Kemagnetan 185

KEMAGNETANBab 11

Malu bertanya sesat di jalan. Ketika beradadi hutan yang sangat lebat seperti gambar disamping, hingga sinar mataharipun tidak mampumenembus pepohonan, seseorang akan sangatmudah tersesat. Tidak ada yang dapat ditanya,mana arah utara. Namun, jika saat itu diamembawa kompas, permasalahannya dapatdiatasi.

Fenomena penampakan magnet sebagaikompas atau penunjuk arah, akan kamu pelajaripada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajarihal-hal yang berkaitan dengan gejala ke-magnetan.

Sumber: Indonesian Heritage, 2002

Pretest 1. Termasuk gaya sentuh ataukah tak sentuh gaya magnet itu?2. Benda apakah yang dapat ditarik magnet?3. Sebutkan tiga contoh benda di sekitarmu yang menggunakan

magnet.4. Sebutkan cara membuat magnet yang kamu ketahui.

Kata-Kata Kunci – deklinasi – inklinasi– elektromagnet – kutub magnet– garis gaya magnet – medan magnet– gaya Lorentz

186 Mari BIAS 3

Kemagnetan 187

Pada era teknologi yang serba modern ini magnet memegangperanan yang sangat penting. Dari pengembangan sains, telahberhasil membuat alat transportasi yang menggunakan magnet yangdisebut kereta api monorel. Berbagai alat menggunakan magnetseperti alat-alat rumah tangga dan alat-alat komunikasi. Apakahsebenarnya magnet itu? Bagaimanakah prinsip kerja alat-alat ituberdasarkan kemagnetan?

A. KEMAGNETAN BAHAN

Kita dapat menggolongkan benda berdasarkan sifatnya.Pernahkah kamu melihat benda yang dapat menarik benda logamlain? Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada didekatnya disebut kemagnetan. Berdasarkan kemampuan bendamenarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet danbenda bukan magnet. Namun, tidak semua benda yang berada didekat magnet dapat ditarik. Benda yang dapat ditarik magnet disebutbenda magnetik. Benda yang tidak dapat ditarik magnet disebutbenda nonmagnetik.

Benda yang dapat ditarik magnet ada yang dapat ditarik kuat,dan ada yang ditarik secara lemah. Oleh karena itu, bendadikelompokkan menjadi tiga, yaitu benda feromagnetik, bendaparamagnetik, dan benda diamagnetik. Benda yang ditarik kuat olehmagnet disebut benda feromagnetik. Contohnya besi, baja, nikel,dan kobalt. Benda yang ditarik lemah oleh magnet disebut bendaparamagnetik. Contohnya platina, tembaga, dan garam. Benda yangditolak oleh magnet dengan lemah disebut benda diamagnetik.Contohnya timah, aluminium, emas, dan bismuth.

Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikanmagnet. Benda itu ada yang mudah dan ada yang sulit dijadikanmagnet. Baja sulit untuk dibuat magnet, tetapi setelah menjadimagnet sifat kemagnetannya tidak mudah hilang. Oleh karena itu,baja digunakan untuk membuat magnet tetap (magnet permanen).

Besi mudah untuk dibuat magnet, tetapi jika setelah menjadimagnet sifat kemagnetannya mudah hilang. Oleh karena itu, besidigunakan untuk membuat magnet sementara (magnet remanen).

Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnetkecil yang disebut magnet elementer. Cobalah mengingat kembaliteori partikel zat di kelas VII. Benda yang bukan magnet arah magnetelementernya tidak beraturan. Adapun, benda magnet arah magnetelementernya teratur. Perhatikan Gambar 11.2. Oleh sebab itu,prinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elemen-ter yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga caramembuat magnet, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.

Tujuan belajarmu adalahdapat:

membedakan bendamagnet denganbenda bukanmagnet;mendemonstrasikancara membuatmagnet dan caramenghilangkan sifatkemagnetan

Tujuan Pembelajaran

Gambar 11.1 Susunan mag-net elementer besi/baja sebelummenjadi magnet

Gambar 11.2 Susunan mag-net elementer besi/baja yangtelah menjadi magnet

188 Mari BIAS 3

Gambar 11.6 Ujung A besimenjadi kutub selatan

A B

besi

Gambar 11.4 Ujung A besimenjadi kutub selatan

S

U

A

B

1. Membuat Magnet dengan Cara Menggosok

Besi yang semula tidak bersifat magnet, dapat dijadikanmagnet. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap.Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapatpada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah.Apabila magnet elementer besi telah teratur dan mengarah ke satuarah, dikatakan besi dan baja telah menjadi magnet.

Ujung-ujung besi yang digosok akan terbentuk kutub-kutubmagnet. Kutub-kutub yang terbentuk tergantung pada kutub magnetyang digunakan untuk menggosok.

Pada ujung terakhir besi yang digosok, akan mempunyaikutub yang berlawanan dengan kutub ujung magnet penggosoknya.Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 11.3.

2. Membuat Magnet dengan Cara Induksi

Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksimagnet. Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnetelementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atauterinduksi magnet tetap yang menyebabkan letaknya teratur danmengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet sehing-ga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.

Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang,akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnetpenginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan denganujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung Bbesi menjadi kutub utara atau sebaliknya.

3. Membuat Magnet dengan Cara Arus Listrik

Selain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikanmagnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihu-bungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besidan baja akan terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkanbaterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur danmengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dandapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yangdemikian disebut magnet listrik atau elektromagnet.

Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutubmagnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan.Jika arah arus berlawanan jarum jam maka ujung besi tersebutmenjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarumjam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengandemikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.

Gambar 11.4 Ujung A besimenjadi kutub utara

A B

besi

Gambar 11.3 Ujung terakhirgosokan menjadi kutub selatan

A B

US

SU

P Q

Kemagnetan 189

Setelah kita dapat membuat magnet tentu saja ingin me-nyimpannya. Agar sifat kemagnetan sebuah magnet dapat tahan la-ma, maka dalam menyimpan magnet diperlukan angker (sepotongbesi) yang dipasang pada kutub magnet. Pemasangan angker bertu-juan untuk mengarahkan magnet elementer hingga membentuk ran-tai tertutup. Untuk menyimpan dua buah magnet batang diperlukandua angker yang dihubungkan dengan dua kutub magnet yang ber-lawanan. Jika berupa magnet U untuk menyimpan diperlukan satuangker yang dihubungkan pada kedua kutubnya.

Kamu sudah mengetahui benda magnetik dapat dijadikanmagnet. Sebaliknya magnet juga dapat dihilangkan kemagnetannya.Bagaimana caranya? Sebuah magnet akan hilang sifat kemagne-tannya jika magnet dipanaskan, dipukul-pukul, dan dialiri arus listrikbolak-balik. Magnet yang mengalami pemanasan dan pemukulanakan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya.Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidakteratur dan tidak searah. Penggunaan arus AC menyebabkan araharus listrik yang selalu berubah-ubah. Perubahan arah arus listrikmemengaruhi letak dan arah magnet elementer. Apabila letak danarah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang.

Gambar 11.4 Cara me-nyimpan magnet

magnet U

angker

U

U

U

S

S

S

magnet batang

Gambar 11.8 Cara menghilangkan sifat kemagnetan (dipukul, dibakar,atau dialiri arus AC)

a b c

U S

U S U S

1. Apakah yang terjadi pada besi dan bajaapabila arah gosokan ujung magnettetap arahnya bolak-balik ?

2. Mengapa jika kaca digosok denganmagnet tetap, berapapun lamanya go-sokan kaca tidak dapat menjadi magnet?

3. Mengapa magnet yang dibakar akanhilang sifat kemagnetannya?

190 Mari BIAS 3

Tujuan: Mengetahui interaksi antarkutub

Alat dan Bahan:– Magnet batang alnico– Benang

Gambar 11.9 Kutub magnetmemiliki gaya paling kuat

Tujuan belajarmu adalahdapat:menunjukkan sifatkutub magnet.

Tujuan Pembelajaran B. KUTUB MAGNET

Di awal bab ini kamu sudah mengenal istilah kutub magnet.Selanjutnya di bagian ini kamu akan lebih memperdalam sifat-sifatkutub magnet. Jika magnet batang ditaburi serbuk besi atau paku-paku kecil, sebagian besar serbuk besi maupun paku akan melekatpada kedua ujung magnet. Bagian kedua ujung magnet akan lebihbanyak serbuk besi atau paku yang menempel daripada di bagiantengahnya. Hal itu menunjukkan bahwa gaya tarik magnet palingkuat terletak pada ujung-ujungnya. Ujung magnet yang memilikigaya tarik paling kuat itulah yang disebut kutub magnet. Bagai-manakah menentukan jenis kutub magnet?

Sebuah magnet batang yang tergantung bebas dalam keadaansetimbang, ujung-ujungnya akan menunjuk arah utara dan arahselatan bumi. Ujung magnet yang menunjuk arah utara bumi disebutkutub utara magnet. Sebaliknya, ujung magnet yang menunjuk arahselatan bumi disebut kutub selatan magnet.

Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dankutub selatan. Alat yang digunakan untuk menunjukkan arah utarabumi atau geografis disebut kompas. Kompas merupakan magnetjarum yang dapat bergerak bebas pada sebuah poros. Pada keadaansetimbang salah satu ujung magnet jarum menunjuk arah utara danujung lainnya menunjuk arah selatan.

Kamu sudah mengetahui bahwa magnet mempunyai duakutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Apabila dua kutubmagnet didekatkan akan saling mengadakan interaksi. Jenis interaksibergantung jenis-jenis kutub yang berdekatan. Apakah yang terjadijika kutub utara sebuah magnet didekatkan dengan kutub utaramagnet lain? Atau sebaliknya, apakah yang terjadi jika kutub utarasebuah magnet didekatkan dengan kutub selatan magnet lain?

Untuk mengetahui interaksi antarkutub dua magnet, cobalahmelakukan kegiatan berikut secara berkelompok. Sebelumnya,bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan 2perempuan.

Gambar 11.10 Kompasmerupakan alat penunjuk arah

kaca

– Spidol– Statif

Kemagnetan 191

Cara Kerja:1. Ikatlah sebuah magnet batang di tengah-tengahnya dan

gantungkan pada statif.2. Setelah dalam keadaan seimbang, dekati kutub magnet de-

ngan kutub sejenis magnet yang lain.3. Amatilah keadaan magnet.4. Ulangi cara kerja nomor 2–3, tetapi menggunakan kutub

magnet yang berlawanan jenis.Pertanyaan:1. Apa yang terjadi jika dua kutub sejenis berinteraksi atau

berdekatan?2. Apa yang terjadi jika dua kutub berlawanan jenis berinterak-

si?3. Nyatakan kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu.

benangmagnet

kertasmagnet

Kamu sudah melakukan kegiatan berupa menginteraksikandua magnet; jika kutubnya senama akan saling menolak tetapi jikakutubnya berbeda akan saling menarik. Pada saat dua magnetterpisah jarak yang jauh, belum terasa adanya gaya tarik atau gayatolak. Makin dekat kedua magnet, makin terasa kuat gaya tarik ataugaya tolaknya.

Jika di sekitar magnet batang diletakkan benda-benda mag-netik, benda-benda itu akan ditarik oleh magnet. Makin dekat denganmagnet, gaya tarik yang dialami benda makin kuat. Makin jauh darimagnet makin kecil gaya tarik yang dialami benda. Ruang di sekitarmagnet yang masih terdapat pengaruh gaya tarik magnet disebutmedan magnet. Pada tempat tertentu benda tidak mendapat penga-ruh gaya tarik magnet. Benda yang demikian dikatakan berada di luarmedan magnet. Medan magnet tidak dapat dilihat dengan mata.Namun, keberadaan dan polanya dapat ditunjukkan.

Garis-garis yang menggambarkan pola medan magnet di-sebut garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya magnet tidakpernah berpotongan satu sama lainnya. Garis-garis gaya magnetkeluar dari kutub utara, masuk (menuju) ke kutub selatan. Makinbanyak jumlah garis-garis gaya magnet makin besar kuat medanmagnet yang dihasilkan. Apapun bentuknya sebuah magnet memilikimedan magnet yang digambar berupa garis lengkung.

Dua kutub magnet yang tidak sejenis saling berdekatan polamedan magnetnya juga berupa garis lengkung yang keluar darikutub utara magnet menuju kutub selatan magnet. Bagaimanakahkerapatan pola medan magnet dua kutub magnet yang makin berde-katan?

Gambar 11.11 Arah garis-garis gaya magnet batang

U S

U

S

192 Mari BIAS 3

Pada dua kutub magnet yang tak sejenis, garis-garis gayamagnetnya keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatanmagnet lain. Itulah sebabnya dua kutub magnet yang tidak sejenissaling tarik-menarik.

Pada dua kutub magnet yang sejenis, garis-garis gaya magnetyang keluar dari kutub utara masing-masing cenderung salingmenolak. Mengapa? Karena arah garis gaya berlawanan, terjadilahtolak-menolak antara garis-garis gaya yang keluar kedua kutubutara magnet. Hal itulah yang menyebabkan dua kutub yang sejenissaling menolak.

C. KEMAGNETAN BUMI

1. Bumi Sebagai Magnet

Kamu sudah mengetahui sebuah magnet batang yangtergantung bebas akan menunjuk arah tertentu. Pada bagian ini,kamu akan mengetahui mengapa magnet bersikap seperti itu. Padaumumnya sebuah magnet terbuat dari bahan besi dan nikel.Keduanya memiliki sifat kemagnetan karena tersusun oleh magnet-magnet elementer. Batuan-batuan pembentuk bumi juga mengan-dung magnet elementer. Bumi dipandang sebagai sebuah magnetbatang yang besar yang membujur dari utara ke selatan bumi. Mag-net bumi memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan selatan. Kutubutara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan bumi. Adapunkutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara bumi.Magnet bumi memiliki medan magnet yang dapat memengaruhijarum kompas dan magnet batang yang tergantung bebas.

1. Apakah perbedaan antara kutub utaradan kutub selatan sebuah magnet?

2. Sebutkan dua sifat-sifat kutub magnetyang saling berdekatan.

3. Apakah yang dimaksud medan magnet?4. Bagaimanakah pengaruh jumlah garis

gaya magnet terhadap kekuatan mag-net?

Tujuan belajarmu adalahdapat:memaparkan teorikemagnetan bumi.

Tujuan Pembelajaran

Gambar 11.13 Arah garis-garis gayadua kutub magnet batang yang sejenis

U U

Gambar 11.12 Arah garis-garis gaya duakutub magnet batang yang tak sejenis

U S

Kemagnetan 193

Medan magnet bumi digambarkan dengan garis-garis leng-kung yang berasal dari kutub selatan bumi menuju kutub utara bumi.Magnet bumi tidak tepat menunjuk arah utara-selatan geografis.Penyimpangan magnet bumi ini akan menghasilkan garis-garis gayamagnet bumi yang menyimpang terhadap arah utara-selatan geo-grafis. Adakah pengaruh penyimpangan magnet bumi terhadap ja-rum kompas?

2. Deklinasi dan InklinasiAmbillah sebuah kompas dan letakkan di atas meja dengan

penunjuk utara (N) tepat menunjuk arah utara. Amatilah kutub utarajarum kompas. Apakah kutub utara jarum kompas tepat menunjukarah utara (N)? Berapakah sudut yang dibentuk antara kutub utarajarum kompas dengan arah utara (N)?

Jika kita perhatikan kutub utara jarum kompas dalam keadaansetimbang tidak tepat menunjuk arah utara dengan tepat. Penyim-pangan jarum kompas itu terjadi karena letak kutub-kutub magnetbumi tidak tepat berada di kutub-kutub bumi, tetapi menyimpangterhadap letak kutub bumi. Hal ini menyebabkan garis-garis gayamagnet bumi mengalami penyimpangan terhadap arah utara-selatanbumi. Akibatnya penyimpangan kutub utara jarum kompas akanmembentuk sudut terhadap arah utara-selatan bumi (geografis). Su-dut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arahutara-selatan geografis disebut deklinasi (Gambar 11.15).

Pernahkah kamu memerhatikan mengapa kedudukan jarumkompas tidak mendatar. Penyimpangan jarum kompas itu terjadi ka-rena garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaanbumi (bidang horizontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas me-nyimpang naik atau turun terhadap permukaan bumi. Penyimpangankutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap bidangdatar permukaan bumi. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarumkompas dengan bidang datar disebut inklinasi (Gambar 11.16). Alatyang digunakan untuk menentukan besar inklinasi disebut inklinator.

Gambar 11.15 Deklinasi

sudutdeklinasi

arah utara bumi

arah selatanbumi

S

U

Gambar 11.16 Inklinasi

bidang datar

sudutinklinasi

U

S

Gambar 11.14 Letak magnet bumi menyimpang terhadaputara-selatan geografis

kutub utaramagnet bumi

kutub selatan magnet bumi kutub utara geografi bumi

kutub selatangeografi bumi

U

S

194 Mari BIAS 3

Arah penyimpanganmagnet jarum kompasketika berada di sekitararus listrik dapat diterang-kan sebagai berikut.

Anggaplah arus listrikterletak di antara telapaktangan kanan dan magnetjarum kompas. Jika aruslistrik searah dengankeempat jari, kutub utaramagnet jarum akan me-nyimpang sesuai ibu jari.Cara penentuan arah sim-pangan magnet jarum kom-pas demikian disebut kai-dah telapak tangan kanan.

Tujuan belajarmu adalahdapat:menjelaskan sifatmedan magnet disekitar kawat beraruslistrik.

Tujuan Pembelajaran D. MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUSLISTRIK

Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukansecara tidak sengaja oleh Hans Christian Oersted (1770-1851), ke-tika akan memberikan kuliah bagi mahasiswa. Oersted menemukanbahwa di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akanbergerak (menyimpang). Penyimpangan magnet jarum kompas akanmakin besar jika kuat arus listrik yang mengalir melalui kawatdiperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah aruslistrik yang mengalir dalam kawat.

Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidakdialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarumkompas tidak bereaksi.

Perubahan arah arus listrik ternyata juga memengaruhiperubahan arah penyimpangan jarum kompas. Perubahan jarumkompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.

Bagaimanakah menentukan arah medan magnet di sekitarpenghantar berarus listrik?

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompasdari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompasmenyimpang berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompasdari kutub utara menuju kutub selatan, kutub utara jarum kompasmenyimpang searah dengan arah putaran jarum jam.

Gambar 11.17 Arah penyimpangan kutub utara jarum jamkompas di sekitar kawat berarus

I

U S

I

U S

Buktikan bahwa kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutubselatan bumi, sebaliknya dengan kutub selatan magnet bumi.

Kemagnetan 195

1. Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Gejala penyimpangan magnet jarum di sekitar arus listrikmembuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet.

Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat di-terangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu peng-hantar berarus listrik digenggam tangan kanan. Perhatikan Gambar11.18. Jika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang tim-bul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikiandisebut kaidah tangan kanan menggenggam.

2. Solenoida

Pada uraian sebelumnya kamu sudah mempelajari medanmagnet yang timbul pada penghantar lurus. Bagaimana jika peng-hantarnya melingkar dengan jumlah banyak? Sebuah penghantarmelingkar jika dialiri arus listrik akan menghasilkan medan listrikseperti Gambar 11.19.

Penghantar melingkar yang berbentuk kumparan panjangdisebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoidaakan lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah penghantarmelingkar, apalagi oleh sebuah penghantar lurus. Tahukah kamumengapa demikian?

Jika solenoida dialiri arus listrik maka akan menghasilkanmedan magnet. Medan magnet yang dihasilkan solenoida beraruslistrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan.Garis-garis gaya magnet pada solenoida merupakan gabungan darigaris-garis gaya magnet dari kawat melingkar. Gabungan itu akanmenghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnetsebuah magnet batang yang panjang. Kumparan seolah-olahmempunyai dua kutub, yaitu ujung yang satu merupakan kutubutara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

Gambar 11.18 Kaidah tangan kanan menggenggam

I I

I

Gambar 11.19 Medan mag-net penghantar melingkar

I I

Gambar 11.20 Arah garis-garis gaya magnet pada solenoida

U S

Rancanglah suatu kegiatan untuk membuktikan adanya medan mag-net di sekitar penghantar berarus listrik. Peralatan yang tersediaantara lain serbuk besi, penghantar, kertas, dan baterai. Gambarlahsketsa model kegiatanmu.

196 Mari BIAS 3

Tujuan belajarmu adalahdapat:menjelaskan cara kerjaelektromagnet dan pene-rapannya dalam bebera-pa teknologi.

Tujuan Pembelajaran E. ELEKTROMAGNET

Masih ingatkah kamu cara membuat magnet menggunakanarus listrik? Di bagian ini kamu akan lebih mendalami tentang magnetlistrik tersebut. Magnet listrik atau elektromagnet sangat erathubungannya dengan solenoida.

Medan magnet yang dihasilkan oleh solenoida berarus listriktidak terlalu kuat. Agar medan magnet yang dihasilkan solenoidaberarus listrik bertambah kuat, maka di dalamnya harus dimasukkaninti besi lunak. Besi lunak merupakan besi yang tidak dapat dibuatmenjadi magnet tetap. Solenoida berarus listrik dan dilengkapi de-ngan besi lunak itulah yang dikenal sebagai elektromagnet.

1. Faktor yang Memengaruhi Kekuatan Elektromagnet

Apakah yang memengaruhi besar medan magnet yang di-hasilkan elektromagnet? Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsurpenting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi.

Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang menga-lir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medanmagnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besiyang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalamsolenoida, makin besar medan magnet yang dihasilkan elektro-magnet. Jadi kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung besarkuat arus yang mengalir, jumlah lilitan, dan besar inti besi yangdigunakan.

Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama de-ngan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektro-magnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakankutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

1. Apakah pengaruh arah arus listrikterhadap arah medan magnet?

2. Bagaimanakah pola medan magnet darikawat berarus listrik?

3. Di manakah titik yang memiliki medanmagnet paling kuat pada kawat me-lingkar berarus listrik?

4. Tentukan letak kutub utara dan selatangambar solenoida berarus listrik ber-ikut.a. b.

A B

karton

P Q

karton

Kemagnetan 197

Kekuatan elektromagnetakan bertambah, jika:a. arus yang melalui kum-

paran bertambah,b. jumlah lilitan diperba-

nyak,c. memperbesar/memper-

panjang inti besi.

Dibandingkan magnet biasa, elektromagnet banyak mempu-nyai keunggulan. Karena itulah elektromagnet banyak digunakandalam kehidupan sehari-hari. Beberapa keunggulan elektromagnetantara lain sebagai berikut.a. Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai

yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga darikuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi.

b. Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan de-ngan cara memutus dan menghubungkan arus listrik meng-gunakan sakelar.

c . Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebu-tuhan yang dikehendaki.

d. Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah araharus listrik.

2. Kegunaan ElektromagnetBeberapa peralatan sehari-hari yang menggunakan elektro-

magnet antara lain seperti berikut.

a. Bel listrikBel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap sole-

noida dililitkan pada arah yang berlawanan (perhatikan Gambar11.21). Apabila sakelar ditekan, arus listrik akan mengalir melaluisolenoida. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepinganbesi lentur dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkanbunyi. Tarikan kepingan besi lentur oleh elektromagnet akan me-misahkan titik sentuh dan sekrup pengatur yang berfungsi sebagaiinteruptor. Arus listrik akan putus dan teras besi hilang kemag-netannya. Kepingan besi lentur akan kembali ke kedudukan semula.Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lenturdan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan bunyikembali. Proses ini berulang-ulang sangat cepat dan bunyi loncengterus terdengar.

b. RelaiRelai berfungsi sebagai sakelar untuk menghubungkan atau

memutuskan arus listrik yang besar pada rangkaian lain denganmenggunakan arus listrik yang kecil. Ketika sakelar S ditutup arus

1. Apakah yang dimaksud elektromagnet?2. Sebutkan tiga cara memperbesar medan magnet yang dihasilkan

elektromagnet.

198 Mari BIAS 3

listrik kecil mengalir pada kumparan. Teras besi akan menjadimagnet (elektromagnet) dan menarik kepingan besi lentur. Titiksentuh C akan tertutup, menyebabkan rangkaian lain yang mem-bawa arus besar akan tersambung. Apabila sakelar S dibuka, terasbesi hilang kemagnetannya, keping besi lentur kembali ke kedudukansemula. Titik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lain terputus.

c. Telepon

Telepon terdiri dari dua bagian yaitu bagian pengirim(mikrofon) dan bagian penerima (telepon). Prinsip kerja bagianmikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran-getaran listrik. Pada bagian pengirim ketika seseorang berbicaraakan menggetarkan diafragma aluminium. Serbuk-serbuk karbonyang terdapat pada mikrofon akan tertekan dan menyebabkanhambatan serbuk karbon mengecil. Getaran yang berupa sinyallistrik akan mengalir melalui rangkaian listrik.

Prinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrikmenjadi gelombang bunyi. Sinyal listrik yang dihasilkan mikrofonditerima oleh pesawat telepon. Apabila sinyal listrik berubah-ubahmengalir pada kumparan, teras besi akan menjadi elektromagnetyang kekuatannya berubah-ubah (perhatikan Gambar 11.23). Dia-fragma besi lentur di hadapan elektromagnet akan ditarik dengangaya yang berubah-ubah. Hal ini menyebabkan diafragma bergetar.Getaran diafragma memengaruhi udara di hadapannya, sehinggaudara akan dimampatkan dan direnggangkan. Tekanan bunyi yangdihasilkan sesuai dengan tekanan bunyi yang dikirim melalui mi-krofon.

Gambar 5.22 Diagram relai

titik sentuh C

kumparan

kepingan besilentur sel

S

Sumber: Jendela Iptek, 2001

Gambar 5.21 Susunan bel listrik

gong

palu

titik kontak

sekrup kuninganyang dapat diatur

pegas kontak dari baja

armatur dari besi lunak

elektromagnet

Kemagnetan 199

d. Katrol Listrik

Elektromagnet yang besar digunakan untuk mengangkatsampah logam yang tidak terpakai. Apabila arus dihidupkan katrollistrik akan menarik sampah besi dan memindahkan ke tempat yangdikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, sampah besi akan jatuh.Dengan cara ini sampah yang berupa tembaga, aluminium, dan sengdapat dipisahkan dengan besi.Kebaikan katrol listrik adalah:a. mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besarb. dapat mengangkat/memindahkan bongkahan besi yang tanpa

rantaic. membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan

feromagnetik.

Gambar 11.23 Susunan telepon

teras besi lembut

magnet tetap

solenoid

bunyi

diafragma

Sumber: IPP, 2002

Gambar 11.24 Katrol listrik

1. Mengapa menambah jumlah lilitan da-pat menghasilkan kemagnetan yang le-bih besar?

2. Bagaimana cara penentuan elektro-magnet?

F. GAYA LORENTZ

Di depan telah dijelaskan bahwa kawat berarus listrikmenimbulkan medan magnet. Apakah yang terjadi jika kawat beraruslistrik berada dalam medan magnet tetap?

Interaksi medan magnet dari kawat berarus dengan medanmagnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa initerdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gayamagnet. Hubungan besaran-besaran itu ditemukan oleh fisikawan

Tujuan belajarmu adalahdapat:

menemukan peng-gunaan gaya Lo-rentz pada bebera-pa alat listriksehari-hari.menyadari penting-nya pemanfaatankemagnetan dalamproduk teknologi

Tujuan Pembelajaran

200 Mari BIAS 3

Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853–1928). Dalam penyelidikan-nya Lorentz menyimpulkan bahwa besar gaya yang ditimbulkanberbanding lurus dengan kuat arus, kuat medan magnet, panjangkawat dan sudut yang dibentuk arah arus listrik dengan arah medanmagnet. Untuk menghargai jasa penemuan H.A. Lorentz, gayatersebut disebut gaya Lorentz. Apabila arah arus listrik tegak lurusdengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan.

Dengan:F = gaya Lorentz satuan newton (N)B = kuat medan magnet satuan tesla (T).l = panjang kawat satuan meter (m)I = kuat arus listrik satuan ampere (A)

Berdasarkan rumus di atas tampak bahwa apabila arah aruslistrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentzbergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medanmagnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjangkawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar.

Kawat panjangnya 2 mberada tegak lurus dalammedan magnet 20 T. Jikakuat arus listrik yangmengalir 400 mA,berapakah besar gayaLorentz yang dialamikawat?

Penyelesaian:Diketahui: l = 2 m

B = 20 TI = 400 mA = 0,4 m

Ditanya: F = ... ?Jawab: F = l × I × B

= 2 × 0,4 × 20= 16 N

F B I l= × ×

Arah gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arahmedan magnet. Untuk menentukan arah gaya Lorentz digunakankaidah atau aturan tangan kanan. Caranya rentangkan ketiga jariyaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian hingga mem-bentuk sudut 900 (saling tegak lurus). Jika ibu jari menunjukan araharus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (B)maka arah gaya Lorentz searah jari tengah (F). Dalam bentuk tigadimensi, arah yang tegak lurus mendekati pembaca diberi simbol .Adapun arah yang tegak lurus menjauhi pembaca diberi simbol × .Perhatikan Gambar 11.26.

Kemagnetan 201

Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalammedan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapatmengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat yang menerapkangaya Lorentz adalah motor listrik dan alat-alat ukur listrik. Motorlistrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dankomputer. Adapun, contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter,voltmeter, dan ohmmeter.

Gambar 11.25 Menentukan arah gayaLorentz dengan kaidah tangan kanan

Gambar 11.26 Arah gaya Lorentzdigambarkan pada tiga dimensi

Y

–Z

X–X

ZF

I

–Y

ibu jari (arah arus)

jari telunjuk (medanmagnet)

jari tengah (arahgaya Lorentz)

I = arah ibu jariB = arah jari telunjukF = arah jari tengah

I

B

F

B

1. Sebutkan tiga cara memperbesar gayaLorentz yang ditimbulkan kawat ber-arus dalam medan magnet.

2. Berdasarkan gambar berikut, tentukanbesarnya gaya Lorentz. (I = 4 A,B = 8 T, l = 10 m)

IB

3. Tentukan arah gaya Lorentz gambarberikut.

a.

b.

c.

I B

I B

×F

B

1. Gaya tarik magnet yang paling kuat berada pada ujung-ujungnya.Ujung magnet itu disebut kutub magnet.

2. Ada tiga cara membuat magnet yaitu menggosok dengan magnettetap, induksi, dan menggunakan arus listrik.

202 Mari BIAS 3

3. Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet yang masih memilikipengaruh gaya tarik atau gaya tolak magnet.

4. Garis gaya magnet adalah garis-garis lengkung yang menggam-barkan pola medan magnet. Garis gaya magnet keluar dari kutubutara menuju kutub selatan.

5. Kutub magnet sejenis berdekatan saling tolak-menolak danberlawanan jenis tarik-menarik.

6. Kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan geografis.Adapun kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utarageografis.

7. Sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan arah utaraselatan geografis disebut deklinasi. Adapun, sudut yang dibentukkutub utara jarum kompas dengan arah horizontal disebut inklinasi.

8. Menurut Oersted di sekitar kawat berarus listrik terdapat medanmagnet.

9. Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang di dalamnyaterdapat inti besi. Kekuatan elektromagnet tergantung pada kuatarus, jumlah lilitan, dan inti besi.

10. Gaya Lorentz gaya interaksi antara medan magnet dari arus listrikdan medan magnet tetap. Besarnya dapat ditulis dalam bentukrumus

F B I l= × ×

Apabila kamu sudah membaca isi bab ini dengan baik, seha-rusnya kamu sudah dapat mengerti tentang hal-hal berikut.1. Cara membuat magnet.2. Garis gaya magnet dan medan magnet.3. Kemagnetan bumi.4. Medan magnet yang ditimbulkan arus listrik.5. Gaya Lorentz.

Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakanpada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.

Kemagnetan 203

4. Berikut ini cara membuat magnet, ke-cuali ....a. cara alamib. cara induksic. cara menggosokd. cara arus listrik

5. Perhatikan gambar berikut.

Benda A dapat menarik benda B dan tidakdapat menarik benda C. Pernyataanberikut benar, kecuali ....a. benda A sebuah magnetb. benda B merupakan benda magnetikc. benda C merupakan benda nonmag-

netikd. benda C merupakan benda feromag-

netik

A B C

interuptor : pemutus arus.kemagnetan : gejala fisika pada bahan yang memiliki kemampuan

menimbulkan medan magnet.kutub magnet : kedua ujung besi (magnet) yang paling kuat daya

tariknya.magnet elementer : bagian terkecil dari magnet yang masih mempunyai

sifat magnet.motor listrik : alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.solenoida : kumparan yang panjang.relai : alat yang bekerja atas dasar penggunaan arus yang

kecil untuk menghubungkan atau memutuskan aruslistrik yang besar.

Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamuA. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.

1. Berikut ini yang termasuk bahan mag-netik dan nonmagnetik adalah ....a. besi dan nikel c. nikel dan bajab. baja dan bismut d. seng dan emas

2. Garis-garis lengkung yang keluar darikutub utara menuju kutub selatan sebuahmagnet disebut ....a. kutub magnetb. garis-garis gaya magnetc. medan magnetd. fluks magnet

3. Gaya tarik magnet paling kuat terletakpada ....a. seluruh bagian magnetb. salah satu ujung magnetc. bagian ujung-ujung magnetd. bagian tengah magnet

204 Mari BIAS 3

c. magnet tersebut merupakan magnetsementara

d. magnet tersebut tidak memiliki kutubutara dan selatan

11. Letak kutub utara magnet bumi adalah....a. di sekitar khatulistiwa bumib. di sekitar kutub selatan bumic. di sekitar kutub utara bumid. di kutub utara bumi

12. Sebuah kompas diletakkan di bawah ka-wat lurus berarus listrik, ternyata jarumkompas akan menyimpang. Hal ini me-nunjukkan bahwa ....a. di sekitar magnet jarum pada kompas

timbul medan magnetb. di sekitar kawat lurus berarus listrik

terdapat medan magnetc. garis-garis gaya magnet dari magnet

jarum kompas ditolak arus listrikd. magnet jarum pada kompas menim-

bulkan arus listrik pada kawat.

13. Perhatikan gambar berikut.I. III.

II. IV.

Arah medan magnet dari kawat lurusberarus listrik di atas yang benar adalah....a. I dan IIb. II dan IIIc. I dan IIId. II dan IV

I

I

I I

6. Perhatikan gambar berikut ini.

Jika besi/baja telah menjadi magnet, per-nyataan berikut benar, kecuali ....a. A kutub utara dan B kutub selatanb. A kutub selatan dan B kutub utarac. A dan B kutub selatand. A dan B kutub utara

7. Ruang di sekitar magnet yang masihmempunyai pengaruh gaya tarik magnetdisebut ....a. medan magnetb. kutub magnetc. fluks magnetikd. garis-garis gaya magnet

8. Magnet listrik dapat diperoleh dengancara ....a. mendekatkan besi/baja pada magnet

tetapb. melilitkan kawat berarus listrik DC

pada baja/besi berisolasic. menggosokkan besi/baja dengan mag-

net tetap ke satu arah.d. melilitkan kawat berarus listrik AC

pada besi/baja berisolasi.

9. Jarum kompas selalu menunjuk arah uta-ra selatan bumi, disebabkan adanya ....a. medan magnet bumib. gravitasi bumic. gaya tarik bumid. rotasi bumi

10. Sebuah magnet batang yang tergantungbebas, ternyata tidak menunjuk arahutara selatan sebab ....a. magnet tersebut sifat kemagnetannya

sudah lemahb. magnet tersebut berada dalam medan

magnet yang lain

A B

U

S

Kemagnetan 205

14. Perhatikan gambar berikut.

Pernyataan berikut yang tidak tepatadalah ....a. A : kutub selatan c. C : kutub selatanb. B : kutub selatan d. D : kutub utara

15. Gambar berikut menunjukkan arah ga-ris-garis gaya magnet yang dihasilkanoleh solenoida yang benar adalah ....a.

b.

c.

d.

16. Kelompok alat berikut ini yang bekerjaberdasarkan elektromagnet adalah ....a. bel listrik, telepon, dan kompor listrikb. telepon, galvanometer, dan relaic. relai, motor listrik, dan accumulatord. setrika listrik, akumulator, dan galva-

nometer

17. Perhatikan gambar berikut.Y

X–X

–Y

F

B

Z

–Z

P Q

Jika F : gaya Lorentz, B : kuat medanmagnet, I : kuat arus listrik menurutaturan tangan kanan berimpit dengansumbu ....a. Yb. –Yc. –Zd. X

18. Kawat berarus listrik berada dalammedan magnet 60 tesla mengalami gayaLorentz 12 N. Jika kawat itu beradadalam medan magnet 15 tesla, besar ga-ya Lorentz yang dialami kawat adalah ....a. 3 Nb. 36 Nc. 48 Nd. 75 N

19. Berdasarkan gambar elektromagnet, per-nyataan berikut yang tidak tepat adalah....

a. P : kutub utara dan Q : kutub selatanb. kemagnetannya mudah dihilangkanc. kutub-kutub magnet yang dihasilkan

sulit diubahd. kemagnetannya tidak tergantung ham-

batan lilitan

20. Hal berikut yang tidak dapat memper-besar medan magnet yang dihasilkanelektromagnet adalah ....a. memperbanyak lilitanb. memperbesar inti besic. memperbesar hambatand. kuat arus diperbesar

A BC D

i

I

I

I

I

206 Mari BIAS 3

Y

–X

–Y

FI

Z

–Z

X

Y

–X

–Y

F

I

Z

–Z

X

1. Sebutkan sifat-sifat dua kutub magnetyang saling berdekatan.

2. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhibesar medan magnet yang dihasilkanoleh elektromagnet.

3. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhibesarnya gaya Lorentz.

4. Sebuah kawat panjangnya 10 m beradategak lurus dalam medan magnet sebesar60 tesla. Jika kuat arus listrik yangmengalir pada kawat 2 A, tentukan be-sarnya gaya Lorentz.

5. Ke manakah arah medan magnet, bilaarah gaya Lorentz dan arah arus ditun-jukkan gambar berikut?

a.

b.

c.

B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas.

B F