KEMAGNETAN

Asal-usul Kemagnetan

• Kata magnet berasal dari kata magnesia,magnesia, yang merupakan nama suatu daerah di Asia Kecil, dimana ditemukannya batu besi lebih dari 2000 tahun yang lalu.

• Bangsa Cina sudah menggunakan petunjuk arah kompas magnetik dalam pelayaran kira-kira mulai tahun 1200.

MAGNETApa itu magnet???

Coba perhatikan gambar berikut.

Magnetik Non Magnetik

MAGNET• Benda yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja

• Penggolongan bahan secara makroskopik

• Bila ditinjau secara mikroskopik ( atom ) maka bahan dapat digolongkan menjadi 3 :

1. Ferromagnetik Bahan-bahan yang ditarik kuat oleh magnet.Contoh : Besi, Baja, Nikel, Cobalt, Alcomag.

2. ParamagnetikBahan-bahan yang ditarik lemah oleh magnetContoh : Alluminium, Platina, Kayu

3. DiamagnetikBahan-bahan yang ditolak lemah oleh magnetContoh : Bismut, Seng, Emas, Tembaga.

• Penggolongan bahan secara mikroskopik

Bentuk magnet yang dibuat terdiri atas beberapa macam, yaitu:

1.Magnet batang2.Magnet jarum3.Magnet silinder4.Magnet U ( ladam )

Berdasarkan jenis bahan yang digunakannya, magnet dibedakan menjadi empat tipe yaitu :

1.1. Magnet permanen campuranMagnet permanen campurana.a. Magnet alcomak (campuran besi dan aluminium)Magnet alcomak (campuran besi dan aluminium) keras dan keras danb.b. Magnet alnico (campuran besi dan nikel) Magnet alnico (campuran besi dan nikel) memiliki gaya memiliki gayac.c. Magnet triconal (campuran besi dan cobalt) Magnet triconal (campuran besi dan cobalt) tarik sangat kuattarik sangat kuat2.2. Magnet permanen keramik (magnadur)Magnet permanen keramik (magnadur)

Terbuat dari serbuk ferit, bersifat keras dan memiliki daya tarik kuatTerbuat dari serbuk ferit, bersifat keras dan memiliki daya tarik kuat3.3. Magnet besi lunak (stalloy)Magnet besi lunak (stalloy)

Terbuat dari 96 % besi dan 4 % silikon, sifat kemagnetannya tidak keras dan Terbuat dari 96 % besi dan 4 % silikon, sifat kemagnetannya tidak keras dan sementarasementara

4.4. Magnet pelindung (mumetal)Magnet pelindung (mumetal)Terbuat dari 74 % nikel, 20 % besi, 5 % tembaga dan 1 % mangan, magnet ini tidak keras Terbuat dari 74 % nikel, 20 % besi, 5 % tembaga dan 1 % mangan, magnet ini tidak keras

dan sifatnya sementara dan sifatnya sementara

Sifat-sifat magnet.1 Arah Utara

Arah Selatan

Arah Utara

Arah Selatan

Arah Utara

Arah Selatan

Magnet yang dapat berputar bebas secara horisontal selalu menunjuk arah utara - selatan

Magnet MenimbulkanMagnet MenimbulkanMedan Magnetik di SekitarnyaMedan Magnetik di Sekitarnya

• Medan magnetik adalah suatu daerah

yang masih dapat dipengaruhi oleh

gaya magnet.

• Garis-garis gaya magnet atau fluks

magnetik adalah garis-garis yang

menggambarkan adanya medan

magnetik.

Sifat garis-garis gaya magnetikSifat garis-garis gaya magnetik

• Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.• Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara

magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.• Tempat yang garis-garis gaya magnetnya rapat Tempat yang garis-garis gaya magnetnya rapat

menunjukkan medan magnetnya kuat, sebaliknya tempat menunjukkan medan magnetnya kuat, sebaliknya tempat yang garis-garis magnetiknya renggang menunjukkan yang garis-garis magnetiknya renggang menunjukkan medan magnetnya lemah.medan magnetnya lemah.

2. Magnet memiliki dua kutub yaitu

Kutub Utara dan kutub Selatan

Arah Utara

Arah Selatan

Ujung magnet yang dapat berputar secara horisontal dan selalu menunjuk arah Utara dinamakan Kutub Utara

Ujung magnet yang dapat berputar secara horisontal dan selalu menunjuk arah Selatan dinamakan Kutub Selatan

Magnet BumiKita bayangkan seandainya magnet Bumi berbentuk batang

……………………………………….

…………………………………………

……………………………………………

3. Gaya tarik magnet yang terkuat pada kutub – kutubnya.

4.

• Kutub yang tidak sejenis bila didekatkan saling tarik menarik

• Kutub yang sejenis bila didekatkan saling tolak menolak

Teori Magnet

• Magnet elementer adalah magnet-magnet kecil yang menjadi penyusun suatu magnet

Magnet elementer

Perbedaan baja yang bersifat magnet dengan baja bukan magnet

Baja magnet memiliki susunan magnet elementer teratur

Baja bukan magnet memiliki susunan magnet elementer tidak teratur

BAJA MAGNET BAJA BUKAN MAGNET

Perbedaan sifat kemagnetan baja dengan besi

Baja bersifat magnet tetap karena magnet elementernya sukar berputar

Besi bersifat magnet sementara karena magnet elementernya mudah berputar

Cara membuat magnet

1. Dengan menggosok

• Ujung yang lepas dari penggosokan membentuk kutub yang berlawanan dengan kutub yang digunakan untuk menggosok

2. Mengalirkan arus listrik dc( Elektromagnet )

• Kutub-kutub magnet yang

terbentuk dapat ditentukan dengan aturan genggaman tangan kanan

kutub Utara

arah arus listrik• Arah arus listrik ditunjukkan

oleh arah ke empat jari• Ibu jari menunjuk kutub utara

Induksi ( Imbas ) Mendekatkan magnet

• Besi menjadi magnet pada saat didekati magnet

U

SU

SUS

US

Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan

Menghilangkan sifat magnet

• DIPANASKAN• Dipukul-pukul• Dijatuh-jatuhkan• Didalam medan listrik

Magnet yang dipanaskan partikel-partikel penyusun magnet menerima tambahan energi yang dapat membuat getaran partikelnya semakin cepat. Jika getaran partikel semakin cepat dapat menyebabkan susunan magnet-magnet elementernya menjadi berubah dan tidak teratur, yang berarti magnet kehilangan sifat magnetnya .

Medan magnet

• Ruang disekitar magnet yang masih dipengaruhi gaya magnet

Medan magnet dapat ditunjukkan dengan serbuk besi yang

ditaburkan di sekitar magnet ……………………………………………

……………………………………………

……………………………………………

……………………………………………

Garis-garis lengkung yang dibentuk serbuk besi dinamakan garis – garis gaya magnet.

Ketentuan garis – garis gaya magnet.

1. Garis – garis gaya magnet keluar dari kutub utara menuju kutub selatan

2. Antara garis – garis gaya magnet tidak saling berpotongan

3. Daerah yang garis – garis gaya magnetnya rapat menunjukkan medan magnetnya kuat, daerah yang garis – garis gaya magnetnya renggang menunjukkan medan magnetnya lemah

Pola garis – garis gaya magnet pada dua kutub yang berdekatan

1. kutub utara magnet dengan kutub utara magnet

2. kutub selatan magnet dengan kutub selatan magnet

3. kutub utara magnet dengan kutub selatan magnet

Kemagnetan Bumi

• Magnet jarum kompas selalu menunjuk arah utara selatan membuktikan bumi bersifat magnet

Arah Utara

Arah Selatan

Kutub Utara Bumi Kutub Selatan Magnet Bumi

Kutub Selatan BumiKutub Utara Magnet Bumi

Magnet Jarum Kompas

Sudut Deklinasi• Penyebab terjadinya

sudut deklinasi Karena letak kutub – kutub magnet bumi tidak berhimpit dengan letak kutub – kutub bumi

• Sudut penyimpangan magnet jarum kompas dari arah utara selatan bumi yang sebenarnya

Arah Utara

Arah Selatan

Utara

Selatan

Utara

Selatan

B T B T

Sudut Deklinasi +Jika kutub utara magnet menyimpang ke timur

Sudut Deklinasi –Jika kutub utara magnet menyimpang ke barat

Sudut Inklinasi • Sudut yang dibentuk magnet jarum dengan garis horisontal

• Penyebab terjadinya sudut inklinasi karena medan magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi

Garis horisontal

Garis horisontal

Gar

is h

oris

onta

lGaris horisontal

Sudut Inklinasi

Sudut inklinasi 90o terjadi di daerah kutub -kutub bumi

Sudut inklinasi 0o terjadi di daerah katulistiwa ( ekuator magnet bumi )

Garis horisontal Garis horisontal

Sudut inklinasi positifJika kutub utara menyimpang ke bawah

s

u

Sudut inklinasi negatifJika kutub utara menyimpang ke atas

s

u

ELEKTROMAGNET

• Disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet

Percobaan Oersted

• Penyimpangan kutub utara disekitar kawat berarus listrik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan

Arah arus listrik

Arah

penyimpangan

kutub utara

magnet jarum

Medan magnet disekitar kawat lurus berarus listrik

Arah arus listrik

Arah medan magnet

Menentukan arah medan magnet disekitar kawat lurus berarus listrik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan

Ketentuan.• Arah arus listrik

ditunjukkan oleh arah ibu jari

• Arah medan magnet ditunjukkan oleh arah ke empat jari

Arah arus listrik

Arah medan magnet

Arah medan magnet disekitar kawat melingkar berarus listrik

Arah Arus Listrik

Arah Medan Magnet

Medan magnet pada solenoida

US

Cara Memperkuat kemaknetan pada Elektromagnet

• Menambah jumlah lilitan• Memperbesar kuat arus listrik• Memberi inti besi

Alat – alat produk teknologi sehari hari yang menggunakan konsep elektromagnet

• Bel Listrik Interuptor

Elektromagnet

Bel

Pemukul

Besi lunak

Pegas

Prinsip kerja ketika saklar ditutup maka arus lisrik mengalir pada elektromagnet sehingga elektromagnet menjadi magnet, kemudian besi lunak ketarik dan pemukul memukul bel , menghasilkan bunyi, saat besi lunak ketarik maka listrik terputus pada interuptor sehingga elektromagnet tidak menjadi magnet dan pegas mengembalikan posisi besi lunak keatas dan menyentuh interuptor arus listrik mengalir.

Telepon

Elektromagnet

Diafragma

Besi

Diafragma

Alluminium

Kotak

Carbon

Serbuk

Carbon

Magnet

batang

Mikropon

TELEPON

Prinsip kerja ketika anak berbicara di depan mikropun diafragma alluminium bergetar menyebabkan serbuk karbon tertekan-tekan, yang menyebabkan nilai hambatan serbuk karbon berubah-ubah sehingga menyebabkan arus listrik yang dialirkan pada elektromagnet pada telepun juga berubah-ubah, yang menyebabkan kekuatan kemagnetan pada elektromagnet juga berubah-ubah sehingga menggetarkan diafragma besi hingga menghasilkan bunyi

Relai • Alat dengan arus listrik kecil dapat digunakan untuk

memutus dan menghubungkan arus yang besar

∞

Sumber Tegangan AC

Sumber tegangan dc

Gaya Lorentz• Gaya yang muncul pada kawat berarus listrik yang

berada di dalam medan magnet

B

I

F

BF

I

Arah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan

Besar Gaya Lorentz

• Besar gaya Lorentz sebanding dengan kuat medan magnet, panjang kawat dan kuat arus listrik.

• F = B I ℓ• F = gaya Lorentz N ) • B = kuat medan magnet ( Tesla )• I = kuat arus listrik ( A )• ℓ = panjang kawat ( m )

Alat yang menggunakan prinsip gaya lorentz

• Motor listrik

B

F

I B

F

I

KomutatorSikat carbon

Kumparan

Magnet

G

Induksi elektromagnetik adalah gejala munculnya ggl induksi dan arus listrik induksi pada suatu penghantar akibat perubahan jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan

Apa yang membuat jarum galvano menyimpang ?

Bagaimana hal itu dapat terjadi ?

G

G1G0

Apa yang terjadi dengan jarum galvanometer saat penghantar digerakkan memotong garis – garis gaya magnet ?

Apa yang terjadi saat penghantar digerakkan searah garis – garis gaya magnet ?

Jika ada penyimpangan jarum galvanometer dapat menjelaskan ada apa pada ke dua ujung penghatar yang dihubungkan pada galvanometer

mengapa jarum galvanometer tidak dapat menyimpang ?

Jika jarum galvanometer tidak menyimpang menjelaskan pada kedua ujung penghantar yang dihubungkan dengan galvanometer tidak ada apa ?

Cara menimbulkan GGL Induksi

Menggerakkan magnet masuk keluar kumparan Memutar magnet di depan kumparan

G

Memutus mutus arus pada kumparan primer yang didekatnya terdapat kumparan sekunder

Gdc

AC

Mengalirkan arus listrik bolak balik pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder.

G

Arah arus listrik induksi Arah arus lisrik induksi dapat ditentukan dengan hukum

Lents : Arah arus listrik induksi sedemikian rupa sehingga melawan perubahan medan magnet yang ditimbulkan.

G

Kutub Utara magnet bergerak mendekati kumparan

G

Arah arus listrik induksi

Kutub Utara magnet bergerak menjauhi kumparan

G

Arah arus listrik induksi

Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi

1. GGL Induksi sebanding dengan kecepatan perubahan

flug magnet.G

G

Δt

ΔΦ ε ∞

Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi

1. GGL Induksi sebanding dengan jumlah lilitan

G

G

N ε ∞

Besar GGL Induksi :1. Sebanding dengan jumlah lilitan2. Sebanding dengan kecepatan perubahan

jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan

Δt

ΔΦNε −=

(volt) induksi gglε =lilitanjumlah N =

(Weber/s)magnet gaya garisjumlah perubahan kecepatan Δt

ΔΦ =

contoh

Sebuah kumparan yang memiliki jumlah lilitan 300 lilitan bila terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet di dalam kumparan dari 3000 Wb menjadi 1000 Wb dalam setiap menitnya tentukan besar ggl induksi yang dihasilkan ?

Δt

ΔΦNε −=

volt10000ε60

2000-300ε

60

3000-1000300ε

=

−=

−=

A

CB

D

B

Saat penghantar pada sisi AB berputar 90o sampai di A1B1 maka penghantar AB memotong garis-garis gaya magnet sehingga pada penghantar AB muncul arus listrik induksi

Arah arus listrik induksi pada penghantar AB dapat ditetukan sebagai berikut :

Karena penghantar bergerak berlawanan arah jarum jam maka arus listrik induksi harus menghasilkan gaya yang searah jarum jam untuk melawan gerak penghantar. Arus listrik mengalir dari B1 ke A1

Saat penghantar pada sisi A1B1 berputar 90o sampai di A2B2 maka penghantar A1B1 memotong garis-garis gaya magnet sehingga pada penghantar AB muncul arus listrik induksi

Karena penghantar bergerak searah jarum jam maka arus listrik induksi harus menghasilkan gaya yang berlawanan arah jarum jam untuk melawan gerak penghantar. Arus listrik mengalir dari A2 ke B2

1

1

F

B

I

F1

I1

F2

I2

2

2

Generator AC

Generator DC

A

CB

D

B

1

1

I1

F1

Saat penghantar pada sisi AB berputar 180o, penghanta AB memotong garis-garis gaya magnet sehingga pada penghantar AB muncul arus listrik induksi Arah arus listrik induksi pada penghantar AB dapat ditetukan sebagai berikut :Karena penghantar bergerak berlawanan arah jarum jam maka arus listrik induksi harus menghasilkan gaya yang searah jarum jam untuk melawan gerak penghantar. Arus listrik mengalir dari B1 ke A1Arus terputusPenghantar CD menenpai posisi AB dengan arah putaran yang sama arus tetap mengalir ke atas, sehingga aah arus tetap pada satu arah.

Alat-alat yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik1. Dinamo AC

MagnetCincin luncur

Sikat karbon

Kumparan

V

t

Bentuk gelombang AC

2. Dinamo dc

Magnet

KomutatorCincin belah

Sikat karbon

Kumparan

Bentukgelombang dcV

t

3. Dinamo Sepeda

Roda dinamo

Sumbu dinamo

Magnet

Inti besi

kumparan

4. Transformator

• Bagian utama Transformator

Kumparan primer

Kumparan sekunder

Inti besi

Kumparan primer

Kumparan sekunder

Inti besi

Sumber Tegangan AC

Alat untuk mengubah tegangan bolak-balik ( AC )

Jenis Transformator1. Transformator step up

Ciri – ciri

Penaik Tegangan

Ns > Np

Vs > Vp

Is < Ip

2. Transformator step down

Ciri – ciri

Penurun Tegangan

Ns < Np

Vs < Vp

Is > Ip

Np NsVp Vs

Np NsVp Vs

Persamaan TransformatorPada trnasformator jumlah lilitan transformator sebanding dengan tegangannya.

Vs

Vp

Ns

Np =• Np = Jumlah lilitan primer• Ns = Jumlah lilitan sekunder• Vp = Tegangan primer• Vs = Tegangan sekunder

Transformator ideal jika energi yang masuk pada transformator sama dengan energi yang keluar dari transformator

Wp = WsVp. Ip . t = Vs . Is . t

Ip

Is

Vs

Vp =• Is = kuat arus sekunder

• Ip = kuat arus primer

Np NsVp Vs

Primer

Masukan

In Put

Dicatu

Dihubungkan pada sumbertegangan

Sekunder

Keluar

Out Put

Hasil

Dihubungkan pada lampu

Lampu

ContohSebuah transformator

memiliki jumlah lilitan primer dan sekunder

adalah 6000 lilitan dan 200 lilitan jika kumparan primer

transfomator diberi tegangan 240 volt maka tegangan yang dihasilkan transformator adalah

6000 Vs = 240 V. 200

JawabVp

Vs=

Np

Ns240 V

Vs=

6000

200

240 V. 200

6000=Vs

8 volt=Vs

Efisiensi Transformator Efisiensi Transformator adalah perbandingan energi yang

keluar dari transformator dengan energi yang masuk pada transformator

x100%Wp

Wsη =

x100%Pp

Psη =

x100%Ip Vp

Is Vsη =

η = Efisiensi transformatorWs = energi sekunderWp = energi primerPs = daya sekunder

Pp = daya primer

Penggunaan transformator pada transmisi energi listrik jarak jauh

Generator PLTA

30MW 10000 V

Trafo Step Up

150 kV Trafo Step down

20 kV

Trafo Step down

220 V

Transmisi energi listrik jarak jauh

1. Dengan Arus Besar 2. Dengan Tegangan Tinggi

Bila pada PLTA gambar di atas menghasilkan daya 30 MW dan tegangan yang keluar dari generator 10.000 volt akan di transmisikan jika hambatan kawat untuk transmisi 10 Ω.

V

PI =

volt10.000

watt30.000.000I =

I = 3.000 A kuat arus tinggi Daya yang hilang diperjalanan karena berubah menjadi kalor adalah

Kita tentukan kuat arus transmisi

P = I2 R = 3.0002 . 10 = 90 MW daya yang hilang besar

Kita tentukan kuat arus transmisi

V

PI =

volt150.000

watt30.000.000I =

I = 200 A kuat arus rendah

Daya yang hilang diperjalanan karena berubah menjadi kalor adalah

P = I2 R = 2002 . 10 = 0,4 MW daya yang hilang kecil

Keuntungan Transmisi energi listrik jarak jauh dengan tegangan tinggi :

1.Energi listrik yang hilang kecil

2.Memerlukan kabel yang diameternya kecil sehingga harganya lebih murah