1

Rudi Susanto

Magnet

MAGNET

• Sifat kemagnetan telah dikenal ribuan tahun yang lalu ketika ditemukan sejenis batu yang dapatmenarik besi

• Dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan, orang telah dapat membuat magnet dari besi, bajaatau campuran logam lainnya

• Magnet banyak digunakan dalam industrielektronika seperti TV, mikropon, telepon.

• Magnet mempunyai dua kutub yaitu :

- kutub utara

- kutub selatan

(digunakan sebagai alat bantu navigasi = kompas)

2

Apakah kutub utara dan selatan bahanmagnet bisa dipisahkan?• dalam bahan magnet, molekul-molekul bahan merupakan

magnet-magnet kecil yang disebut “magnet elementer”. Karena itulah tidak mungkin memisahkan kutub utara dankutub selatan suatu bahan magnet.

3

Potongan-potongan magnet.

4

S U U S

U S U S

U S S U

Tolak Menolak

Tarik menarik

Tolak Menolak

Kutub Magnet

Medan Magnet (induksi magnet)

5

Gerak mengorbit dan gerak

spin elektron dalam atom

menimbulkan medan magnet

+

-

v

S

S

U

U

Kombinasi kedua medan

magnet bisa saling menguatkan

atau saling melemahkan dan

menghasilkan medan magnet

atom

Domain Magnetik

6

Pada besi medan magnet atomnya

sangat kuat sehingga atom-atom

besi yang berdekatan membentuk

“domain magnetik” dengan medan

magnet yang cenderung searah

Tiap domain magnetik mengandung

milyaran atom.

Di ruang sekitar bahan magnet terdapat medan magnetik. Hal

ini dapat dirasakan ketika ada magnet lain yang didekatkan, maka

magnet tersebut akan mengalami gaya tarik atau gaya tolak magnet.

Medan magnet dapat dilukiskan dengan garis-garis yang dinamakan

garis-garis gaya magnet.

Domain-domain magnetik

Garis-garis gaya magnet

1. garis-garis gaya magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutubselatan.

2. garis-garis gaya magnet tidak berpotongan satu dengan lainnya.

3. arah medan magnet di suatu titik pada garis gaya magnet adalah arahgaris singgung di titiktersebut.

7

Besaran Medan Magnet• Besar medan magnet (induksi magnet) pada suatu titik

dinyatakan dengan jumlah garis-garis gaya magnet yang menembus satuan luas bidang yang tegak lurus terhadaparah medan magnet pada titik tersebut. Jumlah garis-garisgaya magnet dinamakan fluks magnet (φ), sedang jumlahgaris-garis gaya magnet persatuan luas disebut rapat fluksmagnet atau induksi magnet , bahkan seringdisebut dengan rapat garis gaya magnet.

8

(a) Fluks magnet, (b) arah medan magnet tegak lurus terhadap normal luasan A,

(c ) arah medan magnet membentuk sudut θ terhadap nornal luasan A

Fluks magnet

• Fluks magnet (φ) secara matematis dituliskan sebagai

• B = induksi magnetA = luas bidang yang dilingkupi induksi magnet B (m2)

• Untuk bidang yang tertembus medan magnet mempunyai arahnormal membentuk sudut θ terhadap medan magnet makabesarnya fluks magnet adalah

9

Dalam sistem MKS, satuan fluks magnet adalahweber (Wb), sedang satuan induksi magnet

adalahweber/m2, disebut tesla (T). Untuk sistemCGS, fluks magnet dalam satuan Maxwell (M)

sedangrapat fluks magnet dengan satuan m/cm2 (Gauss), dengan 1 Tesla = 104 Gauss.

CONTOH

• Ada empat buah kutub magnet P, Q, R dan S. Hasilpercobaan menunjukkan bahwa kutub Pmenarik Q, kutub P menolak R dan kutub R menolak S. Bila S adalah kutub utara, tentukankutub-kutub yang lain.

• PenyelesaianS = kutub utaraKarena R menolak S, maka R mempunyai kutub yang sejenis dengan kutub S sehingga R =kutub utaraKarena P menolak R, maka P mempunyai kutub yang sejenis dengan kutub P sehingga P = kutub utaraKarena P menarik Q, maka Q mempunyai kutub yang berlawanan dengan kutub P sehingga Q =kutub selatan

10

Contoh

• Sebuah bidang A mempunyai rapat garis gayasebesar 8 x 10-4 Tesla. Bila luas bidang A = 400cm2 dan sudut antara arah normal bidang A terhadaparah garis gaya = 60o, berapakah besar fluks magnet yang menembus bidang A ?

11

ARUS LISTRIK MENGHASILKAN KEMAGNETAN

Hans Christian Oersted (1777-1851) menemukan bahwa ketika jarum kompas yang diletakkan di dekat kawat ber-arus listrik ternyata jarum menyimpang.

12

Gambar a. Garis-garis medan

di sekitar arus listrik.

Gambar b. Kaidah tangan

kanan untuk menentukan arah

medan magnet.

Kaidah tangan kanan

• Bila kita menggenggam kawat dengan tangankanan sedemikian sehingga ibu jarimenunjukkan arah arus, maka lipatan keempat jari lainnya menyatakan arah putarangaris-garis gaya magnet.

13

Contoh• Suatu kawat lurus diletakkan dengan posisi tegak lurus

terhadap bidang gambar (buku tulis). Kemana arah putarangaris-garis gaya magnet dan arah medan magnet yang ditimbulkan jika :a. arah arus masuk meninggalkan penggambarb. arah arus keluar menuju penggambar.

14

Hukum Biot Savart

• Dari pengamatan kedua orang tersebut diperolehkesimpulan bahwa besarnya induksi magnet pada suatutitik yang ditimbulkan oleh penghantar berarus listrikadalah :

1.sebanding dengan arus listrik

2.sebanding dengan panjang elemen kawat penghantar

3.berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titiktersebut terhadap elemen kawat penghantar.

4.sebanding dengan sinus sudut antara arah arusdengan garis penghubung elemen kawat ke titik yang bersangkutan

15

Hukum Biot Savart

• Dengan demikian Persamaan Biot Savart dapat dinyatakan dalamhubungan

•

•dB = induksi magnet pada suatu titik yang berjarak r dari elemenpenghantar berarus.i = kuat arus yang mengalir dalam penghantardl = panjang elemen kawat penghantar.θ = sudut yang dibentuk oleh arah arus pada elemen dengan garispenghubung elemen ke titik yang bersangkutan.r = jarak titik ke elemen kawat penghantark = konstanta.

16

MEDAN MAGNET YANG DISEBABKAN OLEH KAWAT BERARUS

17

r

IB o

2

rB

Contoh :

Dua kawat lurus panjang dan sejajar

dipisahkan pada jarak 0,5 m. Kedua kawat

dialiri arus 3 A dengan arah saling

berlawanan. Berapa besar induksi magnet di

titik P yang terletak diantara kedua kawat

dan berjarak 0,4 m dari salah satu kawat ?

Penyelesaian

18

GAYA PADA ARUS LISTRIK OLEH MEDAN MAGNET

F = IlB sin

Satuan SI untuk medan magnet B adalah Tesla (T)

1T = 1N/A.m

19

l

I

B

Contoh :

Sepenggal kawat berarus 30A,

panjang l=12cm, membentuk

sudut = 30o terhadap arah

medan magnet seragam 0,9T.

Tentukan gaya pada kawat

tersebut!

GAYA PADA MUATAN LISTRIK YANG BERGERAK DI DALAM MEDAN MAGNET

20

F = qvB sin

Contoh :

Sebuah elektron bergerak di

dalam suatu medan magnet

serba sama 0,2 Tesla. Arah

gerak elektron membuat sudut

600 terhadap arah medan

magnet. Bila gaya pada

elektron sebesar 64√3.10-14 N,

berapa besar kecepatan gerak

elektron tersebut ?

Gerak muatan dalam

medan magnet

Penyelesaian

21

PenggunaanInduksi Elektromagnetik

22

Hall effect sensor

• A Hall effect sensor is a transducer that varies its output voltage in response to a magnetic field. Hall effect sensors are used for proximity switching, positioning, speed detection, and current sensing applications

23

Generator arus bolak-balik

Contoh model generator

Prinsip Kerja Generator

Sikat-sikat

Cincin

Dinamo Sepeda ( Arus searah / DC )

Kumparan

Magnet

Ke lampu

Dinamo sepedamenggunakan rodauntuk memutarmagnet. Ggl induksiyang timbul padadinamo digunakanuntuk menyalakanlampu.

Semakin cepat rodaberputar semakinterang nyalalampunya.

Transformator ( Trafo )

Transformator adalah alat yang digunakan untukmengubah tegangan bolak-balik (AC) dari suatu nilai

tertentu ke nilai yang kita inginkan.

Prinsip Kerja Trafo

Arus bolak-balik menyebabkan terjadinya perubahan medan

magnet pada kumparan primer.

Perubahan medan magnet pada kumparan primer diteruskan oleh inti

besi lunak ke kumparan sekunder.

Perubahan medan magnetik pada kumparan sekunder

menghasilkan ggl induksi.

Persamaan Transformator

s

p

s

p

N

N

V

V

Pada transformator perbandingan jumlah lilitan padakumparan sama dengan perbandingan tegangannya.

Untuk trafo ideal dayayang hilang diabaiakansehingga berlaku : s

p

p

S

s

p

spN

N

I

I

V

VPP

V

p

Np

Ip

Ns

Is

Vs

Efisiensi transformator

30

Efisiensi transformator adalah perbandinganantara energi listrik yang keluar denganenergi listrik yang masuk. Dalam praktekefiisiensi trafo tidak pernah mencapai 100%, namun dapat mencapai 99%

Penggunaan transformator dalam kehidupansehari-hari

• Digunakan dalam alat-alat elektronika

Ada beberapa alatelektronika yang bekerjapada tegangan lebih rendahdari tegangan yang disediakan oleh PLN, danada yang bekerja padategangan yang lebih tinggi.

Untuk menyesuaikantegangan yang bekerja padaalat elektronika tersebutdiperlukan transformator.

Transmisi daya listrik jarak jauh

Transmisi daya listrik dari pembangkit listrik ke konsumenmenggunakan tegangan tinggi. Untuk itu diperlukantransformator peningkat (step-up) dan transformator penurun(step-down).

Soal trafo

Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan 10 : 2 dihubungkan ke sumber

listrik 100V untuk mennyalakan sebuah lampu 25 W. Hitunglah tegangan

listrik yang diserap oleh lampu dan kuat arus yang masuk kedalam trafo!

Diket: Np:Ns = 10:2

Vp = 100 V

Ps = 25 W

Dit. Vs = …

Ip = …

Jawab:

Np:Ns =Vp:Vs

10:2 = 100:Vs

Vs = 20 V

Pp = PsVp . Ip = Ps100 . Ip = 25Ip = 0,25 A

Vending Machine

ELECTRON GUN

MAGLEV TECHNOLOGY

Terima Kasih

37