GEJALA KEMAGNETAN

GEJALA KEMAGNETAN

Pengertian Magnet

Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis lithos yang berarti batu dari magnesia. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Sifat kemagnetan suatu bahan ditentukan oleh spin elektron dan gerak elektron mengelilingi inti.

Spin elektron membentuk momen magnetik yang merupakan magnet-magnet kecil (magnet elementer). Spin elektron tersebut berpasangan dan tidak menimbulkan sifat kemagnetan, karena arah spinnya berlawanan sehingga saling meniadakan. Spin elektron yang tidak berpasangan bersifat sebagai magnet kecil. Sebuah magnet merupakan gabungan dari spin elektron (magnet-magnet kecil) yang arah spin (utara-selatan)-nya sama.

 “Benda yang ditarik dengan kuat oleh magnet disebut ferromagnetik. Benda yang ditarik dengan lemah oleh magnet dan benda yang tidak ditarik oleh magnet disebut paramagnetik. Selain itu, terdapat pula benda yang ditolak oleh magnet meskipun benda itu bukan magnet. Benda yang demikian disebut diamagnetik,seperti seng atau bismut.”

Sufat-Sifat Magnet :

• Memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub utara adalah kutub magnet yang selalu mengarah ke kutub utara bumi. Kutub selatan adalah kutub magnet yang mengarah ke selatan bumi.
• Kutub yang sama akan tolak-menolak. Kutub yang tidak sama akan tarik-menarik.

Jenis-jenis Magnet

1. Berdasarkan bentuknya.

• magnet batang, 
• magnet silinder, 
• magnet U, 
• magnet ladam, dan
• magnet jarum.

2. Berdasarkan kemampuan menyimpan sifat magnetiknya

• magnet permanen. Magnet permanen merupakan magnet yang tetap mempertahankan kekuatannya untuk jangka waktu yang lama. Magnet permanen digunakan dalam berbagai alat pengukur, antara lain voltmeter, galvanometer, alat perekam kardiograf, kompas magnet, magnetometer. Magnet permanen juga digunakan dalam peralatan seperti pengeras suara (loudspeaker), pita kaset, dan disket. dan 
• magnet sementara. 

Membuat Magnet

1. Membuat Magnet dengan Menggosok
Batang besi atau baja yang telah digosok selama beberapa menit dengan magnet batang akan menjadi magnet. Kutub magnet yang dihasilkan di ujung batang besi atau baja yang digosok selalu berlawanan dengan kutub magnet yang menggosoknya.

2. Membuat Magnet dengan Mengalirkan Arus Listrik
Paku dapat dibuat menjadi magnet dengan cara diberi arus listrik melalui kawat yang dililitkan pada paku. Magnet yang dibuat dengan menggunakan arus listrik dinamakan dengan elektromagnet.

3. Membuat Magnet dengan Cara Induksi
Paku dapat dibuat menjadi magnet dengan cara didekatkan pada sebuah magnet kuat. Cara membuat magnet dengan cara mendekatkan batang baja atau besi pada sebuah magnet kuat dinamakan induksi magnetik.

Teori magnet elementer

Teori magnet elementer dikemukakan oleh Weber, yang intinya adalah sebagai berikut.

• Sebuah magnet dapat dibagi-bagi menjadi magnet yang lebih kecil dalam cacah tak terhingga. Magnet kecil ini dinamakan magnet elementer.
• Benda/zat, terutama besi dan baja, terdiri atas magnet elementer-magnet elementer.
• Pada benda yang bersifat magnet, susunan magnet elementernya teratur dan membentuk arah yang sama. Sedangkan pada benda yang tidak bersifat magnet, susunan magnet elementernya tidak teratur.
• Magnet elementer pada besi mudah bergerak, sedangkanmagnet elementer pada baja sukar bergerak. Karena itulah, magnet yang terbuat dari besi bersifat sementara, sedangkan magnet yang terbuat dari baja bersifat tetap.

Medan Magnet

 
Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang menyebabkan sebuah muatan yang bergerak di sekitarnya mengalami suatu gaya. Medan magnet tidak dapat dilihat, namun dapat dijelaskan dengan mengamati pengaruh magnet pada benda lain, misalnya pada serbuk besi.

• Garis-garis gaya magnetik selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
• Garis-garis gaya magnetik tidak pernah saling berpotongan dengan garis-garis gaya magnetik lain yang berasal dari magnet yang sama.
• Daerah yang garis-garis gaya magnetiknya rapat menunjukkan medan magnetik yang kuat, sedangkan daerah yang garis-garis gaya magnetiknya kurang rapat menunjukkan medan magnetik yang lemah.

Implementasi Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari :

• Jarum kompas adalah dari magnet permanen.
• Pintu kulkas memiliki magnet permanen agar selalu tertutup dan kedap udara, dengan itu menghindari pemborosan energi.
• TV dan monitor komputer menggunakan elektromagnetik untuk menghasilkan gambar.
• Mikrofon dan speaker menggunakan kombinasi magnet permanen dan elektromagnetik.
• Media rekaman magnetik: Tape VHS biasa mengandung golongan tape bermagnet. Informasi yang memproduksi video dan suara dikodekan pada lapisan bermagnet pada tape.
• Kaset audio kompak mengandung magnet untuk menghasilkan audio.
• Kartu kredit, kartu debit, dan kartu ATM: Semua kartu ini memiliki jalur bermagnet pada sisi-sisnya. Jalur ini mengandung informasi yang dibutuhkan untuk menghubungi institusi keuangan pribadi dan menghubungkan dengan rekening bank.
• Motor listrik dan generator: Motor listrik (seperti speaker) tergantung pada kombinasi eletromagnet dan magnet permanen, dan seperti speaker, mengganti energi listrik menjadi energi mekanis. Generator bertindak merubah energi mekanis ke energi listrik.
• Transformer / trafo : Transformer merupakan perangkat yang mengkonversi energi listrik antara dua perangkat yang terpisah mengngunakan listrik melalui konektor magnet.

Pemanfaatan Sifat Kemagnetan
1. Prinsip Elektromagnet dalam Bel Listrik

Bel listrik terdiri atas beberapa bagian, yaitu sebagai berikut.

• Besi berbentuk huruf U yang dililit kawat berfungsi sebagai magnet ketika diberi arus listrik.
• Interuptor yang berfungsi sebagai pemutus arus.
• Jangkar besi lunak yang dihubungkan dengan pegas baja.
• Besi yang berfungsi sebagai bel.
• Saklar tekan.
• Baterai sebagai sumber tegangan.

Ketika saklar ditekan, arus listrik dari baterai mengalir melalui interuptor lalu menuju pegas baja dan akhirnya sampai di kumparan. Ketika kumparan dialiri arus listrik, kumparan tersebut menjadi magnet (elektromagnet) dan menarik jangkar besi lunak sehingga jangkar tersebut memukul bel dan menghasilkan bunyi. Sesaat setelah jangkar besi lunak ditarik oleh elektromagnet, arus listrik yang mengalir melalui interuptor terputus. Terhentinya arus listrik yang mengalir menuju kumparan menyebabkan kumparan kehilangan sifat kemagnetannya sehingga pegas baja menarik jangkar besi lunak pada keadaan semula. Setelah kembali ke kedudukan semula, interuptor terhubung kembali dengan arus listrik dari baterai sehingga kumparan menjadi magnet dan proses yang sama akan terulang kembali. Proses ini terjadi secara berulang-ulang sehingga bel terus menghasilkan bunyi sampai saklar kembali ditekan untuk memutuskan arus dari baterai.

2. Prinsip Elektromagnet dalam Relai

Relai adalah alat elektronika yang dapat menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang

besar dengan memanfaatkan arus listrik yang kecil. Relai merupakan saklar yang bekerja dengan menggunakan prinsip elektromagnet.

Ketika ada arus lemah yang mengalir melalui kumparan, inti besi lunak akan menjadi magnet. Setelah menjadi magnet, inti besi tersebut menarik jangkar besi lunak sehingga kontak saklar akan terhubung dan arus listrik kuat dapat mengalir. Kontak saklar akan terputus jika arus lemah yang masuk melalui kumparan diputuskan.

Pada relai terdapat dua buah rangkaian yang terpisah. Rangkaian pertama adalah rangkaian yang menghubungkan arus lemah dengan elektromagnet pada relai. Rangkaian kedua adalah rangkaian yang memanfaatkan kontak saklar pada relai untuk memutuskan atau menghubungkan arus listrik kuat yang terhubung dengan alat listrik lainnya, seperti motor listrik atau lampu

3. Prinsip Elektromagnet dalam Telepon

Telepon terdiri atas dua bagian utama, yaitu pesawat pengirim dan pesawat penerima. Telepon bekerja dengan cara mengubah gelombang suara menjadi getaran-getaran listrik. Ketika kita berbicara pada pesawat pengirim melalui mikrofon, tekanan suara kita menekan diafragma aluminium sehingga serbuk-serbuk karbon tertekan. Akibatnya, hambatan serbuk karbon berubah-ubah sesuai dengan tekanan suaramu.

Perubahan hambatan ini menyebabkan besarnya arus yang mengalir melalui rangkaian ikut berubah mengikuti perubahan tekanan suara. Perubahan besar arus yang mengalir tersebut diubah menjadi sinyal yang akan dikirimkan ke pesawat penerima. Pada pesawat penerima, sinyal listrik diubah kembali menjadi tekanan-tekanan suara. Akibatnya, diafragma besi yang ada dalam pesawat penerima terdorong dan menghasilkan tekanan suara yang sama dengan tekanan suara yang dikirimkan mikrofon.

HUKUM KELISTRIKAN ARUS SEARAH

HK. KELISTRIKAN ARUS SEARAH

• Pengertian arus listrik searah

     Listrik Arus Searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik yang lebih rendah. Pada umumnya sumber arus listrik searah adalah baterai seperti aki dan elemen volta dan juga panel surya. Selain dari aki sumber arus searah didapat juga melalui arus bolak balik yang yang dirubah menjadi arus searah yaitu dengan menggunakan penyearah (Rectifier).

   Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor. Dahulunya arus listrik searah dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung sumber positif ke ujung sumber negatif. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Arus listrik searah banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga, hal ini karena komponen elelktonika sebagian besar adalah menggunakan arus searah.

• Pengertian arus listrik

     Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan brmuatan listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron. Benda yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron akan bermuatan positif.

     Ketika dua benda yang berbeda jumlah muatannya ( positif dan negative ) dihubungkan dengan sebuah konduktor, sebagian muatan (positif dan negatif ) salah satu dari kedua benda akan saling mengalir menuju benda lainnya melalui konduktorsehingga dicapai keadaan seimbang yakni muatan listrik kedua benda menjadi sama. Terjadinya aliran arus listrik karena perbedaan potensial listrik yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif in disebut arus listrik. Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat ( potensial gravitasi ) tinggi ke tempat ( potensial gravitasi) rendah.

• Kuat arus listrik

    banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar tiap satuan waktu. Simbol kuat arus listrik adalah I.

Secara sistematis kuat arus listrik dituliskan dengan persamaan sebagai berikut:

Ket :
I = kuat arus listrik (A)

           q = muatan listrik (C)

t = waktu (s)

     Banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor besarnya sama dengan kelipatan besar muatan sebuah electron – 1,6. C Jika pada konduktor mengalir n buah , maka total muatan yang mengalir memenuhi persamaan sebagai berikut. Rapat arus (J) adalah besar kuat arus listrik per satuan luas penampang. Satuan rapat arus dalam system SI adalah ampere / atau A.

• Hukum-hukum kelistrikan arus searah

1. Hukum Ohm

     Arus Listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dari hasil percobaan George Simon Ohm ( 1787 – 1854 ) beliau menyimpulkan bahwa “Besarnya beda potensial listrik ujung – ujung penghantar yang berhambatan tetap sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir melalui penghantar tersebut selama suhu penghantar tersebut dijaga tetap”. Karena beda potensial sebanding dengan kuat arus, maka perbandingan tegangan dengan kuat arus adalah konstan.

     Dari percobaan lebih lanjut dengan menggunakan penghantar yang berhambatan R, ternyata diperoleh huungan sebagai berikut.

Ket :
V = beda potensial ( volt )

I = kuat arus ( ampere )

R = hambatan kawat penghantar ( Ω )

2. Hukum Kirchhoff

     Rangkaian sederhana dapat terdiri dari lampu, sakelar, dan baterai yang satu sama lain terhubung oleh kawat / kabel. Ketika sakelar masih terbuka, arus listrik b`elum mengalir shingga lampu menjadi padam. Sebaliknya ketika sakelar dismbungkan, arus mengalir dari kutub positif baterai ke kutub negative baterai melalui kabel dan lampu sehingga lampu menyala. Sebelum sakelar dihubungkan, rangkaian listrik disebut rangkaian listrik terbuka, sedangkan setelah dihubungkan dengan sakelar, disebut rangkaian listrik tertutup. Rangkaianseperti ini secara umum disebut rangkaian listrik arus searah.Rangkaian listrik arus searah yang terdiri dari sebuah baterai dan beban disebut rangkaian listrik sederhana.

ü  Hukum I Kirchhoff

     Kuat arus listrik dalam suatu rangkain tak bercabang, besarnya selalu sama. Lampu – Lampu dirumah kita pada umumnya terpasang secara pararel.Rangkaian listrik biasanya terdiri banyak hubugan sehingga akan terdapat banya cabang atau lebih. Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk pada titik percbangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Ilustrasi hokum I Kirchhoff seperti pada gambar berikut ini.

ü  Hukum II Kirchhoff

     Menjelaskan tentang beda potensial mengitari suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirhhoff menyatakan di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( E ) dengan penurunan tegangan ( I.R ) sama dengan 0.Secara sistematis, hokum II Kirchhoff memenuhi persamaan :

Beberapa langkah untuk menganalisis rangkaian tertutup dengan loop tungal sesuai hukum II kirchhoff menggunakan ketentuan – ketentuan sebagai berikut.

Pilih rmasing rangkaian untuk msing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.pemilihan loop bebas,talpi jika memungkinkan di usahakan searah dengan arah arus listrik ,

     Jika pada suatu cabang,arah loop sama dengan arah arus,maka penurunan tegangan (IR) betanda positif,sedangkan bila arah loop brlawanan arah dengan arah arus,maka penurunan tegangan (I, R) bertanda negatif.

         Bila saat mengikuti arah loop, kutulp sumber tegangan yang lllebih dahulu di jumpai adalah kutup positif ,maka gaya gerak listrik bertanda positif,sebalik nya bila kutup negatif.maka penurunan tegangan (I , R) bertanda negatif,

Hambatan Kawat

Hambatan suatu kawat adalah;

1. sebanding dengan hambat jenis kawat

2. sebanding dengan panjang kawat

3. sebanding terbalik dengan luas penampung kawat

dengan rumus:

R = . l

A

R = hambatan kawat (ohm) l = panjang kawat (m)

= hambatan jenis kawat (ohm.m) = luas penampung kawat (m2)

     Bagaimana Arus, Tegangan, dan Tahanan / Resistansi pada suatu rangkaian listrik berhubungan? Rangkaian listrik terbentuk ketika jalur konduktif dibuat untuk memperbolehkan elektron bebas untuk bergerak secara berkelanjutan. Pergerakan elektron bebas secara berkelanjutan ini disebut sebagai Arus Listrik. Sedangkan gaya yang menyebabkan elektron mengalir dalam sebuah rangkaian listrik disebut Tegangan.

    Elektron bebas yang mengalir melalui konduktor mendapat gesekan-gesekan yang menyebabkan terhambat-nya aliran elektron tersebut, gesekan-gesekan yang menghambat aliran elektron tersebut disebut sebagai Resistansi.

    Hubungan antara arus, tegangan, dan resistansi dalam suatu rangkaian listrik ini ditemukan oleh seseorang berkebangsaan Jerman bernama Georg Simon Ohm. Prinsip yang ditemukan oleh Ohm bahwa jumlah arus listrik yang mengalir pada konduktor dalam suatu rangkaian berbanding lurus terhadap tegangan yang melewati-nya, pada temperatur berapapun. Ohm mengekspresikan temuan-nya tentang bagaimana hubungan antara arus, tegangan, dan resistansi dalam sebuah persamaan sederhana.

V = I x R

    Dimana “V” merupakan tegangan listrik yang diukur dalam satuan Volt (V), “I” merupakan arus listrik yang diukur dalam satuan Ampere (A), dan “R” merupakan resistansi yang diukur dalam satuan Ohm (Ω).

rangkaian-listrik

    Pada ilustrasi gambar rangkaian di atas diketahui bahwa rangkaian memiliki tegangan sebesar 12V dan resistansi beban sebesar 5Ω sedangkan arus listrik-nya tidak diketahui. Untuk mengetahui-nya gunakan persamaan hukum Ohm dengan sedikit modifikasi. Untuk mengetahui arus listrik jika tegangan dan resistansi-nya diketahui adalah.

I = V / R

    I = 12V / 5Ω

    I = 2.4 Ampere

    Jadi arus listrik yang mengalir pada rangkaian di atas adalah 2.4 Ampere.

     Hukum Ohm sangat sederhana dan sangat berguna untuk menganalisa suatu rangkaian listrik. Untuk mempermudah menggunakan persamaan Ohm jika kita akan menggunakan persamaan tersebut bukan hanya untuk mencari tegangan, misal kita ingin mengetahui arus listrik atau nilai resistansi yang belum diketahui pada suatu rangkaian listrik, gunakan trik berikut dengan menyusun V, I, dan R dalam bentuk segitiga transposisi seperti diilustrasikan berikut ini.

persamaan-ohm1

     Untuk mengetahui tegangan (V), pada segitiga persamaan Ohm di atas, “V” diberi warna biru yang berarti nilai yang dicari. Sedangkan arus (I) dan resistansi ® diberi warna hijau yang berarti solusi untuk mencari nilai “V”, karena posisi “I” dan “R” sejajar secara horizontal dalam segitiga tersebut yang memiliki arti I x R, jadi V = I x R.

persamaan-ohm2

     Pada segitiga kedua digunakan untuk mencari nilai arus (I) ditandai dengan “I” diberi warna biru. Sedangkan tegangan “V” dan resistansi “R” diberi warna hijau yang berarti solusi untuk mencari nilai “I”. Posisi “V” dan “R” berada pada posisi vertikal sehingga memiliki arti V / R, jadi I = V / R.

persamaan-ohm3

     Pada segitiga ketiga digunakan untuk mencari nilai resistansi ® yang ditandai dengan “R” diberi warna biru. Sedangkan tegangan “V” dan arus “I” diberi warna hijau yang berarti solusi untuk mencari nilai “R” dan posisi “V” dan “I” berada pada posisi vertikal sehingga memiliki arti V / I, jadi R = V / I.

§  Daya pada rangkaian listrik arus searah.

 

     Power atau daya adalah berapa besar gaya yang dapat dilakukan dalam setiap waktu. Daya secara mekanik yang biasa digunakan di amerika adalah menggunakan horsepower. Daya listrik biasanya diberi satuan watt, dan bisa dihitung dengan persamaan P = IE. Daya listrik dihasilkan oleh tegangan dan arus. Horsepower dan watt adalah dua hal yang berbeda namun menjelaskan hal yang sama dalam menjelaskan persamaan fisika, dengan 1 horsepower setara dengan 747,5 watt. 

     Beberapa bentuk persamaan daya atau biasa disebut dengan hukum joule P = IE , namun dengan persamaan tersebut untuk rangkaian DC kita bisa menghasilkan beberapa persamaan lagi apabila disatukan dengan persamaan pada hukum ohm. 

P =IE , hukum joule

E = IR , hukum ohm

 Maka akan diperoleh persamaan sbb;

P = IE, apabila E dimasukkan ke persamaan maka akan menghasilkan P = I  I R, atau akan menjadi P = I2R, 

     Dan ketika pada hukum ohm apabila kita hanya mengetahui E dan R saja maka akan didapat persamaan. I = E/R, dan apa bila dimasukkan ke persamaan joule maka akan menjadi P = E/R.xE, atau sama dengan P = E2/R.

Maka akan didapatkan persamaan hasil gabungan antara persamaan joule dan ohm menjadi P = I2R ; P = IE ; P = E2/R , dan untuk daya dengan satuan watt biasa diberi symbol W.