Mata Pelajaran : Fisika Kelas : IX/Semester 2 Penulis: Drs. Asep Supriatna,M.Si KEMAGNETAN I. Standar Kompetensi Memahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. II. Kompetensi Dasar Menyelidiki gejala kemagnetan dan cara membuat magnet. III. Uraian Materi dan Kegiatan Pembelajaran KEMAGNETAN Mungkin kamu pernah punya mainan yang lucu-lucu bentuknya berupa sayur-sayuran, buah-buahan, binatang dan lain-lain serta menariknya karena dapat menempel di pintu kulkas. Mengapa mainan tadi dapat menempel pada pintu kulkas? Dibawah ini diperlihatkan foto mainan yang tidak kalah menariknya, coba kamu pikirkan bagaimana mainan ini dapat bekerja? dan apa yang menyebabkannya? Sumber : local material (buatan penulis) Gambar 1. Boneka Melayang Sumber : local material (buatan penulis) Gambar 2. Kupu-kupu terbang Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 1
Tahukah kamu bahwa semua mainan diatas bekerja menggunakan magnet? Magnet digunakan bukan hanya pada mainan saja tetapi secara luas digunakan juga dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada bel sekolah, tape recorder, TV, HP, motor listrik, generator listrik dan lainlain. Apakah magnet itu? Magnet telah ditemukan lebih dari 2000 tahun yang lalu, orang Yunani yang hidup di suatu daerah di Turki yang dikenal sebagai Magnesia menemukan batu aneh. Batu tersebut dapat menarik benda-benda yang mengandung besi dan dikenal dengan batu magnetit, sehingga sampai sekarang namanya terkenal dengan magnet. Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada di dekatnya disebut kemagnetan dan bendanya disebut magnet. A. GEJALA KEMAGNETAN Pada mainan yang ditunjukkan di atas kamu dapat menyadari bahwa hal itu memperlihatkan gejala kemagnetan. Apa dan bagaimana gejala kemagnetan itu? Mari kita lakukan penyelidikan. Kamu dapat mengamati bahwa magnet dapat menarik benda-benda seperti paku, penjepit kertas, dan benda kecil lain terbuat dari besi atau baja. Bagaimana magnet dapat menarik benda dari bahan besi atau baja? Bila penjepit kertas disentuh dengan magnet dan penjepit kertas yang menempel Gambar 3. Magnet dapat menarik besi / baja Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 2
pada magnet tersebut disentuhkan dengan penjepit kertas kedua, maka penjepit kertas kedua tersebut akan ditarik oleh penjepit kertas pertama. Saat menempel pada magnet penjepit kertas itu sendiri akan menjadi magnet, hal ini disebabkan penjepit kertas terinduksi oleh magnet. Magnet dapat menarik benda dari bahan besi atau baja. (Gejala kemagnetan) Untuk mengetahui gejala kemagnetan yang lain, lakukan secara berkelompok kegiatan penyelidikan di bawah ini. Kegiatan Penyelidikan 1: Ikat sebuah magnet batang dengan benang dan gantung magnet tersebut sehingga magnet batang bebas bergerak pada posisi horizontal. Diamkan! Amati! Bagaimanakah kedudukan/arah yang ditunjuk oleh ujung-ujung magnet? Bandingkan arah yang ditunjukkan magnet dengan arah yang ditunjukkan jarum kompas? Kesimpulan apa yang dapat kamu tuliskan sehubungan dengan gejala kemagnetan di atas? Bila sebuah magnet batang diikat tengahnya dengan seutas benang sehingga posisi horizontal dan bebas berputar. Dalam keadan diam maka ujung-ujung magnet akan menunjuk ke arah Utara dan Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 3
Selatan. Ujung yang menunjuk arah Utara disebut kutub Utara (N) dan ujung yang menunjuk arah Selatan disebut kutub Selatan (S). Sama halnya dengan sebuah kompas, karena kompas adalah sebuah magnet berbentuk jarum yang ditumpu tengahnya dan memungkinkan bergerak bebas. Magnet selalu mempunyai dua kutub yaitu kutub Utara (N) dan Selatan (S). Bagaimana jika sebuah magnet dipotong? bagaimana kutubkutubnya? Bila sebuah magnet dipotong menjadi dua, maka hasilnya adalah dua magnet yang lebih kecil dan tiap-tiap magnet tetap mempunyai dua kutub yang berbeda, yaitu kutub utara dan selatan. Dalam keadaan bebas ujung-ujung magnet selalu mengarah ke Utara dan Selatan. (Gejala kemagnetan) Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 4
LAKUKAN PERCOBAAN BERIKUT SECARA BERKELOMPOK A. Tujuan : Menyelidiki gejala interaksi antara kutub-kutub magnet. B. Alat dan Bahan : 1. Statif 2. Dua buah Magnet batang 3. Benang secukupnya C. Langkah Kerja : 1. Ikatlah sebuah magnet batang di tengah-tengahnya dan gantungkan pada statif, seperti pada gambar di atas. 2. Diamkan beberapa saat, setelah keadaan seimbang (diam) amati ujung-ujung magnet, ke manakah arahnya? 3. Dalam keadaan seimbang, dekati kutub magnet yang digantung dengan kutub sejenis magnet yang lain. Amati! Bagaimana interaksi yang terjadi? 4. Ulangi langkah kerja nomor 3, tetapi menggunakan kutub magnet yang berlawanan jenis. Amati! Bagaimana interaksi yang terjadi? D. Hasil Pengamatan Catat hasil pengamatanmu pada kotak di bawah ini! Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 5
E. Analisis dan diskusi 1. Bagaimana interaksi yang terjadi jika dua kutub magnet yang sejenis didekatkan? Jelaskan! 2. Bagaimana interaksi yang terjadi jika dua kutub magnet yang berlawanan jenis didekatkan? Jelaskan! F. Kesimpulan Setelah kamu melakukan percobaan serta analisis dan diskusi di atas, tulislah kesimpulan mu Percobaan di atas memperlihatkan gejala kemagnetan bahwa dua kutub magnet yang sejenis didekatkan akan timbul gaya tolak menolak dan bila dua kutub yang tidak sejenis didekatkan akan timbul gaya tarik menarik. Dua kutub magnet sejenis didekatkan akan tolak menolak dan dua kutub yang tidak sejenis akan tarik menarik. (Gejala kemagnetan) Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 6
Setelah memahami gejala kemagnetan dan cara membuat magnet di atas, diskusikan permasalahan dari demonstrasi di bawah ini. PERHATIKAN DEMONSTRASI BERIKUT KEMUDIAN JAWAB PERMASALAHANNYA SECARA BERKELOMPOK Aku adalah kuda renggong zebra, jika tombol merah ditekan aku dapat menari-nari layaknya kuda renggong Mengapa mainan kuda renggong zebra di atas dapat menari-nari layaknya kuda renggong? Bagaimana prinsip kerjanya? Jelaskan! Sumber : local material (buatan penulis) Gambar 4. Kuda renggong zebra B. KEMAGNETAN BENDA Berdasar sifat kemagnetan bahan penyusun benda, maka benda dikelompokkan menjadi dua kelompok. Pertama adalah benda magnetik, yaitu benda yang dapat ditarik oleh magnet. Kedua adalah benda non magnetik, yaitu benda-benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet. Contohnya : kertas, plastik, kaca dll. Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 7
Benda yang dapat ditarik magnet ada yang dapat ditarik kuat, dan ada yang ditarik secara lemah. Oleh karena itu, benda magnetik dikelompokkan menjadi tiga, yaitu benda feromagnetik, benda paramagnetik, dan benda diamagnetik. Benda yang ditarik kuat oleh magnet disebut benda feromagnetik. Contohnya besi, baja, nikel, dan kobalt. Benda yang ditarik lemah oleh magnet disebut benda paramagnetik. Contohnya platina, tembaga, dan garam. Benda yang ditolak oleh magnet dengan lemah disebut benda diamagnetik. Contohnya timah, aluminium, emas, dan bismuth. Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan magnet, sementara benda non magnetik tidak dapat dibuat magnet. Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Benda yang bukan magnet arah magnet elementernya tidak beraturan. Adapun, benda magnet arah magnet elementernya teratur. Gambar 4. Susunan magnet elementer besi sebelum jadi magnet Gambar 5. Susunan magnet elementer besi setelah jadi magnet C. BAGAIMANA CARA MEMBUAT MAGNET? Disamping magnet yang ditemukan di alam (magnet alam) ada juga magnet yang dibuat manusia (mgnet buatan). Bahkan magnet yang Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 8
kebanyakan dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari yaitu magnet buatan. Benda yang dapat dibuat magnet adalah benda-benda yang tergolong dalam benda magnetik terutama ferromgnetik, contohnya besi atau baja. Pada prinsipnya membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara membuat magnet, yaitu dengan cara menggosok, dengan cara induksi, dan dengan cara mengalirkan arus listrik. 1. Membuat Magnet dengan Cara Menggosok Besi yang semula bukan magnet, dapat dijadikan magnet. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap. Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah. Apabila magnet elementer besi telah teratur dan mengarah ke satu arah, dikatakan besi dan baja telah menjadi Gambar 6. Cara membuat magnet dengan cara menggosok magnet. Ujung-ujung besi yang digosok akan terbentuk kutub-kutub magnet. Kutub-kutub yang terbentuk tergantung pada kutub magnet yang digunakan untuk menggosok. Pada ujung terakhir besi yang digosok, akan mempunyai kutub yang berlawanan dengan kutub ujung magnet penggosoknya. Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 9
2. Membuat Magnet dengan Cara Induksi Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi. Caranya adalah besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang menyebabkan letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet sehingga dapat Gambar 7. Cara membuat magnet dengan cara Induksi menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang, akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya. 3. Membuat Magnet dengan Cara Arus Listrik Besi dan baja dapat juga dijadikan magnet dengan arus listrik. Caranya besi dan baja dililiti kawat yang dihubungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan Gambar 8. Cara membuat magnet dengan cara arus listrik terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi yang berada di Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 10
dekatnya. Magnet yang dibuat dengan cara arus listrik disebut magnet listrik atau elektromagnet. Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutub magnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan. Jika arah arus berlawanan jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengan demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya. D. MEDAN MAGNET Ketika kamu melakukan percobaan dengan dua magnet batang, dapat diingat bahwa interaksi antar kutub-kutub magnet tidak hanya terjadi pada saat kedua kutub bersentuhan, tetapi interaksi juga terjadi saat kedua kutub tidak bersentuhan atau ada jarak antara satu dengan yang lain. Hal ini membuktikan bahwa ruang disekitar magnet ada pengaruh atau gaya tarik magnet. Ruang dimana masih ada pengaruh dari gaya magnet disebut dengan medan magnet. Gambaran adanya medan magnet dapat diperlihatkan oleh pola garis-garis gaya magnetnya. Bagaimana pola garis gaya magnet pada magnet batang? Coba lakukan kegiatan penyelidikan di bawah ini. Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 11
Kegiatan Penyelidikan 2 : Letakkan sebuah magnet batang di atas meja dan letakkan kertas karton di atas magnet dengan kedudukan mendatar. Taburkan serbuk besi di atas karton secara merata kemudian ketukketuk karton sehingga serbuk besi membentuk suatu pola. Bagaimana bentuk pola medan magnet disekitar magnet batang? Setelah melakukan percobaan di atas kamu akan melihat serbuk besi membentuk pola yang beraturan seperti pada gambar 9 di bawah ini. Kalau kita perhatikan pola serbuk besi tadi membentuk garis-garis lengkung, garis-garis lengkung ini yang dinamakan garis gaya magnet. Gambar 9. Pola serbuk besi disekitar magnet batang Gambar 10. Jarum kompas mengikuti arah garis gaya magnet Garis gaya magnet menggambarkan arah medan dan besar kuat medan. Garis gaya magnet paling rapat ada disekitar kutub-kutub magnet hal ini menggambarkan ditempat ini mempunyai kuat medan magnet terbesar. Arah garis gaya magnet selalu dari kutub utara menuju kutub selatan seperti terlihat pada gambar 10. Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 12
Dibawah ini diperlihatkan pola garis gaya magnet disekitar dua kutub magnet yang sejenis berdekatan dan disekitar dua kutub tidak sejenis yang diletakkan berdekatan. Gambar 11.a Pola serbuk besi dari dua kutub sejenis Gambar 11.b Pola garis gaya magnet dari dua kutub sejenis Gambar 12.a Pola serbuk besi dari dua kutub tidak sejenis Gambar 12.b Pola garis gaya magnet dari dua kutub tidak sejenis E. KEMAGNETAN BUMI Sebagaimana percobaan di muka, dimana sebuah magnet batang digantung pada seutas benang dalam keadaan bebas maka ujung-ujung magnet selalu mengarah ke utara-selatan. Mengapa demikian? Hal ini terjadi karena bumi bersifat sebagai sebuah magnet raksasa. Karena dua kutub yang tidak sejenis tarik menarik dan kutub utara kompas mengarah ke utara, maka kutub selatan magnet bumi pasti di Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 13
dekat kutub utara geografi bumi dan kutub utara magnet bumi di dekat kutub selatan geografi bumi Gambar 13. Magnet batang yang digantung bebas mengarah ke utara-selatan karena dipengaruhi medan magnet bumi Kutub utara-selatan magnet bumi tidak berimpit dengan kutub utara-selatan georafi bumi, sehingga membentuk sudut deklinasi dan inklinasi, seperti diperlihatkan pada gambar 14 di bawah ini. Deklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arah utara-selatan geografi bumi sedangkan inklinasi adalah sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan bidang datar (horizontal) Gambar 14. Kutub magnet bumi tidak berimpit dengan kutub geografi bumi, sehingga timbul deklinasi Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 14
PENUGASAN TERSTRUKTUR A. Tugas Merencanakan Percobaan Magnet yang dibuat dengan cara arus listrik atau yang disebut elektromagnet, banyak dimanfaatkan dalam perkembangan teknologi dewasa ini. Bagaimanakah cara melakukan percobaan untuk mengetahui cara kerja elektromagnet? Bagaimana pengaruh jumlah lilitan dan inti besi terhadap kekuatan elektromagnet? Coba kamu buat dulu rancangan percobaanya, kemudian lakukan percobaan itu secara berkelompok dan laporkan hasilnya secara tertulis. B. Tugas Mengerjakan soal-soal Latihan I. Pilihlah salah satu jawaban yang benar! 1. Logam di bawah ini yang sulit untuk dibuat magnet, tetapi setelah menjadi magnet sulit untuk dihilangkan adalah logam... a. besi c. baja b. tembaga d. Aluminium 2. Agar besi/baja bisa menjadi magnet, bisa kita lakukan dengan cara... a. dipanaskan c. dialiri listrik b. dipukul d. Digosokdengan magnet 3. Benda yang mudah ditarik oleh magnet disebut... a. feromagnetik c. diamagnetik b. non magnetik d. Paramagnetik 4. Bahan di bawah ini yang dapat ditarik magnet adalah... a. kayu, plastik c. aluminium, plastik b. besi, paku, silet d. tembaga, aluminium Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 15
5. Di bawah ini suatu cara untuk menghilangkan sifat magnetan, kecuali... a. dipanaskan c. digosok magnet b. dialiri arus listrik AC d. dipukul 6. Besi lebih mudah dibuat magnet dari pada baja, karena... a. magnet elementer baja mudah berubah arah b. magnet elementer besi sulit berubah arah c. magnet elementer besi mudah berubah arah d. magnet elementer besi dan baja sulit berubbah arah 7. Benda benda non magnetik adalah benda benda yang... a. mudah ditarik oleh magnet b. ditolak oleh magnet c. dapat dibuat magnet d. tidak terpengaruh oleh kemagnetan 8. Sudut antara jarum kompas dengan arah utara selatan yang sebenarnya disebut... a. inklinasi c. kutub b. deklinasi d. bumi 9. Jika sebatang magnet dipotong menjadi tiga bagian, maka bagian yang tengah... a. tidak bersifat magnet b. hanya memiliki kutub utara c. hanya memiliki kutub selatan d. memliki kutub utara dan kutub selatan 10. Daerah pada magnet yang gaya magnetnya terkuat disebut... a. magnet b. medan magnet c. kutub magnet d. garis gaya magnet II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jelas! 1. Sebutkan sifat-sifat dua kutub magnet yang saling berdekatan. 2. Mengapa magnet batang yang tergantung bebas selalu mengarah utara-selatan? Jelaskan Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 16
SOAL-SOAL UJI KOMPETENSI (ULANGAN HARIAN) A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar. 1. Berikut ini yang termasuk bahan magnetik dan nonmagnetik adalah... a. besi dan nikel c. nikel dan baja b. baja dan bismut d. seng dan emas 2. Garis-garis lengkung yang keluar dari kutub utara menuju kutub selatan sebuah magnet disebut... a. kutub magnet b. garis-garis gaya magnet c. medan magnet d. fluks magnet 3. Gaya tarik magnet paling kuat terletak pada... a. seluruh bagian magnet b. salah satu ujung magnet c. bagian ujung-ujung magnet d. bagian tengah magnet 4. Berikut ini cara membuat magnet, kecuali... a. cara alami b. cara induksi c. cara menggosok d. cara arus listrik 5. Perhatikan gambar berikut. Benda A dapat menarik benda B dan tidak dapat menarik benda C. Pernyataan berikut benar, kecuali... a. benda A sebuah magnet b. benda B merupakan benda magnetik c. benda C merupakan benda nonmagnetik d. benda C merupakan benda feromagnetik 6. Perhatikan gambar berikut ini. Jika besi/baja telah menjadi magnet, pernyataan berikut benar, kecuali... a. A kutub utara dan B kutub selatan Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 17
b. A kutub selatan dan B kutub utara c. A dan B kutub selatan d. A dan B kutub utara 7. Ruang atau daerah di sekitar magnet yang masih mempunyai pengaruh gaya tarik magnet disebut... a. medan magnet b. kutub magnet c. fluks magnetik d. garis-garis gaya magnet 8. Elektromagnet (magnet listrik) dapat diperoleh dengan cara... a. mendekatkan besi/baja pada magnet tetap b. melilitkan kawat berarus listrik DC pada baja/besi berisolasi c. menggosokkan besi/baja dengan magnet tetap ke satu arah. d. melilitkan kawat berarus listrik AC pada besi/baja berisolasi. 9. Jarum kompas selalu menunjuk arah utara selatan bumi, disebabkan adanya... a. medan magnet bumi b. gravitasi bumi c. gaya tarik bumi d. rotasi bumi 10. Sebuah magnet batang yang tergantung bebas, ternyata tidak menunjuk arah utara selatan sebab... a. magnet tersebut sifat kemagnetannya sudah lemah b. magnet tersebut berada dalam medan magnet yang lain c. magnet tersebut merupakan magnet sementara d. magnet tersebut tidak memiliki kutub utara dan selatan B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jelas! 1. Sebutkan gejala-gejala / sifat kemagnetan yang kamu ketahui! Beri penjelasan! 2. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi besar medan magnet yang dihasilkan oleh elektromagnet. 3. Sebutkan 3 cara membuat magnet dan tentukan pula kutub-kutub yang terjadi berdasarkan prosesnya! 4. Jelaskan! apa yang kamu ketahui tentang medan magnet? 5. Jelaskan perbedaan antara deklinasi dan inklinasi! Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 18
DAFTAR PUSTAKA Ganawati, Dewi.(2008).Pembelajaran Ilmu Pengetahuan Alam Terpadu Kontekstual IX.Jakarta:Depdiknas Kemagnetan.Tersedia pada http://www.slideshare.net/mustahal/kemagnetan diakses pada tanggal 21 Juni 2012 Nur, Kuswanti.(2008 ).Ilmu Pengetahuan Alam SMP Kelas IX. Jakarta:Depdiknas Prinsip Kemagnetan. Tersedia pada http://dunialistrik.blogspot.com/2009/10/prinsip-kemagnetan.html diakses pada tanggal 21 Juni Sudibyo, Elok.(2008). Mari Belajar IPA 3 : Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs kelas IX. Jakarta: Depdiknas Wariyono,Sukis.(2008).Mari Belajar Ilmu Alam Sekitar 3 Panduan Belajar IPA Terpadu.Jakarta:Depdiknas -----------------.(2005).Materi Pelatihan Terintegrasi.Jakarta:Depdiknas. Bahan Ajar IPA SMP Kelas IX (Drs. ASEP SUPRIATNA) 19