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