6

HDM 315

Basic Electrical

Learning Outcome 2

Magnetisme dan Elektromagnetisme

Heavy Duty Module Notes

Magnetisme dan Elektromagnetisme

Tujuan Pelajaran 2

2.Setelah menyelesaikan modul ini, anda akan mampu menjelaskan pengetahuan dasar tentang magnetisme dan elektromagnetisme, dan memahami karakteristik penting dari magnetisme dan elektromagnetisme.

Kriteria Penilaian

2.1 Menjelaskan tentang magnetisme dan menerangkan hukum magnetisme.

2.2 Menjelaskan elektromagnetisme dan menerangkan penggunaan atau aplikasi induksi elektromagnetis

Penilaian

Setelah menyelesaikan modul. Anda akan diminta menjawab dengan benar soal-soal latihan di dalam unit ini, dan lulus test kemampuan.

Pendahuluan

Bagian ini akan memberikan wawasan tentang magnetisme dan elektromagnetisme.

MAGNETISME

Magnetisme adalah suatu bentuk energi yang dihasilkan oleh komponen-komponen bagian dalam (atom) yang tersusun di dalam suatu bahan tertentu. Magnetisme merupakan penghubung antara energi listrik dan energi mekanis. Dengan menggunakan magnetisme di dalam alternator, sebagian tenaga listrik (power) yang dihasilkan oleh engine dapat ditransformasikan menjadi aliran elektron yang membuat lampu depan mobil bersinar (memancarkan sinar, mengoperasikan ignition, dan mengisi baterai (aki)). Demikian pula, aliran elektron dari baterai (aki) ditransformasikan oleh magnetisme menjadi tenaga mekanis untuk memutar engine. Oleh karena itu, magnetisme dapat menghasilkan arus (aliran elektron) dan arus dapat memproduksi magnetisme.

Jenis-jenis Magnet

1.Magnet alam-magnetite dan lodestone

menarik lempengan besi dan baja

2.Magnet buatan-dibuat dengan menempatkan besi, baja, atau campuran aluminium dan nikel (alniko) di dalam sebuah medan magnet padat.

magnet logam lunak (magnet besi) lama kelamaan akan hilang sifat magnetiknya.

Magnet logam keras (baj dan alniko) dapat memiliki sifat magnetik dalam waktu tak terbatas.

Jenis-jenis Magnet

1. Magnet Permanen

Medan magnet suatu magnet adalah daerah di sekitar magnet dimana terdapat gaya magnetik.

Jika bubuk besi disebarkan pada selembar kertas di dalam suatu medan magnetik, maka bubuk besi tersebut..

Kutub utara dan kutub selatan magnet

Garis-garis gaya magnet batang

Gambar 1

Gambar 2Magnet ladam kuda

Teori molekular berkaitan dengan magnetisme

Arus listrik ditimbulkan oleh perpindahan elektron di dalam konduktor, dan arus ini diikuti oleh medan magnetik di daerah di sekitar konduktor. Untuk beberapa bahan, tenaga magnetik atom tidak melebihi atomnya sendiri, sementara di atom lainnya, gaya magnet yang lemah dapat dideteksi. Bahan-bahan ini biasanya disebut bahan non magnetik. Bahan non-magnetik memiliki susunan molekul yang tidak teratur, dan bahan magnetik mempunyai susunan atom yang teratur seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 3

Karakteristik magnet yang penting disebut sebagai Garis Gaya (Line of Force). Serbuk besi hasil pengikiran, jika berada dalam pengaruh magnetisme, akan dengan sendirinya membentuk susunan garis. Gerakan ini tampaknya menunjukkan bahwa magnetisme menghasilkan pengaruhnya dalam bentuk garis, dan garis-garis ini membentang dari kutub yang satu ke kutub yang lainnya.

Garis gaya ini tidak dapat dilihat, tidak dapat dirasakan, dan bersifat imajiner. Di luar magnet, gaya ini bergerak dari kutub utara ke kutub selatan. Di dalam magnet, gaya ini bergerak dari kutub selatan ke kutub utara, sehingga dengan demikian, lengkaplah sirkuit magnet tersebut.

Tarik menarik antara dua kutub yang berbeda dan repulsi antara dua kutub yang serupa, disebut sifat pita karet (rubber-band characteristic). Bila dua buah kutub yang tidak sama bergerak saling mendekati, garis gaya, yang membentang antara kutub selatan dan kutub utara, cenderung memendek seperti pita karet. Gaya ini menarik dua kutub yang tidak sama untuk saling mendekat. Tetapi, bila dua kutub yang sama diletakkan berdekatan, banyak garis gaya akan berubah menjadi paralel. Repulsi antara garis gaya paralel cenderung memisahkan dua kutub.

Gambar 4

Garis gaya magnetik antara dua kutub magnet yang berbeda. Garis gaya magnetik yagn membentang antara kutub yang berbeda cenderung memendek, sehingga menimbulkan gaya tarik menarik antara dua kutub yang berbeda tersebut.

Gambar 5

Garis gaya magnet antara dua kutub yang sama. Garis gaya magnetik cenderung sejajar (paralel) satu sama lain, sehingga memaksa dua kutub yang sama saling manjauhi.

CATATAN:

Repulsi dan gaya tarik menarik antara kutub magnet yang sama dan yang berbeda digunakan dalam motor listrik. Pada berbagai motor, medan magnetik sudah disetel, yang saling menarik atau menolak, dan gaya gaya hasil (resultan) menyebabkan armatur motor bekerja.

Ruang atau daerah di sekeliling magnet disebut medan magnetik. Medan magnetik diasumsikan terisi kira-kira sepenuhnya oleh garis gaya magnetik. Bila magnetnya lemah, maka jumlah garis gaya magnetiknya relatif seidkit. Bila magnetnya kuat, maka ada banyak garis gaya magnet. Kumpulan garis gaya disebut fluks magnetik. Bila magnetnya kuat sehingga ada banyak garis gaya, medan magnetik dianggap mempunyai densitas fluks yang tinggi. Bila magnetnya lemah, densitas magnetnya rendah.

Sebuah kompas biasa dilengkapi dengan sebuah jarum magnet kecil yang dipasang pada bagian pusatnya. Jarum magnet tersebut bergerak berputar untuk menunjuk ke arah utara dan selatan karena bumi merupakan magnet yang besar dan kutub magnet utara dan selatan. Medan magnet bumi menyebabkan magnet berayun membentuk posisi dengan arah utara-selatan.

Catatan:

Fluks dan Medan Magnetik

Gaya magnetik tidak dapat dilihat. Kita hanya dapat melihat efek yang ditimbulkannya.

Medan magnetik

Adalah garis gaya yang keluar dari kutub utara dan memasuki kutub selatan.

Garis Fluks

Adalah garis gaya yang tidak dapat dilihat, bersambung, tidak terputus-putus, dan tidak saling memotong.

Pola Fluks

Adalah bentuk garis gaya dan ruang yang ditempatinya.

Densitas Fluks

Adalah jumlah garis fluks per satuan luas. (misalnya 100 garis fluks dalam 10 centimeter kuadrat, maka densitas fluksnya adalah 10). Semakin kuat medan magnetik, semakin besar densitas fluks.

Untuk menghilangkan medan magnetik pada sebuah magnet, molekul-molekul harus diacak sehingga mendannya saling bertolakan.

Jika sebuah magnet dipukul secara kuat, maka gaya pukulan tersebut akan menggetarkan molekul-molekul dan menyebabkan molekul-molekul tersebut tersusun kembali dengan sendirinya. Kadang-kadang diperlukan pukulan yang berulang-ulang.

Jika magnet dipanaskan, energi akan menyebabkan molekul cukup bergetar dan tersusun kembali dengan sendirinya.

Jika magnet diletakkan di dalam sebuah medan magnetik yang bolak-balik secara cepat, molekul-molekulnya akan teracak-acak mencoba mengikuti medan. Medan magnetik yang bolak-balik secara cepat dapat dihasilkan dengan mengubah arus. Masalah ini akan dibahas di dalam Volume 3.

MENGHILANGKAN GAYA MAGNET PADA SUATU MAGNET

Gambar 6

Magnet akan kehilangan gaya magnetiknya jika dibiarkan sendiri. Magnet kecil di dalam bahan atau material cenderung membentuk lintasan atau garis magnetiknya sendiri. Bahan penahan (keeper) diperlukan untuk membantu mencegah hilangnya medan magnet ini.

Gambar 7Penahan (keeper)

ELEKTROMAGNETISMEElektromagnetisme adalah suatu bentuk magnetisme yang terjadi bila arus mengalir melalui sebuah konduktor. Elektromagnetisme dihasilkan oleh gerakan atau perpindahan elektron. Setiap elektron sama saja dengan sebuah magnet kecil. Bila elektron bergerak ke seluruh arah di dalam sebuah konduktor, (tidak ada arus yang mengalir), maka tidak ada efek magnetik dari elektron. Tetapi bila tegangan diberikan pada konduktor tersebut, maka elektron akan mulai bergerak ke seluruh kawat/kabel dengan arah yang sama dan efek magnetik akan tampak. Magnetisme elektron, yang bergerak dengan arah yang sama, akan menghasilkan garis gaya di sekeliling konduktor.

A current of electricity (that is, a flow of electrons) always produces magnetism or magnetic lines of force. If you put a wire through a piece of cardboard, sprinkle iron filings on the cardboard, and then pass electricity through the wire, you find that the iron filings arrange themselves in circles around the wire.

Gambar 8

Serpihan besi pada cardboard menunjukkan garis gaya magnetik di sekeliling sebuah konduktor yang sedang menghantar arus listrik.

Magnetisme yang dihasilkan oleh arus listrik disebut elektromagnetisme. Alternator, regulator, motor listrik, dan koil ignition memuat kumparan (winding) yang terdiri dari banyak lilitan kawat. Winding atau koil ini menghasilkan magnetisme bila arus melewatinya. Ini sering disebut elektromagnet.

Kegunaan lain:

Relai, solenoid, pemutus arus (circuit breaker), buzzer, bell, klakson, dan regulator tegangan/arus.

Kaidah tangan kiri menunjukkan arah garis gaya magnetik di sekeliling sebuah konduktor yang melalui itu arus (atau aliran elektron) bergerak. Untuk menggunakan kaidah tangan kiri, lingkari konduktor tersebut dengan jari-jari tangan kiri, dengan ibu jari menunjuk arah aliran arus (elektron). Kami mengasumsikan bahwa arus elektron, atau aliran elektron bergerak dari negatif ke positif. Jari-jari yang melekuk akan menunjuk ke arah garis gaya melingkari konduktor.

Bila banyak lilitan kawat menyelimuti lilitan koil atau kumparan dan arus dialirkan melalui koil tersebut, garis gaya yang terjadi disekeliling lilitan kawat tersebut kemudian akan membuat suatu medan magnet. Anda dapat mendemonstrasikan aksi ini dengan melilitkan pada sebuah cardboar untuk membuat sebuah koil. Jika anda menghubungkan koil ini ke sebuah baterai, lalu taburkan serbuk besi tersebut akan bergerak dengan pola yang tampak seperti pola mengelilingi sebuah magnet batang magnetik.

Jika menggunakan kaidah tangan kiri (Teori Elektron) pada koil, kita dapat mengetahui kutub selatan dan kutub utara. Tempatkan tangan di sekeliling koil dengan posisi dimana jari-jari anda menunjuk ke arah aliran arus (asumsikan aliran arus dari negatif ke positif). Maka ibu jari menunjuk ke arah kutub utara koil. Koil sedang menghasilkan magnetisme secara elektrikal dan disebut elektromagnet.

Gambar 9Mendemonstrasikan medan magnetik di sekeliling sebuah elektromagnet.

Gambar 10Kaidah tangan kiri menunjukkan kutub utara sebuah elektromagnet.

Elektromagnet yang dibahas pada paragraf-paragraf terdahulu mempunyai inti udara (air core). Yaitu, ini atau ruang di dalam koil terdiri udara. Jika kita memasukkan sepotong besi ke dalam koil atau melilitkan koil pada sepotong besi, koil tersebut akan mempunyai ini udara. Dengan ini besi dan besaran arus yang sama yang mengalir pada koil, kita akan mengetahui bahwa koil akan menerima lebih banyak efek magnetik.

Soal-soal latihan

Usahakan menjawab soal-soal berikut ini tanpa membaca materi di dalam modul. Jika anda merasa kurang mengerti tentang soal-soal tersebut, bacalah kembali materi tersebut dan cobalah menjawab kembali soal-soal tersebut. Jangan lupa memasukkan satuan pada jawaban anda.

Setelah menyelesaikan soal-soal latihan, bandingkan kembali jawaban anda dengan kunci jawaban pada halaman berikutnya.

1.Dua kutub yang sama (utara dan selatan, misalnya): (a) saling menarik (b) cancel out (c) saling menolak.

2.Jika anda menyelubungi sebuah koil elektromagnetik dengan tangan anda dengan posisi dimana ibu jari anda menunjuk ke kutub utara koil, keempat jari tangan anda akan menunjuk ke arah: (a) kutub selatan (b) aliran arus (c) terminal minus.

3.Garis gaya magnetik: (a) bersifat real (b) bersifat imajiner (c) dapat dirasakan (d) dapat dilihat.

4.Garis gaya magnetik dapat dipengaruhi oleh:

a.garis gaya yang lain

b.adanya bahan lain di dalam medan fluks magnetik

c.jenis bahan di dalam medan fluks magnetik

d.semua jawaban diatas benar

5.Inti besi mempunyai ________________ ( relaktansi, permeabilitas, ketanahan) yang lebih besar.

6.Garis gaya pada bagian dalam sebuah magnet bergerak dari: (a) sisi ke sisi (b) kutub utara ke selatan (c) kutub selatan ke utara (d) kutub selatan ke selatan

7.Ruang atau daerah di sekitar magnet disebut: (a) ruang (b) repulsi (c) medan magnetik

8.Arus listrik selalu menghasilkan magnetisme. Benar atau Salah

9.Garis gaya bukan merupakan karakteristik yang penting dari magnet. Benar atau Salah

10.Arus listrik selalu menghasilkan garis gaya magnetik. Benar atau Salah

Kunci Jawaban

1.c. tolak menolak

2.b. aliran arus

3.b. imajiner

4.d. semua jawaban diatas benar

10Tanggal Revisi: 3/27/01 Hdm 315

Diterjemahkan oleh: Izhar Muhammad NuhLo2

Divalidasi oleh Awan Raswan & Agus Haryono

_879672804.doc

_879672805.doc

_880027630.doc

_879672803.doc