makalah gaya lorentz
TRANSCRIPT
makalah gaya lorentz
GAYA LORENTZ
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar BelakangJika arus listrik mengalir dari A ke B ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke atas , ini berarti ada sesuatu gaya yang berarah keatas akibat adanya medan magnet homogen dari utara ke selatan. Gaya ini selanjutnya disebut sebagai gaya magnetic atau gaya Lorentz . Jika arus listrik dibalik sehingga mengalir dari B ke A, ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke bawah. Jika arus listrik diperbesar maka alumunium foil akan melengkung lebih besar. Ini berarti besar dan arah gaya Lorentz tergantung besar dan arah arus listrik.Karena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan B. FL = I x B
Besarnya gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus FL = I.B sinθRumus ini berlaku untuk panjang kawat 1 meter. Perhitungan diatas adalah gaya Lorentz yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang. Jadi jika panjang kawat = ℓ , maka besar gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus :
FL = I . ℓ . B . Sin θ• FL = gaya Lorentz dalam newton ( N ) • I = kuat arus listrik dalam ampere ( A ) • ℓ = panjang kawat dalam meter ( m ) • B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T ) • θ = sudut antara arah I dan B Hubungan antara FL , I dan B dapat lebih mudah dipelajari dengan menggunakan kaidah tangan kiri. Yaitu dengan mengangan-angankan jika ibu jari, jari telunjuk dan jari tangah kita bentangkan saling tegak lurus, maka :• Ibu jari : menunjukan arah gaya Lorentz ( FL ) Arah gaya Lorentz • Jari telunjuk : menunjukkan arah medan magnet ( B ) • Jari tengah : menunjukkan arah arus listrik ( I )Rumusan MasalahBagaimanakah pengaruh yang ditimbulkan gaya lorentz menurut para ahli fisika & penerapannya dikehidupan sehari-hari ?
B. Tujuan Penulisan
Makalah ini dibuat dengan tujuan untuk meningkatkan pemahaman siswa tentang hal-hal yang berkaitan dengan gaya lorentz dan penerapannya dikehidupan sehari-hari.
BAB II PEMBAHASAN
Pengertian Gaya LorentzGaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet (B). Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B), seperti yang terlihat dalam rumus berikut:
Keterangan: F = gaya (Newton)B = medan magnet (Tesla)q = muatan listrik ( Coulomb)v = arah kecepatan muatan (m/t)
Sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan arah arus listrik ( I ). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus.
Jika besar muatan q bergerak dengan kecepatan v, dan I = q/t maka persamaan gaya adalah: FL = I . ℓ . B sin θ = q/t . ℓ . B sin θ = q . ℓ/t . B sin θ = q . v . B sin θ *Karena ℓ/t = vSehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan yang bergerak dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan menggunakan rumus :F = q . v . B sin θ Keterangan: F = gaya Lorentz dalam newton ( N )q = besarnya muatan yang bergerak dalam coulomb ( C )v = kecepatan muatan dalam meter / sekon ( m/s )B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )θ = sudut antara arah v dan BBila sebuah partikel bermuatan listrik bergerak tegak lurus dengan medan magnet homogen yang mempengaruhi selama geraknya, maka muatan akan bergerak dengan lintasan berupa lingkaran. Sebuah muatan positif bergerak dalam medan magnet B (dengan arah menembus bidang) secara terus menerus akan membentuk lintasan lingkaran dengan gaya Lorentz yang timbul menuju ke pusat lingkaran. Demikian juga untuk muatan negativ. Persamaan-persamaan yang memenuhi
pada muatan yang bergerak dalam medan magnet homogen sedemikian sehingga membentuk lintasan lingkaran adalah :*Gaya yang dialami akibat medan magnet : F = q . v . B*Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua persamaan kita mendapatkan persamaan :
Keterangan: R = jari-jari lintasan partikel dalam meter ( m )m = massa partikel dalam kilogram ( kg )v = kecepatan partikel dalam meter / sekon ( m/s )B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )q = muatan partikel dalam coulomb ( C )Contoh penerapan gaya Lorentz pada kehidupan sehari-hari adalah alat ukur listrik, kipas dll.
BAB IIIKESIMPULAN Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa suatu gaya yang dihasilkan dalam suatu medan magnet sangat dipengaruhi oleh besarnya muatan, kuat medan magnet, kuat arus listrik, panjang penghantar, dan arah muatan, sehingga dari pengaruh-pengaruh tersebut dapat dimanfaatkan untuk menentukan arah dan besar gaya yang akan dihasilkan, contohnya pada motor kipas, alat ukur listrik dll.
DAFTAR PUSTAKAhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_Lorentzhttp://alljabbar.wordpress.com/2008/04/06/gaya-lorentz/ Diposkan oleh sandy keluar di 21.38.00 Kirimkan Ini lewat Email BlogThis! Berbagi ke Twitter Berbagi ke Facebook Label: materi sekolah
.
makalah LM5 MEDAN MAGNET, INDUKSI DAN GAYA LORENTZ
MEDAN MAGNET, INDUKSI DAN GAYA LORENTZ
Oleh: Meilinda (A1C411004),Mutiara Havina Putri (A1C411020), Ahmad Sudrajat (A1C411050), Julita Lailatul Jannah (A1C411202) dan Siti Zuraida (A1C411216)
Abstrak
Percobaan medan magnet, induksi dan gaya Lorentz bertujuan untuk mempelajari gaya oleh
medan magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik Dc dan mempelajari gaya antara dua
penghantar sejajar yang dilalui arus DC oleh medan magnet yang timbul dari arus lain. Pada percobaan
pertama diketahui bahwa gaya oleh medan magnet terjadi jika ada interaksi antara medan magnet
dengan arus listrik pada penghantar dan pada percobaan kedua dapat diketahui besar induksi antara
dua penghantar sejajar dipengaruhi oleh jarak antara penghantar 1 dan 2.
Abstract
Experimental magnetic field, induction and Lorentz force by the force aims to study the magnetic field
in a straight conductor through which electric current DC and learning styles between the two parallel
conductors through which a DC current by the magnetic field arising from other currents. In the first
experiment is known that the force of the magnetic field occurs when there is interaction between the
magnetic field by electric currents in the conductor and the second experiment can be known of the
induction between two parallel conductors is affected by the distance between conductors 1 and 2.
I. PENDAHULUAN
Gaya oleh magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik DC dan gaya antara dua
penghantar sejajar yang dilalui arus dapat dilakukan dengan menggunakan metode mengalirkan arus
dari A ke B pada penghantar lurus dan sejajar dengan ,mengamati arah gaya (arah simpangan kawat)
sehingga diperoleh beberapa arah medan magnet.
Berdaarkan latar belakang di atas, dapat ditentukan rumusan masalah sebagai berikut : “
Bagaimana gaya oleh medan magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik DC dan bagaimana
gaya antara du penghantar sejajar yang dilalui arus, atau gaya pada penghantar lurus yang dilaui arus DC
oleh medan magnet yang timbul dari arus lain?”
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari gaya oleh medan magnet pada
penghantar lurus yang dilalui arus listrik DC dan untuk mempelajari gaya antara dua penghantar sejajar
yang dilalui arus, atau gaya pada penghantar lurus yang dilalui arus DC oleh medan magnet yang timbul
dari arus lain.
II. KAJIAN TEORI
Medan magnetik adalah ruang disekitar suatu magnet dimana magnet lain atau benda lainyang
mudah dipengaruhi magnet akan mengalami gaya magnetik jika diletakkan dalam ruang tersebut.
Besaran yang menyatakan medan magnetik disekitar muatan listrik statis adalah kuat medn listrik( diberi
lambang E). Besaran yang menyatakan medan magnetik disekitar kawat berarus listrik adalah induksi
magnetik(diberi lambang B).
(Kanginan, 2006: 162-163)
“ Di suatu titik dikatakan ada medan magnetic bila ada gaya ( disamping gaya elektrostatik, kalau
ada ) bekerja terhadap sebuah muatan bergerak di titik itu.”
Medan magnetic, seperti halnya medan listrik merupakan medan vektor, yang besar dan arahnya
disembarang titik diperincikan berdasarkan sebiah vektor B yang disebut Induksi kemagnetan.
Ada dua segi dalam masalh menghitung gaya magnetic yang ada antara muatan bergerak. Yang
pertama ialah mencari besr dan arah vektor B disuatu titik, apabila diketahui data mengenai muatan
bergerak yang menimbulkan medan. Yang kedua ialah mencari besar dan arah gaya pada muatan
bergerak dalam medan yang diketahui. Maksudnya,kita anggap saja dulu bahwa muatan bergerak dan
arus memang menimbulkan medan magnet, lalu kita pahami hukum-hukum yang menentukan gaya
pada muatan bergerak lewat medan tersebut.
Untuk meneliti sebuah medan magnet yang tidak diketahui, kita harus mengukur besar dan arah
gaya terhadap medan uji yang bergerak. Tabung sinar katoda adalah alat eksperimen yang cocok untuk
meneliti, paling tidak secara kaulitatif, sifat laku muatan bergerak dalam medan magnet. Di salah satu
ujung tabung ini terdapat sebuah “elektron gun” yang menembakkan seberkas sempit elektron dengan
kecepatan yang dapat diatur dan dihitung. Di ujungnya yang satu lagi ada layar flouresen yang
memancarkan sinar dari titik yang terkena berkas elektron tersebut.
(Sears, 1986:716-717)
Gaya-gaya magnetik yang dihasilkan dari beberapa percobaan dengan berbagai macam muatan
bergerak dengan kecepatan yang berbeda pada suatu titik diantaranya:
1. Gaya tersebut sebanding dengan muatan q. Gaya pada muatan negatif memiliki arah yang berlawanan
dengan gaya pada muatan positif yang bergerak dengan kecepatan yang sama.
2. Gaya tersebut sebanding dengan kecepatan v.
3. Gaya tersebut tegak lurus terhadap arah medan magnetik maupun kecepatannya.
4. Gaya tersebut sebanding dengan sin θ, dengan θ merupakan sudut antara kecepatan v dan medan
magnetik B. Jika v sejajar baik searah maupun berlawanan arahh dengan B, maka gayanya sama dengan
nol.
Hasil-hasil di atas dapat dirangkum sebagai berikut. Apabila suatu muatan q bergerak dengan
kecepatan v dalam medan magnet B, gaya magnetik F pada muatan ialah
F= q v B........................................................(1)
(Tipler, 2001:211)
Gambar 1. Kawat yang berada dalam medan magnet
Jika suatu kawat penghantar lurus berarus listrik berada dalam medan magnet homogen (Gambar
1),ternyata kawat penghantar tersebut mnyimpang. Hal ini berarti penghantar itu mendapat Gaya
magnetik atau Gaya Lorentz (FL).
(Tim Dosen Fisika , 2012 : 24)
Ingat bahwa arus listrik mempengaruhi kutub magnet. Jadi ada gaya yang menggerakkan kutub
magnet karena pengaruh arus listrik gaya ini, dan disebut gaya listrik atau Gaya Biot-Savart (FB.S). Jadi
seolah-olah terjadi timbal balik sesuai hukum II Newton (hukum aksi dan reaksi) maka gaya Lorentz ini
adalah merupakan reaksi dari gaya Bio-Savart. Sebagai kesimpulan ialah sebagai berikut:
a. Gaya Bio-Savart (FB.S) ialah gaya yang dialami kutub magnet (kutub magnet utara) karena pengaruh arus
listrik.
b. Gaya Loretz (FL) ialah gaya yang dialami kawat berarus karena pengaruh medan magnet.
Arah gaya dapat ditentukan dengan kaidah telapak tangan kanan. Kaidah telapak tangan kanan ini
mengangan-angankan jika telapak tegak lurus dari muka telapak tangan memancarkan garis medan
magnetik (B) dan arah arus dari pergelangan tangan ke arah ujun-ujung jari, maka arah gaya Lorentz (FL)
ialah searah membentangnya ibu jari:
I = arus listrik
B = medan magnet
FL = gaya Lorentz
Gambar 2. Kaidah telapak tangan kanan
“Besarnya gaya magnetik bergantung pada besar kuat arus dan kuat medan magnet”. Oleh
karena gaya lorentz pada umumnya timbul karena ketiga besaran diatas yaitu FL , I, dan B semuanya
termasuk besaran vektor maka peninjauan secara matematik besar serta arah gaya Lorentz ini
merupakan hasil perkalian vektor (cross product) dari I x B.
FL = I B
Maka,
ïFLï= ïI Bï.........................................................(2)
Perhitungan tersebut adalah gaya Lorentz (FL) yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang,
jadi
FL = I ℓB ...................................................(3)
FL = gaya lorentz dalam newton (N)
I = kuat arus listrik dalam ampere (A)
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau Tesla (T)
ℓ = panjang kawat dalam meter (m)
q = sudut antara
Dari persamaan di atas, jika besar sudut q ialah:
a. q = 90o
Dimana arah arus listrik dan kuat medan magnet ( ) saling tegak lurus maka FL mencapai
maksimum (ingat sin q = maksimum = 1)
b. q = 0o atau 180o
Dimana kedudukan kawat berarus dan arah medan magnet saling sejajar maka F L = 0 atau kawat tidak
dipegaruhi gaya Lorentz (ingat sin 0o = sin 180o = 0)
Jadi besarnya FL disamping tergantung pada besarnya I dan B, juga tergantung pada arah arus
terhadap arah medan magnet (q) yang dinyatakan dengan faktor sin q.
Jika arus listrik dibentuk oleh ion-ion yang brgerak di dalam medan magnet maka gaya yang
dialami ion ialah sebagai berikut:
Dari rumus persamaan
FL = I ℓB
FL =
FL = q. V. B. ...............................................(4)
Keterangan :
FL = gaya lorentz dalam newton (N)
q = muatan ion dalam coulomb (C)
B = Induksi magnetik dalam Wb/m (T)
V = kelajuan ion dalam m/s
q = sudut antara
Gambar 3. Gaya lorentz pada kawat sejajar berarus listrik
Penghantar I dan II (gambar II) sejajar berjarak a, masing-masing dipasang saling berdekatan
ternyata kedua kawat akan saling tarik-menarik jika dialiri arus searah dan akan saling tolak-menolak jika
dialiri arus berlawanan arah.
Besarnya gaya tarik atau tolak yang dialami kawat tiap satuan panjang (1 m)setelah dijabarkan
adalah sebagai berikut.
.........................................................(5)
Keterangan:
= gaya tarik/tolak tiap satuan panjang kawat dalam newton (N)
= arus pada masing-masing kawat dalam Ampere (A)
= jarak antara dua kawat dalam meter (m)
= permeabilitas udara/ruang hampa = 4. 10-7 wb/amp.m
Jika
(Drs. Soetarmo, 2006: 46-48)
III. METODE PENELITIAN
A. Alat dan Bahan
a. Sumber tegangan 3 V DC 1 buah
b. Magnet ladam 1 buah
c. Pengantar dari kawat tembaga halus (pita timah yang tipis) 1 rol
d. Penyangga kawat dengan papan rangkaian 1 buah
e. Kabel penghubung secukupnya
B. Variabel yang Digunakan
C. Langkah Percobaan
Merangkai alat-alat seperti gambar 4a, dan mengusahakan kawat penghantar tepat ada ditengah-
tengah antara ujung magnet ladam. Kemudian mengalirkan arus pada kawat dan mengamati arah gaya
(arah simpangan kawat) dengan mengatur kedudukan magnet ladam sehingga arah medan magnet dari
atas kebawah dan sebaliknya, dari samping kiri dan kanan kawat, serta searah dan berlawananarah arus
listrik. Setelah itu membalikkan arah arus dan mengulangi langkah.
Merangkai alat seperti gambar 5a, dan mengamati simpangan atau arah gaya pada penghantar,
mengamati pula pengaruhnya jika ada perubahan arah arus listrik, perubahan jarak antara dua
penghantar, mengamati pula pengaruhnya jika ada perubahan arah arus listrik, perubahan jarak antara
dua penghantar dan perubahan besar arus listrik yang mengalir. Kemudian, merangkai alat seperti
gambar 5b, dan mengamati hal yang serupa.
Gambar 4a dan 4b
Gambar 5a dan 5b
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Hasil pengamatan pada percobaan 1
No Arah Kutub Sumber Tegangan
Arah Kutub Arah Gaya
1 − + S ke U Ke bawah
2 − + U ke S Ke atas
3 + − U ke S Ke bawah
4 + − S ke U Ke atas
Tabel 2. Arah gaya magnetic pada dua kawat berarus sejajar
No Arus Kawat 1 Arus Kawat 2 Arah Gaya
1 Ke atas Ke atas Tarik Menarik
2 Ke atas Ke bawah Tolak Menolak
Dari data percobaan yang diatas, pada percobaan pertama kutub magnet dan kutub sumber tegangan seperti gambar dibawah ini.
Maka kawat lurus akan bergerak ke arah bawah. Sedangkan apabila kedudukan magnetnya diubah
menjadi kutub S magnet di depan kawat lurus dan kutub U magnet di belakang kawat lurus, maka kawat
lurus tersebut akan bergerak ke atas.
Kemudian kegiatan selanjutnya kutub U magnet berada di depan kawat lurus dan kutub S magnet
berada di belakang kawat lurus tetapi arah kutub sumber tegangan di ubah jadi kebalikan dari semula,
maka kawat lurus itu akan bergerak atas. Sedangkan apabila kedudukan magnetnya diubah menjadi
kutub S magnet di depan kawat lurus dan kutub U magnet di belakang kawat maka, kawat lurus tersebut
bergerak bawah.
Hasil tersebut sesuai dengan teori kaidah tangan kanan seperti pada gambar di bawah ini.
Selanjutnya percobaan pada dua kawat sejajar yang dialiri arus. Dari percobaan didapatkan hasil
dimana saat dua kawat sejajar yang memiliki arah arus yang sama, maka arah gayanya akan saling tarik
menarik. Sedangkan jika dua kawat sejajar dengan jarak yang sama dialiri arus yang berbeda ternyata
saling tolak menolak.
Berdasarkan hasil yang kami peroleh saat percobaan dapat dianalisis bahwa hasil yang kami
peroleh ternyata sesuai dengan teori yang berdasarkan dari gaya Lorentz.
Pada dua penghantar yaitu kawat 1 dan kawat 2 lurus sejajar yang dialiri arus akan terjadi gaya
tolak menolak apabila arah kedua arus listriknya berlawanan. Pernyataan ini diperoleh sesuai dengan
kaidah tangan kiri saat kawat 1 dan kawat 2 terpisah sejauh a dan dengan arah arus berbeda maka
dengan kaidah tangan kiri arah gaya Lorentz pada kedua kawat akan saling menjauh yang menyebabkan
arah gayanya saling tolak menolak. Begitu juga pada dua kawat yang sejajar tetapi dengan arah yang
sama maka dengan kaidah tangan kiri gaya lorentznya saling berhadapan yang menyebabkan arah
gayanya saling tarik menarik.
V. PENUTUP
Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa dalam praktikum gaya Lorentz ini
jika penghantar berarus di letakkan di dalam medan magnet atau induksi magnetik, maka pada
penghantar tersebut akan timbul Gaya Lorentz. Pada percobaan dua kawat sejajar berarus, jika arusnya
searah maka kedua kawat tarik menarik dan jika arah arus berlawanan kedua kawat tolak menolak.
Agar dapat lebih mudah untuk memahami pengaruh arus listrik terhadap besarnya gaya lorentz,
maka dalam percobaan dilakukan pengukuran kuat arus listrik yang dialirkan pada kawat.
DAFTAR PUSTAKA
Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.
Sears dan Zemansky. 1986. Fisika untuk Universitas 2 Listrik, Magnet. Bandung: Bina Cipta.
Soetarmo. 2006. Modul Siswa Penunjang Pembelajaran Fisika. Surakarta: Widya Duta.
Tim Dosen Fisika.2012. Modul Praktikum Fisika Dasar II. Banjarmasin: PMIPA FKIP UNLAM.
Tipler. 2001. Fisika untuk sains dan teknik. Jakarta: Erlangga.
LAMPIRAN
1. Syarat suatu penghantar mendapatkan pengaruh gaya adalah jika medan magnet terjadi interaksi
dengan arus listrik atau muatan listrik yang bergerak dan mempegaruhi juga dengan panjang
penghantar di dalam medan magnet, induksi magnetik dan arah arus induksi magnetik.
2. Suatu penghantar tidak mendapatkan pengaruh gaya jika tidak ada interaksi antara medan magnet
dengan arus listrik, atau tidak diberi pengaruh kuat arus liatrik.MEDAN MAGNET, INDUKSI DAN GAYA
LORENTZ
Oleh: Meilinda (A1C411004),Mutiara Havina Putri (A1C411020), Ahmad Sudrajat (A1C411050), Julita Lailatul Jannah (A1C411202) dan Siti Zuraida (A1C411216)
Abstrak
Percobaan medan magnet, induksi dan gaya Lorentz bertujuan untuk mempelajari gaya oleh
medan magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik Dc dan mempelajari gaya antara dua
penghantar sejajar yang dilalui arus DC oleh medan magnet yang timbul dari arus lain. Pada percobaan
pertama diketahui bahwa gaya oleh medan magnet terjadi jika ada interaksi antara medan magnet
dengan arus listrik pada penghantar dan pada percobaan kedua dapat diketahui besar induksi antara
dua penghantar sejajar dipengaruhi oleh jarak antara penghantar 1 dan 2.
Abstract
Experimental magnetic field, induction and Lorentz force by the force aims to study the magnetic field
in a straight conductor through which electric current DC and learning styles between the two parallel
conductors through which a DC current by the magnetic field arising from other currents. In the first
experiment is known that the force of the magnetic field occurs when there is interaction between the
magnetic field by electric currents in the conductor and the second experiment can be known of the
induction between two parallel conductors is affected by the distance between conductors 1 and 2.
I. PENDAHULUAN
Gaya oleh magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik DC dan gaya antara dua
penghantar sejajar yang dilalui arus dapat dilakukan dengan menggunakan metode mengalirkan arus
dari A ke B pada penghantar lurus dan sejajar dengan ,mengamati arah gaya (arah simpangan kawat)
sehingga diperoleh beberapa arah medan magnet.
Berdaarkan latar belakang di atas, dapat ditentukan rumusan masalah sebagai berikut : “
Bagaimana gaya oleh medan magnet pada penghantar lurus yang dilalui arus listrik DC dan bagaimana
gaya antara du penghantar sejajar yang dilalui arus, atau gaya pada penghantar lurus yang dilaui arus DC
oleh medan magnet yang timbul dari arus lain?”
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari gaya oleh medan magnet pada
penghantar lurus yang dilalui arus listrik DC dan untuk mempelajari gaya antara dua penghantar sejajar
yang dilalui arus, atau gaya pada penghantar lurus yang dilalui arus DC oleh medan magnet yang timbul
dari arus lain.
II. KAJIAN TEORI
Medan magnetik adalah ruang disekitar suatu magnet dimana magnet lain atau benda lainyang
mudah dipengaruhi magnet akan mengalami gaya magnetik jika diletakkan dalam ruang tersebut.
Besaran yang menyatakan medan magnetik disekitar muatan listrik statis adalah kuat medn listrik( diberi
lambang E). Besaran yang menyatakan medan magnetik disekitar kawat berarus listrik adalah induksi
magnetik(diberi lambang B).
(Kanginan, 2006: 162-163)
“ Di suatu titik dikatakan ada medan magnetic bila ada gaya ( disamping gaya elektrostatik, kalau
ada ) bekerja terhadap sebuah muatan bergerak di titik itu.”
Medan magnetic, seperti halnya medan listrik merupakan medan vektor, yang besar dan arahnya
disembarang titik diperincikan berdasarkan sebiah vektor B yang disebut Induksi kemagnetan.
Ada dua segi dalam masalh menghitung gaya magnetic yang ada antara muatan bergerak. Yang
pertama ialah mencari besr dan arah vektor B disuatu titik, apabila diketahui data mengenai muatan
bergerak yang menimbulkan medan. Yang kedua ialah mencari besar dan arah gaya pada muatan
bergerak dalam medan yang diketahui. Maksudnya,kita anggap saja dulu bahwa muatan bergerak dan
arus memang menimbulkan medan magnet, lalu kita pahami hukum-hukum yang menentukan gaya
pada muatan bergerak lewat medan tersebut.
Untuk meneliti sebuah medan magnet yang tidak diketahui, kita harus mengukur besar dan arah
gaya terhadap medan uji yang bergerak. Tabung sinar katoda adalah alat eksperimen yang cocok untuk
meneliti, paling tidak secara kaulitatif, sifat laku muatan bergerak dalam medan magnet. Di salah satu
ujung tabung ini terdapat sebuah “elektron gun” yang menembakkan seberkas sempit elektron dengan
kecepatan yang dapat diatur dan dihitung. Di ujungnya yang satu lagi ada layar flouresen yang
memancarkan sinar dari titik yang terkena berkas elektron tersebut.
(Sears, 1986:716-717)
Gaya-gaya magnetik yang dihasilkan dari beberapa percobaan dengan berbagai macam muatan
bergerak dengan kecepatan yang berbeda pada suatu titik diantaranya:
1. Gaya tersebut sebanding dengan muatan q. Gaya pada muatan negatif memiliki arah yang berlawanan
dengan gaya pada muatan positif yang bergerak dengan kecepatan yang sama.
2. Gaya tersebut sebanding dengan kecepatan v.
3. Gaya tersebut tegak lurus terhadap arah medan magnetik maupun kecepatannya.
4. Gaya tersebut sebanding dengan sin θ, dengan θ merupakan sudut antara kecepatan v dan medan
magnetik B. Jika v sejajar baik searah maupun berlawanan arahh dengan B, maka gayanya sama dengan
nol.
Hasil-hasil di atas dapat dirangkum sebagai berikut. Apabila suatu muatan q bergerak dengan
kecepatan v dalam medan magnet B, gaya magnetik F pada muatan ialah
F= q v B........................................................(1)
(Tipler, 2001:211)
Gambar 1. Kawat yang berada dalam medan magnet
Jika suatu kawat penghantar lurus berarus listrik berada dalam medan magnet homogen (Gambar
1),ternyata kawat penghantar tersebut mnyimpang. Hal ini berarti penghantar itu mendapat Gaya
magnetik atau Gaya Lorentz (FL).
(Tim Dosen Fisika , 2012 : 24)
Ingat bahwa arus listrik mempengaruhi kutub magnet. Jadi ada gaya yang menggerakkan kutub
magnet karena pengaruh arus listrik gaya ini, dan disebut gaya listrik atau Gaya Biot-Savart (FB.S). Jadi
seolah-olah terjadi timbal balik sesuai hukum II Newton (hukum aksi dan reaksi) maka gaya Lorentz ini
adalah merupakan reaksi dari gaya Bio-Savart. Sebagai kesimpulan ialah sebagai berikut:
a. Gaya Bio-Savart (FB.S) ialah gaya yang dialami kutub magnet (kutub magnet utara) karena pengaruh arus
listrik.
b. Gaya Loretz (FL) ialah gaya yang dialami kawat berarus karena pengaruh medan magnet.
Arah gaya dapat ditentukan dengan kaidah telapak tangan kanan. Kaidah telapak tangan kanan ini
mengangan-angankan jika telapak tegak lurus dari muka telapak tangan memancarkan garis medan
magnetik (B) dan arah arus dari pergelangan tangan ke arah ujun-ujung jari, maka arah gaya Lorentz (FL)
ialah searah membentangnya ibu jari:
I = arus listrik
B = medan magnet
FL = gaya Lorentz
Gambar 2. Kaidah telapak tangan kanan
“Besarnya gaya magnetik bergantung pada besar kuat arus dan kuat medan magnet”. Oleh
karena gaya lorentz pada umumnya timbul karena ketiga besaran diatas yaitu FL , I, dan B semuanya
termasuk besaran vektor maka peninjauan secara matematik besar serta arah gaya Lorentz ini
merupakan hasil perkalian vektor (cross product) dari I x B.
FL = I B
Maka,
ïFLï= ïI Bï.........................................................(2)
Perhitungan tersebut adalah gaya Lorentz (FL) yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang,
jadi
FL = I ℓB ...................................................(3)
FL = gaya lorentz dalam newton (N)
I = kuat arus listrik dalam ampere (A)
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau Tesla (T)
ℓ = panjang kawat dalam meter (m)
q = sudut antara
Dari persamaan di atas, jika besar sudut q ialah:
a. q = 90o
Dimana arah arus listrik dan kuat medan magnet ( ) saling tegak lurus maka FL mencapai
maksimum (ingat sin q = maksimum = 1)
b. q = 0o atau 180o
Dimana kedudukan kawat berarus dan arah medan magnet saling sejajar maka F L = 0 atau kawat tidak
dipegaruhi gaya Lorentz (ingat sin 0o = sin 180o = 0)
Jadi besarnya FL disamping tergantung pada besarnya I dan B, juga tergantung pada arah arus
terhadap arah medan magnet (q) yang dinyatakan dengan faktor sin q.
Jika arus listrik dibentuk oleh ion-ion yang brgerak di dalam medan magnet maka gaya yang
dialami ion ialah sebagai berikut:
Dari rumus persamaan
FL = I ℓB
FL =
FL = q. V. B. ...............................................(4)
Keterangan :
FL = gaya lorentz dalam newton (N)
q = muatan ion dalam coulomb (C)
B = Induksi magnetik dalam Wb/m (T)
V = kelajuan ion dalam m/s
q = sudut antara
Gambar 3. Gaya lorentz pada kawat sejajar berarus listrik
Penghantar I dan II (gambar II) sejajar berjarak a, masing-masing dipasang saling berdekatan
ternyata kedua kawat akan saling tarik-menarik jika dialiri arus searah dan akan saling tolak-menolak jika
dialiri arus berlawanan arah.
Besarnya gaya tarik atau tolak yang dialami kawat tiap satuan panjang (1 m)setelah dijabarkan
adalah sebagai berikut.
.........................................................(5)
Keterangan:
= gaya tarik/tolak tiap satuan panjang kawat dalam newton (N)
= arus pada masing-masing kawat dalam Ampere (A)
= jarak antara dua kawat dalam meter (m)
= permeabilitas udara/ruang hampa = 4. 10-7 wb/amp.m
Jika
(Drs. Soetarmo, 2006: 46-48)
III. METODE PENELITIAN
A. Alat dan Bahan
a. Sumber tegangan 3 V DC 1 buah
b. Magnet ladam 1 buah
c. Pengantar dari kawat tembaga halus (pita timah yang tipis) 1 rol
d. Penyangga kawat dengan papan rangkaian 1 buah
e. Kabel penghubung secukupnya
B. Variabel yang Digunakan
C. Langkah Percobaan
Merangkai alat-alat seperti gambar 4a, dan mengusahakan kawat penghantar tepat ada ditengah-
tengah antara ujung magnet ladam. Kemudian mengalirkan arus pada kawat dan mengamati arah gaya
(arah simpangan kawat) dengan mengatur kedudukan magnet ladam sehingga arah medan magnet dari
atas kebawah dan sebaliknya, dari samping kiri dan kanan kawat, serta searah dan berlawananarah arus
listrik. Setelah itu membalikkan arah arus dan mengulangi langkah.
Merangkai alat seperti gambar 5a, dan mengamati simpangan atau arah gaya pada penghantar,
mengamati pula pengaruhnya jika ada perubahan arah arus listrik, perubahan jarak antara dua
penghantar, mengamati pula pengaruhnya jika ada perubahan arah arus listrik, perubahan jarak antara
dua penghantar dan perubahan besar arus listrik yang mengalir. Kemudian, merangkai alat seperti
gambar 5b, dan mengamati hal yang serupa.
Gambar 4a dan 4b
Gambar 5a dan 5b
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Hasil pengamatan pada percobaan 1
No Arah Kutub Sumber Tegangan
Arah Kutub Arah Gaya
1 − + S ke U Ke bawah
2 − + U ke S Ke atas
3 + − U ke S Ke bawah
4 + − S ke U Ke atas
Tabel 2. Arah gaya magnetic pada dua kawat berarus sejajar
No Arus Kawat 1 Arus Kawat 2 Arah Gaya
1 Ke atas Ke atas Tarik Menarik
2 Ke atas Ke bawah Tolak Menolak
Dari data percobaan yang diatas, pada percobaan pertama kutub magnet dan kutub sumber tegangan seperti gambar dibawah ini.
Maka kawat lurus akan bergerak ke arah bawah. Sedangkan apabila kedudukan magnetnya diubah
menjadi kutub S magnet di depan kawat lurus dan kutub U magnet di belakang kawat lurus, maka kawat
lurus tersebut akan bergerak ke atas.
Kemudian kegiatan selanjutnya kutub U magnet berada di depan kawat lurus dan kutub S magnet
berada di belakang kawat lurus tetapi arah kutub sumber tegangan di ubah jadi kebalikan dari semula,
maka kawat lurus itu akan bergerak atas. Sedangkan apabila kedudukan magnetnya diubah menjadi
kutub S magnet di depan kawat lurus dan kutub U magnet di belakang kawat maka, kawat lurus tersebut
bergerak bawah.
Hasil tersebut sesuai dengan teori kaidah tangan kanan seperti pada gambar di bawah ini.
Selanjutnya percobaan pada dua kawat sejajar yang dialiri arus. Dari percobaan didapatkan hasil
dimana saat dua kawat sejajar yang memiliki arah arus yang sama, maka arah gayanya akan saling tarik
menarik. Sedangkan jika dua kawat sejajar dengan jarak yang sama dialiri arus yang berbeda ternyata
saling tolak menolak.
Berdasarkan hasil yang kami peroleh saat percobaan dapat dianalisis bahwa hasil yang kami
peroleh ternyata sesuai dengan teori yang berdasarkan dari gaya Lorentz.
Pada dua penghantar yaitu kawat 1 dan kawat 2 lurus sejajar yang dialiri arus akan terjadi gaya
tolak menolak apabila arah kedua arus listriknya berlawanan. Pernyataan ini diperoleh sesuai dengan
kaidah tangan kiri saat kawat 1 dan kawat 2 terpisah sejauh a dan dengan arah arus berbeda maka
dengan kaidah tangan kiri arah gaya Lorentz pada kedua kawat akan saling menjauh yang menyebabkan
arah gayanya saling tolak menolak. Begitu juga pada dua kawat yang sejajar tetapi dengan arah yang
sama maka dengan kaidah tangan kiri gaya lorentznya saling berhadapan yang menyebabkan arah
gayanya saling tarik menarik.
V. PENUTUP
Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa dalam praktikum gaya Lorentz ini
jika penghantar berarus di letakkan di dalam medan magnet atau induksi magnetik, maka pada
penghantar tersebut akan timbul Gaya Lorentz. Pada percobaan dua kawat sejajar berarus, jika arusnya
searah maka kedua kawat tarik menarik dan jika arah arus berlawanan kedua kawat tolak menolak.
Agar dapat lebih mudah untuk memahami pengaruh arus listrik terhadap besarnya gaya lorentz,
maka dalam percobaan dilakukan pengukuran kuat arus listrik yang dialirkan pada kawat.
DAFTAR PUSTAKA
Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.
Sears dan Zemansky. 1986. Fisika untuk Universitas 2 Listrik, Magnet. Bandung: Bina Cipta.
Soetarmo. 2006. Modul Siswa Penunjang Pembelajaran Fisika. Surakarta: Widya Duta.
Tim Dosen Fisika.2012. Modul Praktikum Fisika Dasar II. Banjarmasin: PMIPA FKIP UNLAM.
Tipler. 2001. Fisika untuk sains dan teknik. Jakarta: Erlangga.
LAMPIRAN
1. Syarat suatu penghantar mendapatkan pengaruh gaya adalah jika medan magnet terjadi interaksi
dengan arus listrik atau muatan listrik yang bergerak dan mempegaruhi juga dengan panjang
penghantar di dalam medan magnet, induksi magnetik dan arah arus induksi magnetik.
2. Suatu penghantar tidak mendapatkan pengaruh gaya jika tidak ada interaksi antara medan magnet
dengan arus listrik, atau tidak diberi pengaruh kuat arus liatrik.
Makalah fisika dasar MAGNET MAGNET FISIKA DASAR DISUSUN OLEH : KELOMPOK 3 : HARRY MULKAN DEWI SUNARNI EUISTY FEBRI UTAMI TIA ARIESTA KELAS : A SORE DOSEN : JEJEN RUKMANA SPd,MPd SEKOLAH TINGGI KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN PONTIANAK 2012 KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami berhasil menyelesaikan makalah ini dengan tepat pada waktunya yang berjudul “MAGNET ”. Makalah ini berisikan tentang informasi magnet atau yang lebih khususnya membahas Membahas pengertian magnet,gaya Lorentz,hukum ampere,hukum induktansi faraday,hokum lentz,induktansi,energy dalam medan magnet,kemagnetan bahan dan arus bolak-balik dalam ruang lingkup FISIKA . Kemudian tidak lupa kami ucapkan kepada Bapak Jejen Rukmana SPd,MPd selaku dosen mata kuliah FISIKA DASAR yang telah membantu dalam pemilihan materi serta tata cara perancangan makalah ini.Diharapkan Makalah ini dapat memberikan informasi kepada kita semua tentang MAGNET. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini. Akhir kata, kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Allah SWT senantiasa menghargai segala usaha kita. Amin. Pontianak,02 oktober 2012 Penyusun DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i DAFTAR ISI ii BAB I ULASAN MATERI 1 A. MAGNET 1 B. GAYA LORENTZ 4 C. HUKUM AMPERE 7 D. HUKUM INDUKSI FARADAY 9 E. HUKUM LENTZ 12 F. INDUKTANSI 15 G. ENERGI DALAM MEDAN MAGNET 18 H. KEMAGNETAN BAHAN 19 I. ARUS BOLAK-BALIK 25 BAB II PENUTUP 26 KESIMPULAN 26 SARAN 26 DAFTAR PUSTAKA 27 BAB I ULASAN MATERI MAGNET 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. Penggolongan Benda Berdasarkan Sifat Magnetnya Berdasarkan sifat magnetnya benda dibagi menjadi 2 macam yaitu ferromagnetik (benda yang dapat diterik kuat oleh magnet), parramagnetik (benda yang dapat ditarik magnet dengan lemah) dan diamagnetik (benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet). Contoh ferromagnetik adalah besi, baja, nikel dan kobalt. Contoh parramagnetik adalah platina dan aluminium. Contoh diamagnetik adalah seng, dan bismut. Ciri-Ciri Magnet Setiap magnet mempunyai sifat (ciri) sebagai berikut : (1) dapat menarik benda logam tertentu. (2) gaya tarik terbesar berada di kutubnya. (3) selalu menunjukkan arah utara dan selatan bila digantung bebas. (4) memiliki dua kutub. (5) tarik menarik bila tak sejenis. (6) tolak menolak bila sejenis. Cara Membuat Magnet Untuk membuat magnet dapat dilakukan dengan menggunakan 3 cara yaitu
penggosokan, mengaliri dengan arus, dan cara induksi.Saat membuat magnet dengan cara menggosok maka hal yang perlu diperhatikan adalah penggosokan harus searah (teratur) tidak boleh bolak-balik. Magnet dapat menarik benda logam tertentu karena susunan magnet elementer didalam magnet itu tersusun teratur. Bila kita bisa membuat susunan magnet elementer teratur maka kita bisa membuat magnet. Teori Kemagnetan Bumi Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi berada disekitar kutub utara bumi. Antara kutub utara magnet bumi dengan kutub selatan bumi tidak berimpit, ini juga terjadi pada kutub selatan magnet bumi. Akibat hal tersebut maka bila kita melihat kompas menunjukka arah selatan ini berarti tidak menunjukkan persis arah selatan tetapi mengalami penyimpangan sedikit dari kutub selatan bumi. Penyimpangan ini membentuk sudut yang disebut dengan sudut deklinasi. Apabila kita membawa kompas dari katulistiwa menuju kutub bumi maka kompas itu akan condong ke bawah atau ke atas. Kecondongan ini karena tertatik oleh kutub magnet bumi. Sudut yang dibentuk dari kecondongan kompas terhadap arah horisontal disebut dengan sudut inklinasi. GAYA LORENTZ Gaya Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet, B. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet, B, seperti yang terlihat dalam rumus berikut: di mana F adalah gaya (dalam satuan/unit newton) B adalah medan magnet (dalam unit tesla) q adalah muatan listrik (dalam satuan coulomb) v adalah arah kecepatan muatan (dalam unit meter per detik) Untuk gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh arus listrik, I, dalam suatu medan magnet (B), rumusnya akan terlihat sebagai berikut (lihat arah gaya dalam kaidah tangan kanan): di mana F = gaya yang diukur dalam unit satuan newton I = arus listrik dalam ampere B = medan magnet dalam satuan tesla = perkalian silang vektor, dan L = panjang kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter. Contoh soal : Pada peristiwa elektro magnetik digunakan kawat penghantar yang didalam nya mengalir muatan 18000 coulomb selama 3 menit, jika panjang kawat 100 meter dan kuat medan magnet 5 Tesla berapa besar gaya lorentz? Penyelesaian : Diket : Q = 18000 c t = 3 menit = 180 sekon L = 100 m B = 5 T Dit : F jawab : F = L.I.B I=Q/t I=18000/180 I = 100 A F = L.I.B = 100 . 100 . 5 = 50000 Newton Tentukan gaya Lorentz yang berada di medan magnet 2 testla dan memiliki muatan listrik sebesar 10000 coloumb dengan arah kecepatan10 m/s. Diket : B = 2 testla q = 10000 coloumb v = 10 m/s Dit : F Jawab : F = q ( v x B ) = 10000 ( 10 x 2 ) = 10000 x 20 = 200000 Newton HUKUM AMPERE Definisi Ampere Definisi satu ampere “jika dua kawat sama panjang diposisikan sama panjang sejauh 1 meter satu sama lain dialiri arus listrik yang arahnya sama,arus yang mengalir dalam kawat disebut satu ampere jika gaya persatuan panjang yang dialami kawat adalah 2 x 10-7 N/m”. Terdapat 3 orang ilmuwan jenius dari perancis, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean Baptista Biot (1774-1862) dan Victor Savart (1803-1862) menyatakan bahwa: “Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar yang berada diantara medan magnetik” Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut. Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik. F=(µ_0 . 〖 i〗 _1 . 〖 i〗 _(2 ) . l)/2πa Dimana : µ_0=4π x 〖 10〗 ^(-7)N/m2 I = kuat arus (A) ᵅ = 1 L = panjang kawat (m) Contoh soal : Dua buah kawat dengan konfigurasi seperti gambar di bawah! Tentukan besar dan arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat II untuk panjang kawat 0,5 meter! Pembahasan Besar gaya magnetik jika dua buah kawat berarus didekatkan adalah : Arah gaya: Jika
kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak Dengan demikian arah gaya pada kawat II adalah ke kiri ( ditarik mendekat ke kawat I ) HUKUM INDUKSI FARADAY Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa: 1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (fluks) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi. 2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut. Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan fluks dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut. Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik. Dari ilustrasi gambar diatas terdapat rumus dari hukum faraday yaitu : ∈_i=-(∆∅)/∆t Dimana : ∈I = GGl induksinya ( Volt ) ∆∅ = Perubahan fluks (wb) ∆t = Perubahan waktu ( s ) Artinya adalah gaya gerak listrik yang dihasilkan adalah sama dengan negative dari perubahan fluks magnetik terhadap terhadap waktu.Fluks magnetic (∅ ) adalah banyaknya garis gaya yang tegak lurus tiap satuan luas A, identic dengan fluks listrik yang di bahas di materi elektrostatik.Subscript i- menunjukkan jumlah lilitan. Untuk kumparan dengan banyak lilitan N,maka GGL induksinya adalah : ∈_i=-N (∆∅)/∆t Contoh Soal : Sebuah batang magnet digerakkan dalam waktu 0,5 detik pada sebuah kumparan dengan 50 lilitan.Jika pada kumparan terjadi GGL sebesar 0,25 volt,hitunglah perubahan fluks yang terjadi. Diket : ∆t = 0,5 s N = 50 lilitan ∈I = 0,25 volt Dit : ∆∅ =……? Jawab: ∈_i =|-N (∆∅)/∆t| ∆∅ = 〖 ∈〗 _i ∆t/N =0,25 0,5/50 =0,0025 Wb=2,5 x 〖 10〗 ^(-3) Wb Satu buah kumparan memiliki perubahan fluks sebesar 1,5 Wb,tentukan GGL induksi pada kumparan yang mempunyai perubahan waktu sebesar 5 detik. Diket : ∆∅ = 1,5 Wb ∆t = 5 s Dit : ∈i =……? Jawab : ∈_i=-(∆∅)/∆t =|1,5/5| = 0,3 volt. HUKUM LENTZ Pada tahun 1835 seorang ilmuwan jenius yang dilahirkan di Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) menyatakan bahwa: “arus induksi elektromagnetik dan gaya akan selalu berusaha untuk saling meniadakan (gaya aksi dan reaksi)” Sebagai contoh, jika suatu penghantar diberikan gaya untuk berputar dan memotong garis-garis gaya magnetik, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi (hukum faraday). Kemudian jika pada ujung-ujung penghantar tersebut saling dihubungkan maka akan mengalir arus induksi, dan arus induksi ini akan menghasilkan gaya pada penghantar tersebut (hukum ampere-biot-savart). Yang akan diungkapkan oleh Lenz adalah gaya yang dihasilkan tersebut berlawanan arah dengan arah gerakan penghantar tersebut, sehingga akan saling meniadakan. Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor. Pada hukum Lenz memiliki arah yang mengakibatkan fluks yang menembus loop (bagian) tertutup adalah: ∅=B.y.x Menurut hukum faraday karena luas loop berubah (artinya jumlah fluks yang menembus loop berubah ) sehingga akan timbul GGL : ∈_i=-(d∅)/dt=d(B.y.x)/dt=-B.y dx/dt=-B.y.v_x Arus listrik yang ditimbulkan dari GGL induksi ini adalah ternyata loop berlawanan dari arah jarum jam. Kemudian dipihak lain kita ketahui bahwa kawat berarus akan menimbulkan medan magnetic seperti yang kita pelajari sebelumnya di materi hokum oersted. Demikian juga batang berarus listrik yang mengalir akan menimbulkan medan magnet lain yang arahnya sesuia dengan aturan tangan kanan dua yaitu keluar dari bidang kertas berlawanan dengn medan magnet. Peristiwa ini dirumuskan oleh fisikawan rusia Christianovich Lenz dalam sebuah rumusan: “GGL induksi akan berarah sedemikian rupa sehingga melawan perubahan fluks magnet yang
menghasilkannya“. Contoh Soal: Suatu kumparan yang mem iliki medan magnet sebesar 0,25 testla yang berjarak 5cm dan menyusuri loop 0,5 dengan perubahan waktu 10 s. Tentukan GGL Induksi yang terjadi pada kumparan tersebut! Dik: B = 0,25 x = 5cm=0,05m y = 0,5 ∆t = 10 s Dit: ∈_i=⋯ Jwb: ∈_i=|B.y.v_x | v_(x = x/∆t) = 0,05m/10s=0,005m/s ∈_i =|0,25 .0,5 .0,005| ∈_i =|0,000625|=6,25 x 〖 10〗 ^(-5) volt INDUKTANSI Induktansi didefinisikan berdasarkan tiga jenis,yaitu sebagai berikut : Induktansi Diri Induktansi Diri Solenoida dan toroida Induktansi Bersama Induktansi Diri Merupakan induktansi dimana GGl induksi diri yang terjadi didalam suatu penghantar bila kuat arusnya berubah-ubah dengan satuan kuat arus tiap detik.Arus induktansi diri yang timbul pada sebuah trafo atau kumparan yang dapat menimbulkan GGl induksi yang besarnya berbanding lurus cepat perubahan kuat arusnya.Hubungan dengan GGl induksi diri dengan laju perubahan kuat arus dirumuskan Joseph Henry sebagai berikut: ∈=-L ∆I/∆t Dimana : ∈ = GGL Induktansi Diri ∆I = Perubahan Kuat Arus ∆t = Perubahan Waktu L = Induksi diri kumparan (H) Gaya gerak Listrik(GGL) ialah energy permuatan yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus dalam kawat.Dari rumus diatas dapat diilustrasikan sebagai berikut: Suatu kumparan mempunyai induktansi diri sebasar 1H bila perubahan arus listrik sebesar 1A dalam 1 detik pada kumpoaran tersebut GGL induksinya sebesar 1 volt Perubahan arus dalam kumparan ditentukan oleh perubahan fluks magnetic dalam kumparannya.Besarnya induktansi diri dari suatu kumparan ialah : L=(N∅)/I Dimana : L = Induksi diri kumparan (H) I = Arus (A) N = Jumlah lilitan ∅ = Fluks magnetic kumparan Contoh soal : Fluks sebesar 10-3 Wb dibangkitkan oleh suatu kumparan dengan 200 lilitan yang dialiri oleh arus listrik sebesar 5 Ampere,hitunglah : GGL induksi jika arus mengalir hanya dalam waktu 0,5 detik. Induktansi diri dari kumparan. Jawab : ε=|-N (d∅)/dt| =200 〖 10〗 ^(-3)/0,5 =0,4 volt ε=| -L dI/dt | L=ε ∆t/∆I =0,4 0,5/5 =0,04 H Induktansi diri Solenoida Besarnya induktansi solenoid dan teroida dapat kita ketahui dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: L=μ_(0.) . N^2 . A . l Dimana : L = Induktansi Diri (H) µ0 = Permeabilitas Vakum (Wb/Am) A = Luas penampang (m2) N = Jumlah lilitan l = Panjang solenoid (m) Dari persamaan diatas menunjukkan bahwa induktansi dari solenoid tidak bergantung dari arus sama sekali,melainkan dari sifat bahan (µo),banyaknya lilitan dan luas penampang (N dan A). Contoh soal : Sebuah solenoid dengan lilitan 100 lilitan,luas penampang 5 cm2 dan panjang 5 cm,hitunglah induktansi solenoid tersebut jika medium dianggap udara . Diket : n = 100,sehingga N = (100 ) ( 20 ) = 2000 lilitan / m A = 5 x 10 - 4 m2 L = 5 x 10 – 2 m µ0 = 1,26 x 10-6 H/m Jawab : L = (1,26 x 10 -6) (2000)2 (5 x 10 -4) (5 x 10 -2) = 1,26 x 10 - 4 H Induktansi Bersama Induktansi bersama dapat merupakan sebuah gangguan dalam rangkaian listrik karena perubahan arus dalam satu rangkaian dapat menginduksi yang tidak diinginkan oleh rangkaian lainnya yang berada didekatnya.Untuk meminimalkan efek ini,maka system rangkaian ganda harus dirancang dengan M adalah sekecil-kecilnya.Contohnya transformator yang dapat digunakan dalam rangkaian arus bolak-balik untuk menaikkan atau menurunkan tegangan.Definisi induktansi bersama dapat dilihat dari persamaan sebagai berikut: M=N_1 ∅_2/I_1 =N_2 ∅_1/I_2 Dimana : M = Induktansi silang/bersama 1 = Kumparan primer 2 = Kumparan sekunder ENERGI DALAM MEDAN MAGNET Energi listrik yang diberikan oleh sumber akan digunakan oleh inti besibeserta belitannya untuk menghasilkan medan magnet. Energi yang diperoleh akan tersimpan dalam medan magnet yang ditimbulkan ∆〖 W〗 _E= ∆〖 W〗 _F Sedangkan ∆〖 W〗 _F=I ∆ λ=F ∆∅ Pada Bahan Feromagnet, hubungan antara F dan ∅ tidak linier. Dari gambar a,diketahui bahwa untuk kurva menaik oa, jumlah energi yang dibutuhkan samadengan luas daerah oac.Apabila harga F dikembalikan ke harga nolnya (kurva menurun ab) sebagian besar energi yang sama besarnya dengan luas daerah abc akan di
lepaskan sedangkan energy sebesar luas daerah oab hilang sebagai panas (rugi histeresis). Siklus penuh rugi histeresis akan membentuk suatu gelang (lingkar tertutup) seperti gambar b. KEMAGNETAN BAHAN Pada sebagian besar atom, elektron terjadi pada pasangan. Spin elektron dalam pasangan di arah yang berlawanan. Jadi, ketika elektron dipasangkan bersama-sama, mereka berputar berlawanan menyebabkan medan magnet mereka untuk membatalkan satu sama lain. Oleh karena itu, tidak ada medan magnet bersih. Bergantian, bahan dengan beberapa elektron berpasangan akan memiliki medan magnet bersih dan akan bereaksi lebih untuk bidang eksternal. Kebanyakan bahan dapat diklasifikasikan sebagai diamagnetic, atau feromagnetik paramagnetik. Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan ferromagnetik.Berikut akan djelaskan tentang ketiga sifat dari kemagnetan. a. Diamagnetik. Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah μ0. Contoh bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng. Bahan diamagnetic memiliki negatif, kerentanan lemah untuk medan magnet. bahan Diamagnetic sedikit ditolak oleh medan magnet dan materi tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang eksternal dihapus. Dalam bahan diamagnetic semua elektron dipasangkan sehingga tidak ada magnet permanen saat bersih per atom. sifat Diamagnetic timbul dari penataan kembali dari orbit elektron di bawah pengaruh medan magnet luar. Sebagian besar unsur dalam tabel periodik, termasuk tembaga, perak, dan emas, adalah diamagnetic. Diamagnetisme adalah sifat suatu benda untuk menciptakan suatu medan magnet ketika dikenai medan magnet. Sifat ini menyebabkan efek tolak menolak. Diamagnetik adalah salah satu bentuk magnet yang cukup lemah, dengan pengecualian superkonduktor yang memiliki kekuatan magnet yang kuat. Semua material menunjukkan peristiwa diamagnetik ketika berada dalam medan magnet. Oleh karena itu, diamagnetik adalah peristiwa yang umum terjadi karena pasangan elektron, termasuk elektron inti di atom, selalu menghasilkan peristiwa diamagnetik yang lemah. Namun demikian, kekuatan magnet material diamagnetik jauh lebih lemah dibandingkan kekuatan magnet material feromagnetik ataupun paramagnetik. Material yang disebut diamagnetik umumnya berupa benda yang disebut 'non-magnetik', termasuk di antaranya air, kayu, senyawa organik seperti minyak bumi dan beberapa jenis plastik, serta beberapa logam seperti tembaga, merkuri, emas dan bismut. Super konduktor adalah contoh diamagnetik sempurna. Contoh: Bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur. b. Paramagnetik. Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total seluruh atom/molekul dalam bahan nol (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan
magnet luar. Pada bahan ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil. Permeabilitas bahan paramagnetik adalah μ0, dan suseptibilitas magnetik bahannya contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium, wolfram dan sebagainya. Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida. Bahan paramagnetik ada yang positif, kerentanan kecil untuk medan magnet.. Bahan-bahan ini sedikit tertarik oleh medan magnet dan materi yang tidak mempertahankan sifat magnetik ketika bidang eksternal dihapus. sifat paramagnetik adalah karena adanya beberapa elektron tidak berpasangan, dan dari penataan kembali elektron orbit disebabkan oleh medan magnet eksternal. bahan paramagnetik termasuk Magnesium, molybdenum, lithium, dan tantalum Paramagnetisme adalah suatu bentuk magnetisme yang hanya terjadi karena adanya medan magnet eksternal. Material paramagnetik tertarik oleh medan magnet, dan karenanya memiliki permeabilitas magnetis relatif lebih besar dari satu (atau, dengan kata lain, suseptibilitas magnetik positif). Meskipun demikian, tidak seperti ferromagnet yang juga tertarik oleh medan magnet, paramagnet tidak mempertahankan magnetismenya sewaktu medan magnet eksternal tak lagi diterapkan. Contoh: aluminium, magnesium, wolfram, platina, kayu c. Ferromagnetik Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar. Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok. Kelompok atom yang mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan domain. Bahan feromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling meniadakan. Bahan ini jika diberi medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan medan magnet dari luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan ferromagnetik akan semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi. Bahan ferromagnetik ada yang positif, kerentanan besar untuk medan magnet luar. Mereka menunjukkan daya tarik yang kuat untuk medan magnet dan mampu mempertahankan sifat magnetik mereka setelah bidang eksternal telah dihapus bahan. Ferromagnetik memiliki elektron tidak berpasangan sehingga atom mereka memiliki momen magnet bersih. Mereka mendapatkan magnet yang kuat sifat mereka karena keberadaan domain magnetik. Dalam domain ini, sejumlah besar di saat-saat atom (1012 sampai 1015) adalah sejajar paralel sehingga gaya magnet dalam domain yang kuat. Ketika bahan feromagnetik dalam keadaan unmagnitized, wilayah hampir secara acak terorganisir dan medan magnet bersih untuk bagian yang secara keseluruhan adalah nol.. Ketika kekuatan magnetizing diberikan, domain menjadi selaras untuk menghasilkan medan magnet yang kuat dalam bagian.. Besi, nikel, dan kobalt adalah contoh bahan feromagnetik.. Komponen dengan materi-materi ini biasanya diperiksa dengan menggunakan
metode partikel magnetik. Ferromagnetisme adalah sebuah fenomena dimana sebuah material dapat mengalami magnetisasi secara spontan, dan merupakan satu dari bentuk kemagnetan yang paling kuat. Fenomena inilah yang dapat menjelaskan kelakuan magnet yang kita jumpai sehari-hari. Ferromagnetisme dan Ferromagnetisme merupakan dasar untuk menjelaskan fenomena magnet permanen. Contoh: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt. ARUS BOLAK-BALIK Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave). Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut. BAB II PENUTUP KESIMPULAN 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. SARAN Kritik dan saran yang membangun sangat dibutuhkan untuk mendukung terciptanya hasil karya tulis ini ke arah yang lebih baik. Kemudian saran dari penulis agar pembaca bisa mengaplikasikan materi dan soal ke dalam kegiatan sehari-hari. DAFTAR PUSTAKA Bueche, Frederick, (1993) Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal : Fisika Edisi Kedelapan,Erlangga. Crowell,Benjamin,(2001),Simple Nature,Fullerton,California. Crowell,Benjamin,(2002),Discover Physics,Fullerton,California. Crowell,Benjamin,(2003),Newtonian Physics,fullerton,California Zemansky & Sears,(1986),FISIKA Untuk Universitas 2:Listrik Magnet,Binacipta.
