TUGAS FISIKA DASAR 2

Transkripsi

1 TUGAS FISIKA DASAR 2 RANGKUMAN MAGNET Dosen Pengampu: Bachrun Sutrisno Ir. M.Sc. Oleh: Nama : RIFQI ARIGHI FAHMI NIM : Kelas : B UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA

2 A. Pengertian Magnet Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. B. Sifat-sifat Magnet 1. Kutub-kutub Magnet Semua magnet memperlihatkan ciri-ciri tertentu. Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet. Ada 2 kutub magnet, yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S). Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S. N merupakan kutub utara magnet itu (singkatan dari north yang berarti utara) sedangkan S kutub selatannya (singkatan dari southyang berarti selatan). Magnet dapat berada dalam berbagai bentuk dan ukuran. Bentuk yang paling sederhana berupa batang lurus. Bentuk lain yang sering kita jumpai misalnya bentuk tapal kuda (ladam) dan jarum. Pada bentuk-bentuk ini, kutub magnetnya berada pada ujungujung magnet itu. Gambar C1 memperlihatkan berbagai bentuk magnet yang sering kita jumpai. Jika dua buah magnet saling didekatkan, magnet pertama akan mengerjakan gaya pada magnet kedua, dan magnet kedua mengerjakan gaya kepada magnet pertama. Gaya magnet, seperti halnya gaya listrik, berupa tarikan dan tolakan. Jika dua kutub utara didekatkan, maka keduanya tolak-menolak. Dua kutub selatan juga saling menolak. Namun, jika kutub selatan didekatkan pada kutub utara, maka kedua kutub ini akan tarikmenarik. Sehingga kita dapat membuat aturan untuk kutub magnet: kutub senama tolakmenolak, dan kutub tak senama tarik-menarik. Kutub kutub magnet selalu berapasangan yaitu kutub utara dan kutub selatan. Selama beratahun tahun para ilmuwan mencoba mendapatkan satu kutub saja yang ada pada sebuah magnet. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua, ternyata hasilnya berupa dua magnet yang lebih kecil dan masing masing tetap memiliki kutub utara dan selatan. Kutub-kutub magnet selalu berpasangan yaitu kutub utara dan kutub selatan. Selama bertahun-tahun para ilmuwan mencoba mendapatkan satu kutub saja yang ada pada sebuah magnet. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua, ternyata hasilnya berupa dua magnet yang lebih kecil dan masing-masing tetap memiliki kutub utara dan selatan. Seperti halnya Gambar C3. 2. Medan Magnet Walaupun gaya-gaya magnet yang terkuat terletak pada kutub-kutub magnet, gayagaya magnet tidak hanya berada pada kutub-kutubnya saja. Gaya-gaya magnet juga timbul di sekitar magnet. Daerah di sekitar magnet yang terdapat gaya-gaya magnet disebut medan magnet. Garis gaya magnet dapat digambarkan dengan cara menaburkan

3 MEDAN MAGNET serbuk besi pada kertas yang diletakkan di atas magnet. Jika pada suatu tempat garis gaya magnetnya rapat, berarti gaya magnetnya kuat. Sebaliknya jika garis gaya magnetnya renggang, berarti gaya magnetnya lemah. Seperti halnya garis gaya listrik yang menggambarkan medan listrik, garis gaya magnet dapat menggambarkan medan magnet. Namun tidak seperti garis gaya listrik yang dapat berawal dan berakhir pada satu muatan listrik, garis gaya magnet tidak ada awal dan akhirnya. Garis gaya magnet membentuk lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan. Jadi, medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih bekerja gaya magnet, digambarkan oleh garis gaya magnet yang menyebar dari kutub-kutub magnet. Bentuk Medan Magnet Disekitar Penghantar Berarus A. Penghantar Lurus Untuk mengamati bentuk medan magnet di sekitar penghantar lurus, lewatkan penghantar itu pada sehelai karton yang disekitarnya ditaburi serbuk besi. Apabila kertas diketuk, ternyata serbuk besi akan membentuk pola lingkaran sepusat dengan penghantar itu sebagai pusatnya. Hal ini menunjukkan bahwa medan magnet disekitar penghantar lurus berarus listrik berbentuk lingkaran sepusat dengan penghantar itu sebagai pusatnya. Cara untuk menentukan arah medan magnet disekitar penghantar berarus digunakan : 1. Kaidah tangan kanan, dengan ketentuan : - ) arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik. - ) arah lipatan jari yang lain menunjukkan arah medan magnet 2. Kaidah sekrup putar kanan, dengan ketentuan : - ) arah putaran sekrup menunjukkan arah medan magnet. - ) arah maju/mundurnya sekrup menunjukkan arah arus listrik B. PenghantarBerbentukLingkaran Apabila kawat dilengkungkan seperti gambar di samping pola medan magnetnya dapat dilihat pada gambar. Kaidah tangan juga berlaku pada kawat melengkung. C. Kumparan Solenoida Bila suatu kumparan diberi arus listrik, setiap bagian kumparan ini menimbulkan medan magnet disekitarnya. Medan magnet yang timbul merupakan gabungan medan magnet dari tiap bagian itu. Garis-garis medan magnet didalam selenoida (kumparan) saling sejajar satu dengan lainnya, yang dinamakan medan magnet homogen. Untuk menentukan arah medan magnet dalam selenoida digunakan aturan tangan kanan seperti pada penghantar melingkar. Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) Pada rangkaian di samping, apabila saklar ditutup maka arus listrik mengalir dari A ke B. Pada saat itu alumunium foil akan melengkung ke atas. Kemudian bila kutub sumber dibalik (arus mengalir dari B ke A), ternyata alumunium foil melengkung ke bawah. Yang menyebabkan alumunium foil melengkung ke atas atau ke bawah tidak lain adalah suatu gaya yang dikenal sebagai gaya magnetik (gaya Lorentz). Jadi arus listrik yang berada di dalam medan magnet mengalami gaya magnetik. Arah gaya magnetik ini tergantung pada arah arus dan arah medan magnet.

4 Untuk menentukan arah gaya magnetik (gaya Lorentz) digunakan aturan tangan kanan sebagai berikut: - ) arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik ( i ) - ) arah jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet ( B ) - ) dorongan telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz (F ) Besar gaya magnetik (gaya Lorentz) dipengaruhi: a. besar kuat arus listruk ( i ) b. besar medan magnet ( B ) c. panjang kawat ( l ) d. sudut antara arah arus dan arah medan magnet Perlu diketahui bahwa gaya magnetik merupakan reaksi dari gaya Biot Savart, yaitu gaya yang menggerakkan kutub magnet karena pengaruh arus listrik. Penerapan Gaya Magnetik Pada Motor Listrik dan Meter Listrik Motor listrik dan meter listrik bekerja dengan prinsip mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan memanfaatkan timbulnya gaya magnetik. Gerak yang dimaksudkan disini adalah gerak rotasi. Dalam mekanika, gerak rotasi dipengaruhi oleh koppel, yaitu pasangan dua gaya sejajar tetapi berlawanan arah. Motor Listrik Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik dapat dijumpai pada mobil-mobilan, VCD player, mixer dan masih banyak lagi pada peralatan rumah tangga. Bagian utama dari motor listrik adalah kumparan dan magnet. Pada dasarnya sumbu motor listrik dilengkapi dengan kumparan penghantar yang dialiri arus listrik. Jendela dari kumparan diterobos garis-garis medan listrik seperti gambar di samping. Pada saat kumparan dialiri arus, QR mendapat gaya Lorentz ( F l ) keatas, sedangkan kumparan PS mendapat gaya Lorentz kebawah. Karena kedua gaya ini membentuk koppel, maka kumparan akan berotasi. Perlu diketahui bahwa kedudukan antara arus listrik pada QR maupun PS terhadap medan magnet selalu tegak lurus. Sedangkan pada RS dan QP selalu membentuk gaya sama besar, berlawanan arah dan resultannya selalu segaris dengan sumbu putar, sehingga saling meniadakan. Jika motor listrik memakai arus searah (DC), maka agar motor selalu menghasilkan arah putaran yang tetap, arah arus harus disesuaikan. Dalam hal ini saat kedudukan kumparan akan menghasilkan arah putaran berlawanan dengan semula, maka arus listriknya harus dibalik. Untuk keperluan ini, pada motor listrik dilengkapi dengan cincin belah (komutator). Untuk menghasilkan putaran yang lebih kuat, maka diperlukan jumlah lilitan kumparan yang lebih banyak dan medan magnet yang lebih kuat. Meter Listrik (Galvanometer) Meter listrik juga mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Meter listrik dapat dijumpai pada peralatan-peralatan ukur listrik seperti amperemeter, voltmeter dan ohmmeter. Pada meter listrik, kumparan dipasang pada dua poros, yaitu poros atas dan bawah. Poros ini masing-masing dilengkapi

5 dengan pegas spiral. Pegas berfungsi untuk mengendalikan putaran jarum penunjuk agar berputar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada kumparan. Pada saat kumparan tidak dialiri arus listrik, pegas mengatur letak jarum hingga menunjuk angka nol. Hal itu terjadi saat bidang kumparan sejajar dengan arah medan magnet. Jika arus listrik dialirkan, kopel gaya Lorentz pada kumparan memutar kumparan ke arah tegak lurus medan, tetapi putaran ini ditahan oleh pegas sehingga sudut putaran jarum sebanding dengan kuat arus. INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Induksi elektromagnetik ialah gejala terjadinya arus listrik dalam suatu penghantar akibat adanya perubahan medan magnet di sekitar kawat penghantar tsb. Arus listrik yang terjadi disebut arus induksi atau arus imbas 1. Gaya gerak listrik induksi a. Percobaan Faraday Sebuah kumparan yang kedua ujngnya dihubungkan dgn galvanometer digerakkan dalam medan magnet U.Selama kumparan tsb bergerak dalam medan magnet jarum galvanometer menyimpang dari kedudukan seimbangnya, ini berarti pada kumparan terjadi arus listrik. Ketika kumparan digerakkan keluar medan magnet jarum juga menyimpang, ini berarti bahawa arus kedua berlawanan arah dengan gerakan pertama.. Pada percobaan diatas dapat dikatakan bahwa pada ujung-ujung kumparan timbul gaya gerak listrik induksi (ggl = beda potensial Gaya gerak listrik (GGL) induksi adalah energi (usaha) untuk memindahkan satu satuan muatan listrik yang dinyatakan sebagai berikut: ɛ ind = - B l v dimana ɛ ind = gaya gerak listrik induksi (volt) l = panjang kawat konduktor (m) v = kecepatan gerak konduktor (m/dt) B = kuat medan magnet sekitar penghantar (Wb/m2) b. Hukum Faraday Berdasarkan percobaan Faraday diketahui bahwa tegangan listrik yang diinduksikan oleh medan magnet bergantung pada tiga hal berikut: 1. Jumlah lilitan. Semakin banyak lilitan pada kumparan, semakin besar tegangan yang diinduksikan. 2. Kecepatan gerakan medan magnet. Semakin cepat garis gaya magnet yang mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi. 3. Jumlah garis gaya magnet. Semakin besar jumlah garis gaya magnet yang mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi. Banyaknya garis gaya magnet ( B ) yang dilingkupi oleh daerah abrq disebut fluks magnetic ( ϕ).

6 Bila perubahan fluks magnetik yang dilingkungi Δf dalam waktu Δt, maka ggl induksi rata-rata selama selang waktu itu. Bila kawat penghantar berupa kumparan dengan N lilitan, maka ggl induksi yang terjadi: ɛ = -N Dengan: ɛ = ggl induksi (volt) N = jumlah lilitan = cepat perubahan fluks (wb/s) a. Penerapan Induksi Elektromagnetik 1. Relai 2. Generator arus bolak-balik (AC) 3. generaotor arus searah (AC) 4. Arus Pusar (tungku induksi dan rem magnetic) 5. Transformator (trafo) Transformator Adalah alat untuk memperbesar atau memperkecil tegangan listrik arus bolak-balik yang berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Traformator penurun tegangan = trafo step down Transformator penaik tegangan = trafo step up Dasar kerja transformator Jika kumparan primer N1 mengalirkan arus bolak-balik maka timbul medan magnet yang berubahubah pada seluruh inti besi (teras). Medan magnet yang berubah-ubah pada teras ini menimbulkan ggl yang berubah-ubah (arus bolakbalik) pada kumparan sekunder N2. Besarnya tegangan input: Besarnya tegangan input: V 1 = -N 1 Pers 1 V 2 = -N 2 pers 2 Bagi pers 1 dengan pers 2, maka diperoleh: Pada tranformator ideal daya input (Pin) sama dengan daya output (P out) P in = Pout V1. i1 = V2. i2 Keterangan : V1 = tegangan primer atau tegangan input V2 = tegangan skunder atau tegangan output

7 N1 = jumlah lilitan primer N2 = jumlah lilitan skunder P in = daya yang masuk (watta) P out = daya yang keluar (watt) I in = arus yang masuk (A) I out = daya yang keluar (A) Ƞ = P 1 p2 x 100% Atau Ƞ = v2i2 v1i1 x 100% V 2. i2. V1. i1 dengan: atau V 2. I 2 = Ƞ. V 1. I 1 Ƞ = efisiensi transformator ( 0 < Ƞ < 1) V1= tegangan primer (volt) V2= tegangan skunder (volt) I1 = arus primer (ampere) I2 = arus skunder (ampere) N1= banyaknya lilitan primer N2= banyaknya lilitan skunder