunder yang dihasilkan adalah 2.200 volt

 

 

 

Sebuah trafo arus primer dan sekundernya masing – masing 0,8 A dan 0,5 A. Kalo jumlah lilitan primer dan sekunder masing – masing 100 dan 800, berapakah efisiensi trafo?

 

Diketahui:

Ditanya: Berapakah efisiensi trafo (η)?

Jawab:

Jadi, efisiensi pada sebuah trafo adalah sebesar 50%.

By Mahfud Jauhari 

 Ig : @mahfudjauhari  

 Fb : Mahfud Jauhari 

Youtube : Mahfud Jauhari



Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Berikan Komentar

Langganan: Postingan (Atom)