Selasa, 05 Juni 2012

Kemagnetan



Pernahkah kamu dikejutkan oleh gaya aneh yang kamu rasakan ketika kamu mendekatkan dua buah magnet batang? Gejala ini disebut kemagnetan. Kamu mungkin tidak menyadari bahwa magnet berperan penting dalam kehidupan sehari-hari. Pada saat kamu memegang magnet di dekat pintu kulkas, kamu merasakan gaya tarik ke pintu tersebut. Ketika tanganmu lebih mendekat lagi, magnet tersebut akan menempel ke pintu. Kamu tidak dapat melihat bagaimana cara magnet tersebut bekerja, namun kamu dapat merasakan gaya tarik tersebut dan bahkan memanfaatkannya.
Tahukah kamu bahwa bel di sekolah menggunakan magnet? Magnet digunakan secara luas dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari bel sekolah, tape recorder, kulkas, sampai kunci mobil. Pengetahuan tentang kemagnetan akan membantu kamu memahami bagaimana peralatan listrik tersebut bekerja.
A. Pengaruh Magnet
Kemagnetan adalah suatu sifat zat yang teramati sebagai suatu gaya tarik atau gaya tolak antara kutub-kutub tidak senama atau senama. Gaya magnet tersebut paling kuat di dekat ujung-ujung atau kutubkutub magnet tersebut. Semua magnet memiliki dua kutub magnet yang berlawanan, utara (U) dan selatan (S). Apabila sebuah magnet batang digantung maka magnet tersebut berputar secara bebas, kutub utara akan menunjuk ke utara.
Bahan Magnetik.
Jika kamu mendekatkan sebuah magnet pada sepotong kayu, kaca, alumunium, atau plastik, apa yang terjadi? Ya, kamu betul jika kamu mengatakan tidak terjadi apa-apa. Tidak ada pengaruh apa pun antara magnet dan bahanbahan tersebut. Di samping itu, bahan-bahan tersebut tidak dapat dibuat magnet. Tetapi, bahan-bahan seperti besi, baja, nikel, dan kobalt bereaksi dengan cepat terhadap sebuah magnet. Seluruh bahan tersebut dapat dibuat magnet. Mengapa beberapa bahan mempunyai sifat magnetik sedangkan yang lain tidak?
Secara sederhana kita dapat menge-lompokkan bahan-bahan menjadi dua kelompok. Pertama adalah bahan magnetik, yaitu bahan-bahan yang dapat ditarik oleh magnet. Kedua adalah bahan bukan magnetik, yaitu bahanbahan yang tidak dapat ditarik oleh magnet.
Bahan magnetik yang paling kuat disebut bahan ferromagnetik. Nama tersebut berasal dari bahasa Latin ferrum yang berarti besi. Bahan ferromagnetik ditarik dengan kuat oleh magnet dan dapat dibuat menjadi magnet. Sebagai contoh, jika kamu mendekatkan sebuah magnet pada sebuah paku besi, magnet akan menarik paku tersebut. Jika kamu menggosok paku dengan magnet beberapa kali dengan arah yang sama, paku itu sendiri akan menjadi sebuah magnet. Paku tersebut akan tetap berupa magnet meskipun magnet yang digunakan menggosok tersebut telah dijauhkan.
Bahan-bahan magnetik tersebut dapat dibagi menjadi dua macam.
a. Bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya yang kuat. Bahan ini misalnya besi, baja, kobalt dan nikel.
b. Bahan paramagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan gaya yang lemah. Bahan ini misalnya aluminium, platina, dan mangaan.
Sedangkan bahan yang tidak ditarik oleh magnet digolongkan sebagai bahan diamagnetik misalnya bismut, tembaga, seng, emas dan perak.
Beberapa bahan, seperti besi lunak, mudah dibuat menjadi magnet. Tetapi bahan tersebut mudah kehilangan kemagnetannya. Magnet yang dibuat dari bahan besi lunak seperti itu disebut magnet sementara. Magnet lain dibuat dari bahan yang sulit dihilangkan kemagnetannya. Magnet demikian disebut magnet tetap.
Kobalt, nikel, dan besi adalah bahan yang digunakan untuk membuat magnet tetap. Banyak magnet tetap dibuat dari campuran aluminium, nikel, kobalt dan besi. Gambar 7.3 memperlihatkan bermacam-macam bentuk magnet.
Kutub Magnet
Semua magnet mempunyai sifat-sifat tertentu. Setiap magnet, bagaimanapun bentuknya, mempunyai dua ujung di mana pengaruh magnetiknya paling kuat. Dua ujung tersebut dikenal sebagai kutub magnet. Kutub magnet yang bila digantung menunjuk arah utara disebut kutub utara (U), dan sebaliknya disebut kutub selatan (S). Magnet dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran meliputi magnet batang, tapal kuda, dan cakram seperti diperlihatkan pada Gambar 7.3.
Jika dua magnet saling didekatkan, mereka saling mengerahkan gaya, yaitu gaya magnet. Gaya magnet, seperti gaya listrik, terdiri dari tarik-menarik dan tolakmenolak. Jika dua kutub utara saling didekatkan, kedua kutub tersebut akan tolak-menolak. Demikian juga halnya jika dua kutub selatan saling didekatkan. Namun, jika kutub utara salah satu magnet didekatkan ke kutub selatan magnet lain, kutub-kutub tersebut akan tarik-menarik. Aturan untuk kutub-kutub magnet tersebut berbunyi: Kutub-kutub senama akan tolak-menolak dan kutubkutub tidak senama akan tarik-menarik. Bagaimana aturan ini bila dibandingkan dengan aturan yang memaparkan perilaku muatan listrik?
Kutub magnet selalu ditemukan berpasangan, kutub utara dan kutub selatan. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua buah, dihasilkan dua magnet yang lebih kecil masing-masing mempunyai satu kutub utara dan satu kutub selatan. Prosedur ini dapat diulang-ulang, namun selalu dihasilkan sebuah magnet lengkap yang terdiri dari dua kutub.
Terjadinya Kemagnetan
Sifat-sifat magnetik suatu bahan bergantung pada struktur atomnya. Para ilmuwan mengetahui bahwa atom memiliki sifat-sifat magnetik. Sifat-sifat magnetik tersebut disebabkan gerak elektron dalam atom-atom tersebut. Oleh karena itu, tiap atom di dalam suatu bahan magnetik adalah seperti sebuah magnet kecil yang disebut magnet atom. Dalam keadaan normal, atom-atom tersebut menunjuk ke semua arah secara acak sehingga kemagnetan mereka saling menghilangkan seperti ditunjukkan pada Gambar 7.6a. Agar sebuah benda secara keseluruhan bekerja sebagai magnet, sebagian besar atom-atom dalam benda tersebut harus menunjuk arah yang sama. Ketika atom-atom tersebut menunjuk pada arah yang sama, gaya magnetik tiap atom bergabung menjadi gaya magnetik yang lebih besar, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.6b.
Medan Magnet
Meskipun gaya magnet paling kuat terdapat pada kutub-kutub magnet, gaya tersebut tidak terbatas hanya pada kutub. Gaya magnet juga terdapat di sekitar bagian magnet yang lain. Daerah di sekitar magnet tempat gaya magnet bekerja disebut medan magnet.
Sangat membantu jika kamu memikirkan medan magnet sebagai suatu daerah yang dilewati oleh garisgaris gaya magnet. Garis gaya magnet menentukan medan magnet sebuah benda. Seperti halnya garis-garis medan listrik, garis-garis gaya magnet dapat digambar untuk memperlihatkan lintasan medan magnet tersebut. Garis medan magnet berkeliling dalam lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan dari sebuah magnet. Suatu medan magnet yang diwakili oleh garis-garis gaya yang terentang dari satu kutub sebuah magnet ke kutub yang lain, merupakan suatu daerah tempat bekerjanya gaya magnet tersebut.
Gambar 7.8 memperlihatkan garis-garis gaya yang terdapat di antara kutub-kutub senama dua buah magnet batang. Pola serbuk besi memper-lihatkan kutub-kutub senama tolak-menolak. Gambar 7.9 memperlihatkan garis gaya magnet yang terdapat di antara kutub-kutub taksenama dua buah magnet batang. Pola serbuk besi memperlihatkan kutub-kutub tidak senama tarik menarik.
Bumi Memiliki Sifat Magnet
Mengapa satu kutub dari sebuah magnet batang yang digantung dengan benang selalu menunjuk ke arah utara dan satu kutub yang lain selalu menunjuk ke selatan? Kutubkutub magnet tersebut pada mulanya diberi nama sematamata untuk memaparkan arah kutub-kutub tersebut di atas permukaan Bumi. Diberi nama kutub utara karena kutub magnet tersebut menghadap ke kutub utara Bumi. Demikian juga halnya dengan kutub selatan magnet.
Orang pertama yang mengajukan jawaban atas pertanyaan di atas adalah ahli fisika Inggris yang bernama William Gilbert. Pada tahun 1600, Gilbert berpendapat bahwa Bumi itu sendiri merupakan sebuah magnet. Ia meramalkan kelak akan ditemukan bahwa Bumi memiliki kutub-kutub magnet.
Teori Gilbert itu ternyata benar. Kutub magnet Bumi akhirnya ditemukan. Sekarang, para ilmuwan mengetahui bahwa Bumi berperilaku seperti kalau ia mempunyai sebuah magnet batang yang terkubur jauh di dalam pusat Bumi.
Bumi memiliki garis-garis gaya magnet dan dikelilingi oleh medan magnet yang paling kuat di dekat kutub magnet utara dan selatan.
Asal mula sebenarnya dari medan magnet Bumi belum sepenuhnya dipahami. Diyakini bahwa medan magnet tersebut berkaitan dengan inti dalam Bumi, yang hampir seluruhnya merupakan besi dan nikel.
Kompas
Jika kamu pernah menggunakan kompas, kamu mengetahui bahwa jarum kompas selalu menunjuk ke arah utara. Jarum kompas merupakan sebuah magnet. Ia mempunyai sebuah kutub utara dan sebuah kutub selatan. Kutub utara jarum kompas menunjuk ke Kutub Utara Bumi.
Dimanakah tepatnya letak kutub utara tersebut? Seperti yang telah kamu pelajari, kutub-kutub magnet yang senama tolak-menolak dan kutub-kutub magnet yang tak-senama tarik-menarik. Sehingga kutub magnet Bumi ke arah mana kutub utara sebuah kompas menunjuk harus merupakan kutub selatan magnetik. Dengan kata
lain, kutub utara sebuah jarum kompas menunjuk ke arah kutub utara Bumi, yang sebenarnya merupakan kutub selatan magnet Bumi. Hal yang sama berlaku untuk kutub selatan Bumi, yang sebenarnya merupakan kutub utara magnet.
Kutub-kutub magnet Bumi tidak tepat berimpit dengan kutub-kutub Bumi seperti diperlihatkan pada Gambar 7.12. Ilmuwan telah menemukan bahwa kutub selatan magnet Bumi terletak di timur laut Kanada, kurang-lebih berjarak 1500 kilometer dari kutub utara Bumi. Kutub utara magnet Bumi terletak dekat Antartika. Perbedaan sudut antara sebuah kutub magnet Bumi dan sebuah kutub Bumi disebut sudut deklinasi. Besar deklinasi tersebut tidak sama untuk semua tempat di Bumi ini. Di dekat ekuator, sudut deklinasi tersebut kecil. Semakin dekat dengan kutub, sudut tersebut semakin besar. Sudut deklinasi ini harus diperhitungkan pada saat menggunakan sebuah kompas. Disamping membentuk sudut dengan kutub Bumi, jarum kompas juga membentuk sudut dengan bidang datar. Jarum kompas tidak selalu sejajar dengan bidang datar. Hal ini berarti garis-garis gaya magnet Bumi tidak selalu sejajar dengan permukaan Bumi.
Sudut kemiringan yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap bidang datar tersebut disebut inklinasi. Besar sudut inklinasi tidak sama pada semua tempat di Bumi. Di dekat garis khatulistiwa, sudut inklinasi tersebut sama dengan nol. Semakin dekat dengan kutub, sudut inklinasinya semakin besar.
Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik
Selama bertahun-tahun Hans Cristian Oersted, seorang guru fisika dari Denmark, mempercayai ada suatu hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan, namun dia tidak dapat membuktikan secara eksperimen. Baru pada tahun 1820 dia akhirnya memperoleh bukti.
Oersted mengamati bahwa ketika sebuah kompas diletakkan dekat kawat berarus, jarum kompas tersebut menyimpang atau bergerak, segera setelah arus mengalir melalui kawat tersebut. Ketika arah arus tersebut dibalik, jarum kompas tersebut bergerak dengan arah sebaliknya. Jika tidak ada arus listrik mengalir melalui kawat tersebut, jarum kompas tersebut tetap diam. Karena sebuah jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh suatu medan magnet, Oersted menyimpulkan bahwa suatu arus listrik menghasilkan suatu medan magnet.
Lihatlah Gambar 7.13a. Ketika kompas-kompas kecil tersebut diletakkan di sekitar penghantar lurus yang
tidak dialiri arus listrik, jarum-jarum kompas tersebut sejajar (semuanya menunjuk ke satu arah). Keadaan ini memperlihatkan bahwa jarum kompas tersebut hanya dipengaruhi oleh medan magnet Bumi. Ketika penghantar lurus tersebut dialiri arus listrik dengan arah ke bawah (tegangan positif baterai terhubung pada ujung atas penghantar), jarum-jarum kompas tersebut membentuk arah tertentu (Gambar 7.13b). Arah jarum kompas tersebut jika dihubungkan satu dengan lainnya akan membentuk lingkaran yang arahnya searah dengan jarum jam. Ketika arah arus tersebut dibalik, arah medan magnet tersebut juga terbalik (Gambar 7.13c). Dengan demikian suatu arus listrik yang mengalir melalui sebuah kawat menimbulkan medan magnet yang arahnya bergantung pada arah arus listrik tersebut. Garis gaya magnet yang dihasilkan oleh arus dalam sebuah kawat lurus berbentuk lingkaran dengan kawat berada di pusat lingkaran. Besarnya medan magnet tersebut berbanding lurus dengan besar arus listrik dan panjang kawat.
Kaidah tangan kanan dapat digunakan untuk menentukan arah medan magnet sekitar penghantar lurus yang dialiri arus listrik.Arah ibu jari tangan kanan menunjukkan arah arus listrik. Jari-jari tangan yang melingkari penghantar tersebut menunjukkan arah medan magnet. Gambar 7.14a memperlihatkan garis medan magnet sekitar kawat dengan arus yang melaluinya. Gambar 7.14b memperlihatkan bahwa dengan menambahkan lilitan kawat untuk membuat kumparan akan menimbulkan lebih banyak garis medan magnet, akibatnnya medan magnet menjadi lebih kuat. Ketika inti besi dimasukkan kedalam koil demikian dan arus dilewatkan melalui koil, maka terbentuk magnet sementara yang kuat yang disebut elektromagnet. Inti besi menjadi sebuah magnet. Salah satu ujung koil bekerja seperti kutub utara dan ujung lain seperti kutub selatan Kekuatan medan magnet dapat ditingkatkan dengan menambah lebih banyak lilitan pada koil dan dengan menaikkan arus yang melalui kawat.
Magnet mempengaruhi serbuk besi. Demikian juga kawat yang dialiri arus listrik. Ketika kawat dililitkan pada sebuah paku, pola serbuk besi seperti pola yang dibentuk oleh magnet batang. Ini memperlihatkan hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan. Medan magnet selalu mengelilingi arus listrik.
Medan magnet solenoida dapat diperkuat dengan memperbesar jumlah belitan atau besar arus yang mengalir melalui kawat tersebut. Namun peningkatan medan magnet terbesar diperoleh dengan menempatkan sepotong besi di tengah-tengah solenoida tersebut. Medan magnet solenoida tersebut memagnetisasi atau mengatur arah seluruh magnet atom dari besi tersebut. Medan magnet yang dihasilkan sama dengan jumlah dari medan magnet kumparan dan medan magnet besi. Medan magnet ini dapat ratusan bahkan ribuan kali lebih besar daripada kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan sendirian.
Gaya Magnet pada Penghantar Berarus yang Berada di dalam Medan Magnet
Kamu telah mengetahui bahwa suatu arus listrik dapat memberikan suatu gaya pada sebuah magnet, misalnya sebuah kompas. Kamu juga telah mengetahui bahwa gaya selalu terjadi dalam pasangan. Apakah medan magnet memberikan suatu gaya pada suatu penghantar berarus listrik?
Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan percobaan pada Gambar 7.16. Sebuah penghantar ditempatkan di dalam medan magnet antara kutub-kutub magnet U. Pada Gambar 7.16a, ketika arus dialirkan melalui penghantar tersebut, penghantar akan bergerak ke atas. Pada Gambar 7.16b, jika arah arus dibalik,
penghantar bergerak ke bawah. Maka jawabannya adalah ya. Suatu medan magnet memberikan suatu gaya pada sebuah kawat yang dialiri arus. Gaya yang menyebabkan penghantar tersebut bergerak ke atas dan ke bawah ini disebut gaya Lorentz.
Arah arus listrik, medan magnet, dan gaya tersebut dapat ditentukan dengan menggu-nakan aturan tangan kiri seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.17.
Penggunaan Elektromagnetik
Galvanometer
Gambar 7.19 memperlihatkan tipe multimeter yang biasa digunakan oleh para teknisi. Gambar 7.19a memperlihatkan amper-volt-ohmmeter (AVO) analog, sedangkan Gambar 7.19b memperlihatkan multimeter digital. Kedua tipe multimeter tersebut mampu mengukur tegangan, arus, dan hambatan.
AVO analog tersebut bekerja berdasarkan prinsip kumparan putar. Alat lain yang bekerjanya mirip AVO analog salah satunya adalah galvanometer. Konstruksi galvanometer tersebut diperlihatkan pada Gambar 7.20. Galvanometer memiliki kumparan putar yang dihubungkan ke rangkaian listrik sedemikian rupa sehingga kumparan tersebut dapat berputar dalam suatu medan magnet yang berasal sebuah magnet tetap. Ketika arus mengalir melalui kumparan tersebut, gaya magnet menyebabkan kumparan tersebut berputar. Sebuah jarum penunjuk dipasang pada kumparan tersebut sehingga memungkinkan pembacaan pada skala. Besar simpangan jarum tersebut bergantung pada besar arus yang mengalir di dalam kumparan.
Motor Listrik-Dari Energi Listrik Menjadi Energi Mekanis Apakah kamu pernah menggunakan kipas angin listrik untuk mendinginkan ruangan? Kipas angin tersebut menggunakan motor listrik. Motor listrik adalah peralatan yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Motor listrik itulah yang memutar baling-baling kipas angin. Putaran balingbaling tersebut mendorong udara ke arah kamu sehingga kamu merasa sejuk.
Sebuah motor bekerja berdasarkan prinsip yang sama dengan sebuah galvanometer, kecuali tidak dilengkapi pegas sehingga kumparan tersebut dapat terus berputar pada satu arah.Memperlihatkan diagram motor listrik sederhana. Untuk menjaga agar koil (kumparan) tetap berputar, kita harus membalik arah arus dalam koil pada saat yang tepat. Dalam motor arus searah, arus dibalik setiap setengah putaran oleh komutator yang tampak seperti cincin tembaga yang terbelah menjadi dua bagian. Diagram memperlihatkan arus dari baterai yang melalui kontak sikat ke setengah bagian komutator.
Gunakan hukum tangan kiri untuk kawat yang dekat dengan kutub Utara dari magnet.
Apakah kamu menjumpai bahwa kawat ini bergerak ke atas, sehingga koil berputar searah jarum jam?
Ketika koil berputar sampai 90o (sehingga koil vertikal), arus berhenti mengalir sebab pemisah di komutator memutus rangkaian. Tetapi, koil tetap berputar disebabkan momentumnya. Ketika sikat terhubung lagi, komutator dan koil telah berubah posisi sehingga kawat yang sekarang dekat dengan kutub Utara mempunyai arus yang arahnya menuju ke kita. Ini berarti bahwa gaya pada kawat tersebut adalah ke atas dan koil masih berputar searah jarum jam. Dengan demikian, komutator menjamin bahwa kawat manapun pada diagram yang dekat dengan kutub Utara, ia selalu mempunyai arus yang arahnya menuju ke kita dan kawat tetap berputar searah jarum jam.
Bel Listrik
Bel listrik juga bekerja dengan menerapkan elektromagnet. Bel listrik sederhana diperlihatkan pada Gambar 7.23. Elektromagnet tersebut terdiri dari dua silinder besi lunak. Sekitar silinder tersebut dililitkan kawat. Satu ujung kawat dihubungkan ke baterai, ujung kawat lainnya dihubungkan ke pegas.
Ketika baterai dihubungkan, arus mengalir melalui sekrup menuju pegas, melewati kumparan dan kembali ke baterai. Ketika arus melewati kumparan, inti besi silinder tersebut akan menjadi magnet. Inti besi ini akan menarik jangkar, yang menyebabkan pemukul menumbuk bel dan terjadilah bunyi. Ketika pemukul menumbuk bel, kontak pegas dan sekrup, terputus menyebabkan arus listrik putus. Arus berhenti mengalir, inti besi kehilangan kemagnetannya. Jangkar kembali menempel ke pegas. Ketika ini terjadi, arus mengalir kembali, membuat besi lunak tersebut menjadi magnet lagi. Proses ini berulangulang, yang menyebabkan pemukul bergetar dengan cepat menumbuk bel yang menghasilkan suara bel listrik.


Relai merupakan alat elektromekanik yang bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik. Relai menggunakan sebuah elektromagnet untuk membuka maupun menutup satu kontak atau lebih. Kontak relai yang terbuka ketika relai tidak dialiri arus disebut kontak normal terbuka (normally open = NO). Sebaliknya, kontak relai yang tertutup ketika relai tidak dialiri arus disebut kontak normal tertutup (normally closed = NC).
Gambar 7.24 memperlihatkan bagian-bagian pokok dari sebuah relai. Ketika kumparan tidak dialiri arus, kontak bersama terhubung dengan ujung NC. Ketika kumparan tersebut dialiri arus, elektromagnet tersebut akan menarik plat besi sehingga kontak bersama tersebut terhubung ke ujung NO.

B. Induksi Elektromagnetik
Jika kemagnetan dapat dihasilkan dari listrik, dapatkah listrik dibuat dari kemagnetan? Bekerja secara terpisah, pada tahun 1831, ilmuwan Inggris yang bernama Michael Faraday dan ilmuwan Amerika yang bernama Joseph Henry menemukan bahwa menggerakkan sebuah kawat pada medan magnet akan menginduksikan arus listrik dalam kawat tersebut. Memasukkan dan mengeluarkan magnet kedalam kumparan kawat dapat juga menghasilkan arus. Penemuan penting ini mempunyai banyak kegunaan.
Tegangan Induksi
Untuk menghasilkan arus listrik dari medan magnet, Faraday menggunakan peralatan yang ditunjuk-kan pada Gambar 7.26. Kumparan sebelah kiri dihubungkan ke baterai. Ketika arus mengalir melalui kawat, dihasilkan medan magnet. Kuat medan magnet diperbesar oleh inti besi, sebagai sebuah elektromagnet. Faraday berharap bahwa arus searah akan menghasilkan arus pada kumparan sebelah kanan. Tetapi bagaimanapun kuatnya arus searah yang digunakan, Faraday tidak memperoleh hasil seperti yang diinginkan. Medan magnet tersebut tidak menghasilkan arus pada kumparan kedua.
Bila arus dari baterai diubah-ubah dengan menyambung dan memutuskan saklar secara cepat dan berulang-ulang, maka jarum galvanometer menyimpang. Hal ini berarti ada arus yang mengalir pada kumparan kedua. Sebaliknya bila saklar disambung begitu saja meskipun ada arus dari baterai, tetapi tidak menyebabkan jarum galvanometer menyimpang.
Bila arus listrik diubah-ubah dengan mengatur saklar maka medan magnet yang ditimbulkan akan berubahubah pula besarnya. Perubahan medan magnet ini menginduksi timbulnya arus listrik di kumparan kedua. Arus listrik ini disebut arus induksi. Proses menghasilkan arus dengan perubahan medan magnet disebut induksi elektromagnetik.
Faraday melakukan beberapa percobaan tentang induksi elektromagnet. Salah satunya adalah dia menggerakkan sebuah magnet dekat lingkaran kawat tertutup, seperti diperlihatkan pada Gambar 7.27. Apa yang diperoleh ketika magnet tidak digerakkan adalah tidak ada arus dalam kawat tersebut. Tetapi ketika magnet digerakkan, arus diinduksikan dalam kawat tersebut. Arah arus bergantung pada arah gerakan magnet. Pada percobaan lain dia memegang magnet dan meng-gerakan rangkaian kawat, seperti diperlihatkan pada Gambar 7.28. Dalam hal ini arus juga diinduksikan.
Satu ciri umum pada semua percobaan Faraday adalah medan magnet yang berubah. Bukan menjadi masalah bagaimana cara medan magnet berubah, apakah magnet yang digerakkan ataukah rangkaiannya yang digerakkan. Yang penting adalah terdapat perubahan medan magnet. Arus listrik akan diinduksikan dalam rangkaian yang didekatkan ke medan magnet yang berubah.
Berdasarkan percobaan Faraday diketahui bahwa tegangan listrik yang diinduksikan oleh medan magnet bergantung pada tiga hal berikut:
1. Jumlah lilitan. Semakin banyak lilitan pada kumparan, semakin besar tegangan yang diinduksikan.
2. Kecepatan gerakan medan magnet. Semakin cepat garis gaya magnet yang mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi.
3. Jumlah garis gaya magnet. Semakin besar jumlah garis gaya magnet yang mengenai konduktor, semakin besar tegangan induksi.
Generator
Sebuah generator sederhana terdiri dari lilitan kawat yang diletakkan pada batang atau as yang dapat berputar. Lilitan kawat tersebut, yang dihubungkan ke sumber energi mekanis, ditempat-kan di antara kutubkutub magnet. Ketika lilitan kawat diputar oleh sumber energi mekanis, lilitan tersebut bergerak melewati medan magnet. Dengan demikian lilitan melintasi perubahan medan magnet (garis gaya magnetik terpotong). Hasilnya adalah arus induksi pada kawat.
Ketika lilitan kawat terus berputar, kawat bergerak paralel dengan garis gaya magnetik. Pada tahap ini, medan tidak berubah dan tidak ada garis gaya magnetik terpotong, sehingga tidak dihasilkan arus induksi. Rotasi selanjutnya menggerakkan lilitan pada posisi di mana garis gaya magnetik terpotong lagi. Tetapi kali ini, garis gaya terpotong dari arah yang berlawanan. Ini berarti arus induksi pada arah yang berlawanan juga. Karena arus listrik berubah pada tiap rotasi, arus yang dihasilkan adalah arus bolak-balik.
Jika kamu mempunyai sepeda yang memiliki generator (dinamo) kecil yang menempel pada roda, maka kamu adalah sumber energi mekanis untuk generator tersebut. Agar lampu sepeda menyala, knob pada generator diletakkan sedemikian rupa sehingga knob menyentuh roda. Ketika kamu menggerakkan pedal sepeda, kamu memberi energi mekanis untuk memutar roda. Roda lalu memutar knob. Knob dilekatkan ke tangkai didalam generator. Tangkai memutar lilitan kawat melintasi medan magnet. Apa yang terjadi ketika roda sepeda berhenti berputar?
Listrik di Rumahmu
Apakah kamu mempunyai generator di rumahmu yang memberikan semua kebutuhan listrik yang kamu perlukan? Mungkin tidak. Kamu memperoleh listrik dari pembangkit listrik, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.31. Generator ini jauh lebih rumit daripada generator yang dibahas di atas.
Diperlukan sumber energi mekanis untuk memutar kumparan. Kumparan biasanya dihubung-kan ke turbin. Turbin adalah roda besar yang diputar oleh dorongan air, angin maupun uap. Generator mengubah energi mekanis ini menjadi energi listrik yang disalurkan ke rumahmu.
Transformator
Transformator adalah alat untuk menaikkan dan menurunkan tegangan bolak-balik. Transformator bekerja dengan prinsip arus dalam salah satu kumparan menginduksikan arus dalam kumparan lain. Transformator sederhana dibuat dari dua kumparan kawat yang dililitkan pada inti besi lunak, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.32. Satu kumparan disebut kumparan primer dan kumparan lain disebut kumparan sekunder. Ketika arus bolak-balik melewati kumparan primer, terbentuk medan magnet yang berubah-ubah sebagai akibat arus bolak-balik. Medan magnet ini menghasilkan proses induksi elektromagnetik yang menimbulkan arus di dalam kumparan sekunder.
Efisiensi Transformator
Inti besi dan kumparan transformator mengubah sebagian energi listrik menjadi energi panas. Itulah sebabnya mengapa ketika transformator bekerja, terdapat panas pada transformator tersebut. Tujuan transformator tidak untuk menghasilkan panas, tetapi memindahkan energi dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Karena itu panas yang dihasilkan oleh transformator merupakan kerugian.
Efisiensi transformator yang dinyatakan dalam prosentasi dihitung dengan rumus:
Pada contoh di atas, perbedaan antara daya yang diterima dan daya yang dikirim hilang dalam transformator. Seperti yang diperl ihatkan pada Gambar 7.38, daya yang diserap oleh transformator dianggap sebagai kerugian daya.

Beri Penilaian

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar