KB 6 Kemagnetan

8/18/2019 KB 6 Kemagnetan

1/19

Kemagnetan Kelas X Semester 2

Kegiatan Belajar 6 :

KEMAGNETAN

InformasI

Pada kegiatan belajar ini siswa akan mengembangkan pengetahuan tentang konsepkemagnetan, karakteristik dan besaran serta analisa rangkaian kemagnetan sesuai dengankonsep kemagnetan. Pengetahuan siswa tentang konsep kemagnetan akan membantusiswa untuk memahami bagaimana menjelaskan pengaruh histerisis kemagnitan dankarakteristik dari perbedaan jenis bahan kemagnitan.

Tujuan

Setelah menyelesaikan kegiatan belajar ini, diharapkan siswa mampu: Mendeskripsikan kekuatan tarik-menarik dan tolak-menokak antara kemagnetan.

Menjelaskan bermaam-maam karakteristik dan besaran, serta penggunaannya

untuk menganalisa rangkaian kemagnitan. Menjelaskan pengaruh histerisis kemagnitan dan karakteristik dari perbedaan jenis

bahan kemagnitan.

Kemampuan awal

Sebelum mempelajari kegiatan belajar ini siswa harus sudah memiliki pengetahuantentang :

• Matematika.

• Konsep !asar "angkaian #istrik.

• Pengukuran listrik

Persyaratan Lulus

Siswa dinyatakan kompeten pada kegiatan belajar ini apabila siswa telah menyelesaikanseluruh latihan dan tes akhir dengan benar .

Keselamatan erja

• $ati-hati bila bekerja pada rangkaian listrik.

• Periksa bahwa alat-alat ukur yang dipakai bekerja dengan baik.

• Saat melakukan pengukuran pada rangkaian listrik, pastikan bahwa rangkaian tidak

bertegangan.

• Periksa bahwa tegangan yang dipakai pada rangkaian listrik sudah sesuai danbenar.

%&


2/19


Materi Pem!elajaran :

6"#" Ba$an KemagnetanSemua bahan seara umum di klasi'ikasikan menjadi dua kelompok. Kemungkinan magnetatan non-magnet, tergantung pada derajat yang dapat mempengaruhi kemagnetannya.Sebagian besar bahan yang kemudian di kelompokan, yang selanjutnya di klasi'ikasikanmenjadi bahan dia-magnetic dan paramagnetic . Karakteristik kemagnetan bahan tersebutsangat diabaikan, dan seara ekstrem sukar untuk di ketahui. (adi, untuk tujuan praktis, kitadapat mengatakan bahwa seara keseluruhan non-magneti. )ahan kemagnetan *besi,kobal, dan ferrite) merupakan bahan ferromagnetic , semuanya dapat menunjukan pengaruhkemagnetan yang sangat kuat. !engan bahan tersebut bahwa kita dapat menakup searaprinsip.

6"%" Me&an MagnetMedan magnet dapat dibangkitkan oleh magnet permanen dan arus listrik yang mengalih

melalui pengahantar atau konduktor. Seperti medan listrik, suatu medan magnetkemungkinan dianggap keberadaannya sebagai suatu kekuatan yang diransmisikan. Padakasus ini, kekuatan antara bahan kemagnetan. Medan magnet juga dapat dinyatakandengan garis kemagnetan atau 'luksi magnet. Si'at tersebut yang memiliki karaktersitiktertentu, sebagai berikut :

+ Selalu membentuk lingkaran tertutup. idak seperti garis-garis 'luksi kelistrikan,dimana memanarkan dari dan berakhir pada perubahan permukaan, garis-garis'luksi magnet juga semua berada pada maknet yang dilaluinya.

2 Si'atnya elastis, jika bentuknya berubah kembali ke bentuk dan elah alaminya. Pada elah di sekitar magnet, yang memanarkan garis-garis gaya kemagnetan dari

kutub utara */ ke kutub selatan *S.

0 idak pernah bersilangan.1 Kutub yang sama tolak-menolak dan kutub yang tidak sama tarik-menarik yang satu

dengan yang lainnya.

Karakteristik *+ dan * di ilustrasikan pada gambar -+ yang menunjukan pola medanmagnit yang dihasilkan oleh batang magnet.Karakteristik *2 dan *0 digunakan untuk menjelaskan karakteristik *1, seperti yang diilustrasikan pada gambar -22 dan -.

Pada kasus susunan gambar -.2, sebagai akibat garis-garis yang si'atnya elastis, yanggarisnya menghubungkan kedua magnet tersebut. Keenderungan ini mengakibatkan keduamagnet bersatu.

3ambar -+.

45


3/19


3ambar -22.

3ambar -.

Kekuatan tolak-menolak seperti yang ditunjukanpada gambar - menghasilkan garis-garisantara kedua magnet yang tidak alami. Sekali lagi karena bereaksi elastis, garis-garistersebut akan berekspansi ke bentuk normal. 6ni akan enderung untuk mendorong magnetterpisah.

Magnet permanen memiliki keuntungan yang tidak memerlu suplai oleh tenaga listrik untukmenghasilkan medan magnet. )agaimanapun juga, memiliki beberapa kerugian. Kekuatanmedannya tidak dapat di 7ariasi. Pada prioda waktu tertentu akan kehilangan si'atkemagnetannya *seara khusus jika pada 'isiknya terjadi gonangan atau getaran. 8ntukkebanyakan aplikasi praktis kerugian tersebut tidak dapat diterima. 9leh karena itudiperlukan metoda yang mudah untuk menghasilkan medan magnet.

3ambar -0.

Penambahan pengaruh panas suatu arus listrik juga menghasilkan medan magnet.Kekuatan medan ini seara langsung sebanding dengan nilai arus. (adi medan magnet

4+


4/19


yang dihasilkan dengan ara seperti ini sangat sederhana. Medan magnet adalah suatubesaran 7ektor, seperti yang di indikasikan oleh tanda panah pada diagram sebelumnya.Pola medan yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui konduktor yang diilustrasikan pada gambar -0*a dan *b. )iasanya disebut screw rule dan asumsi kaidahtangan kanan.

Pola 'luksi yang dihasilkan oleh konduktor lurus dapat disesuaikan seperti pola medansebatang magnet. 6ni direalisasikan oleh kumparan konduktor dalam bentuk kumparan.Susunan ini diketahui sebagai solenoid . Prinsipnya di ilustrasikan pada gambar 2.1*a dan*b, yang menunjukan solenoid yang bersilangan. 3ambar -1*a menunjukan pola 'luksiyang dihasilkan oleh dua lilitan kumparan yang berdekatan. )agaimanapun juga, garis-garisgaya magnetnya tidak akan bersilangan, 'luksi yang bentuknya berubah membentukkembali disekitas kumparan seperti yang ditunjukan pada gambar -.1*b.

3ambar -.1.

6"'" (angaian Kemagnetan"angkaian kemagnetan adalah semua ruangan yang ditempati oleh 'luksi magnet. 3ambar - memperlihatkan inti besi solenoid, dihubungkan dengan arus searah dan menghasilkan'luksi. !ari sini apakah yang dapat diketahui kandungan rangkaian kemagnetan, selama'luksi ada pada inti besi dan disekitarnya. Selain itu, dapat dilihat bahwa ruas garis di dalaminti besi merupakan suatu kesatuan, sedangkan ruas udara yang bermaam-maam. (adi inimerupakan kesatuan medan magnet pada intinya dan bukan suatu kesatuan medan yangtersisa pada rangkaian kemagnitan.

8ntuk meranang dan menganalisa rangkaian kemagnitan sangat mudah, ini lebih mudah jika suatu kesatuan medan dapat dihasilkan. 6ni kemungkinan dapat direalisasikan denganmenggunakan rangkaian kemagnitan seara lengkap. Salah satu bentuk rangkaian adalahbesi toroid, yang mengalirkan arus listrik disekeliling kumparan. oroid adalah bentukdoughnut ; yang memiliki lingkaran atau segiempat. Susunannya seperti yang ditunjukanpada gambar -.%, dan dari sini dapat dilihat bahwa hanya bentuk toroid rangkaiankemagnetan.


5/19


3ambar 2.

3ambar -.%

6")" *lusi Magnet &an Kerapatan *lusi=luksi magnet adalah apa yang disebabkan oleh pengaruh magnet dapat dilihat seperti dayatarik, daya tolak dan sebagainya. Satuan 'luksi magnet adalah weber *>b. 6ni adalah namailmuwan (erman.

(umlah weber dari 'luksi setiap meter persegi dide'inisikan sebagai kerapatan 'luksi magnet

*), yang diukur dalam tesla *. 6ni kadang-kadang menjadi suatu keraguan yang pertama,oleh karena logika satuan tampaknya menjadi weber?meter 2. Sesungguhnya, ara seperti iniyang dapat dihitung : nilai 'luksi dibagi dengan luas permukaan.

Simbol besaran untuk 'luksi magnet dan kerapatan 'luksi masing-masing adalah @ dan ).9leh sebab itu, kerapatan 'luksi dapat dinyatakan seperti persamaan berikut :

Aontoh Soal .+ :

4


6/19


Permukan kutub magnet B 2 m dan membangkitkan 'luksi 5 C>b. $itung kerapatan'luksi pada permukaan kutub tersebut.

Penyelesaian : < D B 2 B +5-0 m2 , @ D 5 B +5- >b

) D 15 m

Aontoh Soal .2 :Suatu medan magnet dengan kerapatan 5, berada pada luas yang e'ekti' 01 B +5- m2.entukan 'luksi.

Penyelesaian :

, maka

@ D 5, B 01 B +5- D 2% C>b

6")" Gaya Gera Kemagnitan +Magneto-motive Force/mmf ,Pada rangkaian listrik, arus listrik yang mengalir karena adanya gaya gerak listrik *eletro-moti7e 'ore?em'. Sama halnya pada rangkaian magnet, 'luksi magnet dikarenakan adanya3aya 3erak Kemagnitan *Magneto-motive Force/mmf . Konsep mm' untuk magnet

permanen adalah sukar. Seara kebetulan ini sederhana jika kita menganggap 'luksi yangdihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui kumparan. 6ni kebanyakan kasus untukmempraktekan rangkaian magnet.

Pada bagian .2 kita lihat bahwa masing-masing lilit kumparan memiliki kontribusi terhadap jumlah 'luksi yang dihasilkan, sehingga 'luksi seara langsung sebanding dengan jumlahlilitan pada kumparan. !emikan juga 'luksi seara langsung sebanding dengan nilai aruslistrik yang dialirkan pada kumparan.

!engan menempatkan kedua 'akta tersebut kita dapat mengatakan bahwa mm' hasil dariarus listrik dan jumlah lilitan. Simbol besaran untuk mm' *gaya gerak kemagnitan adalah =*sama seperti untuk gaya mekanik. (umlah lilitan adalah hanya jumlah saja tanpa ukuran.

Satuan S6 untuk mm' adalah amper. )agaimanapun juga, ini ederung akanmembinggungkan siswa terhadap bahasan ini. 8ntuk alasan tersebut melalui kegiatanbelajar ini, satuannya akan dikutip sebagai amper lilit *


7/19


Aontoh soal .0 :$itung arus eksitasi yang diperlukan pada 55 lilit kumparan untuk membangkitkan mm' +155


8/19


6 D 5,0


9/19


6"1" Permea!ilitas Mutla +.,Permeabilitas mutlak pada bahan adalah perbandingan kerapatan 'luksi terhadap kuatmedan magnet, untuk mendapatkan mm'.

tetapi karena C5 adalah nilai auan, maka C D C5Cr

bandingkan ini dengan persamaan F D F5 Fr

Aontoh soal . :Solenoid dengan luas inti +1 m2 dan permeabilitas relati' 1, membangkitkan 'luksi255C>b. (ika bahan intinya diganti menjadi permeabilitas relati' 455 menjadi berapa 'luksidan kerapatan 'luksi yang baruGPenyelesaian :

< D +1 B +5-0, Cr+ D 1, @+ D 2 B +5-0>b, Cr+ D 455

Sekarang, inti yang asli 1 kali lebih e'ekti' dari udara. 6nti kedua 455 kali lebih e'ekti' dari

udara. 9leh sebab itu, kita dapat mengatakan bahwa inti kedua akan membangkitkankerapatan 'luksi lebih besar. Perbandingan kedua kerapatan 'luksi menjadi 455?1 D +2,+ :+. (adi inti kedua akan menghasilkan kerapatan 'luksi +2,+ kali lebih besar dari yangdibangkitkan oleh inti pertama.

(adi )2 D +2,+ )+ D +2,+ B 5,+

)2 D +,0+ !an @2 D )2 < weber D +,0+ B +1 B +5

-0 D 2,02 m>b

Aontoh soal .% :oroida dengan radius 05 mm, luas m2, dan permeabilitas relati' +15, diliit menjdikumparan &55 lilit yang dapat mengalirkan arus listrik +,1


10/19


@ D )< weber D +,5+21 B B +5-0 D 5,%1 C>b

Aontoh soal .4 :oroida baja dengan ukuran seperti yang ditunjukan pada gambar -& dililit dengan

kumparan kawat 155 lilit. )erapa nilai arus listrik yang diperlukan pada kumparan untukmembangkitkan 'luksi 215C>b pada toroida, jika kondisi permeabilitas relati' toroida 55.

3ambar -&.

Penyelesaian :r D B +5-2m, < D 0,1 B +5-0m2, / D 155, @ D 215 B +5->b, Cr D 55panjang e'ekti' toroida, l D 2E r meter D 2E B B +5-2m D 5,+44 m

Selanjutnya, ) D C5Cr $ esla

F = Hl = +0%0 B 5,+44 D 2%%


11/19


(adi F = NI = 100 0!" = "0 #t

3ambar -.&.

*b.

Karena kita belum mengetahui nilai 'luksi, tetapi dapat menghitung nilai $, maka persamaankedua diperlukan untuk digunakan.

) D C5Cr ) D 0E B +5-%

B + B 055 D 1,52 B +5-0

D 15 C*. @ D )< D 15 B +5 - B % B +5-0 D 512 C>b

6"2" Kur3a Magnetisasi +B45,Kur7a magnetisasi adalah gra'ik kerapatan 'luksi yang bangkitkan pada rangkaiankemagnetan seperti kuat medan magnet yang bermaam-maam. Karena H = NI/l , makapada rangkaian kemagnetan, kuat medannya bermaam-maam oleh arus yang mengalir pada kumparan yang bermaam-maam.

(ika rangkaian kemagnetan seluruhnya terdiri dari udara, atau suatu bahan non-magnetikmaka gra'ik yang dihasilkan merupakan garis lurus.


12/19


3ambar -++.

)agaimanapun juga, seperti arus magnetisasi kumparan yang naik perlahan-lahan, molekulmagnet bergerak. 6ni menghasilkan derajat polarisasi bahan, seperti yang ditunjukan padagambar -+5*a.


13/19


3ambar -+2.

Aontoh soal .+5 :oroida besi memiliki jari-jari 5,+m dan luasnya Em2 dililit dengan kumparan +55 lilit.Kumparan di aliri arus listrik menghasilkan 'luksi 5,+%%1m>b pada toroida tersebut.3unakan data-data berikut, tentukan *a arus listrik pada kumparan dan *b permeabilitasrelati' toroida pada kondisi tersebut,

$*


14/19


3ambar .+.

*a. Panjang toroida, l D 2Er D 5,2% Em

*b.

Aontoh soal .++ :

&2


15/19


oroida besi tuang panjang +1 m dililit dengan kumparan 2155 lilit, arus magnetisasi yangmengalir 5,


16/19


Aontoh soal .+2"ing besi dengan luas 4 m2 dan diameter 20 m, memiliki lebar elah udara mm,diperlukan untuk membangkitkan +,2 m>b pada elah udara. $itung mm' yang diperlukan,dengan permeabilitas relati' +255 pada kondisi operasi tersebut.

Penyelesaian :


17/19


abel .+. Perbandingan Kuantitas.

"inian dibawah ini beberapa persamaan yang dapat dibandingkan,

(anguman :

Kerapatan 'luksi magnet :

3aya gerak magnet *mm' :

&1


18/19


Kuat medan magnet :

Permeabilitas :

"eluktansi :

oal8soal Lati$an :

+. Permukaan kutub magnet 0m B m dan menghasilkan 'luksi 5,1 m>b. $itungkerapatan 'luksi.

2. Kerapatan 'luksi +,4 berada pada elah udara dengan luas e'ekti' ++m2. $itung nilai'luksi.

. (ika 'luksi +,4m>b memiliki kerapatan +,21. entukan luas medannya.

0. Kumparan magnet 415 lilit dialiri arus listrik 21mb, tentukan *amm', *b kerapatan 'luksi, * kuat medan magnet.

++. Kumparan dengan inti udara dengan kerapatan 'luksi 21m. )ila inti besi dimasukan

kedalam kumparan tersebut kerapatan 'luksinya meningkat menjadi +,. $itungpermeabilitas relati' besi dalam kondisi tersebut.

+2. "angkaian kemagnetan dengan diameter +2m diaplikasikan pada mm' 2%1


19/19


)* 5,& +,+ +,2 +,

$*

KB 6 Kemagnetan

Documents

Transcript of KB 6 Kemagnetan