MEDAN MAGNET DAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

1. Kemagnetan

Magnet akan saling tolak menolak atau saling tarik menarik tergantung dengan kutub yang didekatkan. Gejala yang terjadi ini meupakan gejala kemagnetan. Kemagnetan adalah suatu sifat zat yang teramati atau terlihat sebagai suatu gaya tarik atau gaya tolak antara kutub yang senama atau tidak senama. Terdapat dua kutub magnet, yaitu kutb utara ( U ) dan kutub selatan ( S ).

Pada magnet, dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bahan magnetik, yaitu bahan yang dapat ditarik oleh magnet  dan bahan bukan magnetik, yaitu baha yang tidak dapat ditarik oleh magnet. Bahan magnetik dapat dibedakan menjadi dua yaitu :

1. Bahan feromgnetik, yaitu bahan yang dapat ditarik oleh magnet dengan kuat. Contoh dari bahan ini adalah besi, baja, kobalt, dan nikel

2. Bahan paramagnetik, yaitu bahan yang ditarik oleh magnet dengan lemah. Contoh dari bahan ini adalah alumunium, mangaan, dan platina

Sedangkan bahan yang tidak dapat ditarik oleh magnet disebut dengan bahan diamagnetik. Contoh dari bahan ini adalah bismut, emas, tembaga, seng, dan perak. Magnet dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Magnet sementara, yaitu bahan yang dapat dengan mudah dibuat mennnjaaadi magnet, namun bahan tersebut mudah kehilangan kemagnetannya

2. Magnet tetap, yaitu bahan yang sulit dihilangkan kemagnetannya

Magnet dapat dibuat dengan berbagai bentuk, ukuran, dan kekuatan magnetik. Semua jenis magnet tetap memiliki kutub selatan dan kutub utara.

1. Medan Magnet

Meskipun gaya magnet terkuat ada di kutub – kutub magnet, namun gaya tersebut tidak terbatas hanya ada di kutub tersebut. Gaya tersebut juga ada di sekitar bagian magnet lainnya. Daerah di sekitar magnet tempat gaya magnet bekerja disebut dengan medan magnet. Garis gaya magnet menentukan medan magnet suatu benda. Garis medan magnet berkeliling dalam lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan dari sebuah magnet. Garis gaya magnet dapat diperlihatkan dengan menaburkan serbuk besi diatas sebuah magnet. Perbedaan garis gaya magnet pada magnet dengan kutub senama dan kutub tidak senama dapat dilihat pada gambar berikut

Penggambaran garis – garis gaya magnet menunjukkan adanya sifat kemagnetasn suatu benda, yaitu

1. Garis gaya magnet tidak pernah berpotongan

2. Makin rapat garis gaya magnet disuatu tempat, maka makin kuat medan magnet di tempat itu

3. Jumlah garis gaya ( fluks magnet ) yang keluar dari kutub utara magnet selalu sama dengan jumlah garis gaya yang masuk ke kutub selatan

4. Makin jauh daru kutub magnet, maka makin lemah medan magnet yang dimiliki benda.

Arah gaya magnet dapat dilihat pada video berikut :

Medan Magnet Bumi

Jarum kompas akan menunjukkan ke arah utara dan selatan, ketika disekitarnya tidak terdapat magnet. Hal ini meunjukkan bahwa permukaan bumi terdapat gaya magnet yang bekerja pada kutub magnet jarum kompas. Adanya magnet ini, berarti pula bahwa bumi memiliki medan magnet. Medan magnet bum dtimbulkan oleh sifat kemagnetan bumi. Karena arah jarum kompas selalu berimpit dengan arah garis gaya magnet bumi, arah yang dibentuk jarum kompas diberbagai tempat akan berbeda. Perbendaah tersebut dapat terjadi pada arah horiontal dan vertikal. Terdapat dua macam sudut yang dibentuk oleh jarum kompas, dan sudut tersebut harus diperhitungkan untuk menggambarkan arah suatu tempat. Sudut tersebut adalah :

1. Sudut deklinasi, yaitu penyimpangan arah utara – selatan kutub magnet jarum kompas terhadap arah utara – selatan kutub geografis bumi. Besarnya deklinasi dinyatakan dengan sudut antara arah utara geografis bumi dan arah utama yang ditunjukkan magnet.

2. Sudut inklinasi, yaitu kemiringan antara jarum kompas terhadap garis mendatar. Besarnya inklinasi dinyatakan dengan sudut yang terbentuk dari kemiringan tersebut.

Sudut deklinasi dan sudut inklinasi dapat diperjelas dengan gambar dibawah ini :

Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Suatu arus listrik yang mengalir melalui sebuah kawat menimbulkan medan magnet yang arahnya tergantung pada arah arus listrik tersebut. Garis gaya magnet yang dihasilkan oleh arus dalam sebuah kawat lurus berbentuk lingkaran dengan kawat berada di pusat lingkaran. Besar medan magnet tersebut berbanding lurus dengan besar arus listrik dan panjang kawat. Untuk menentukan arah medan magnet sekitar penghantar lurus yang dialiri listrik dapat mengunakan kaidah tangan kanan, seperti berikut :

Medan Magnet dalam Kumparan

Kuat medan magnet yan ditimbulka oleh sebuah lingkaran kawat biasanya relatf lemah. Pengaruh terhadap lingkungan juga rendah. Untuk mendapatkan medan magnet yang lebih besar dan kuat dapat dengan membuat lilitan kawat penghantar ( kumparan ). Kumparan yang panjang dan raat disebut dengan solenoida. Jika kumparan diarusi listrik, tiap lilitan akan menghasilkan medan magnet disekitarnya. Arah garis medan magnet melingkar mengelilingi kawat. Medan magnet yang ditimbulkan oleh satu lilitan diperkuat oleh lilitan lainnya.

Medan magnet merupakan besaran vektor sehingga penjumlahannya harus dilakukan seara vektor. Jika kumparan dibentuk oleh N buah lilitan, medan magnet ditiap lilitan merupakan penjumlahan vektor dari medan magnet ang dihasilkan masing – masing lilitan. Jika kumparan cukup panjang dan lilitan berjumlah cukup banyak, diketahui bahwa garis – garis gaya magnet hanya keluar atau masuk di ujung – ujung kumparan.

Garis gaya magnet tidak ada yang keluar atau masuk melalui permukaan kumparan. Ini berarti ujung kumparan telah berubah menjadi kutub magnet. Salah satu ujung kumparan adalah kutub utara, dan ujung satunya adalah kutub selatan. Kuat medan magnet yang dihasilkan oleh masing – masing lilitan sebangding dengan arus listrik yang mengalir dalam kumparan. Arus yang mengalir di tiap lilitan memiliki besar yang sama. Setiap lilitan menghasilkan medan magnet yang kuatnya sebangding dengan arus listrik. Medan magnet yang dihasilkan tidak terlalu besar, sehingga untuk meningkatkan medan yang dihasilkan oleh kumparan, didalam kumparan dimasukkan bahan yang mengandung magnet elementer, seperi besi, baja, kobalt, dan nikel. Bahan – bahan inilah yang dijadikan inti kumparan. Medan magnet yang dihasilkan dalam rongga kumparanakan menginduksi magnetelementer dalam bahan tersebut. Magnet elementer cenderung mengambil arah sesuai dengan arah medan magnet kumparan. Akibatnya, muncul dua sumber magnet, yaitu kumparan itu sendiri dan inti kumparan yang telah menjadi magnet. medan magnet yang dihasilkan dari inti kumparan dapat mencapai ribuan kali medan magnet yang dihasilkan kumparan tanpa inti kumparan. Magnet yang dibuat dengan cara induksi magnet disebut dengan elektromagnet.

Elektromagnet dapat dibuat menjadi berbagai macam bentuk. Caranya adalah dengan membat inti kumparan sesuai dengan bentuk yang diinginkan, baru kemudian dililiti kawat sebagai kumparannya. Berikut ini adalah beberapa aplikasi sederhana yang menggunakan elektromagnet :

1. Bel listrik

Cara kerjanya adalah ketika saklar ditekan hingga menutu rangkaian, arus mengalir dari sumber arus listrik ( biasanya berupa baterai ) menuju interuptr. Kemudian, arus menuju pegas baja dan selanjutnya menuju ke kumparan besi U. Adanya arus listrik yang mengalir melalui kumparan mengakibatkan besi U berubah menjadi magnet dan menarik besi lunak yang dilekatkan pada pegas baja. Tertariknya besi lunak beserta pegas baja mengakibatkan pegas baja bel hingga berbunyi

2. Relai

Cara kerja relai adalah ketika ada arus lemah pada kumaran, inti besi lunak menarik lempeng. Lempeng yang bergerak pada poros akan menghubungkan saklar. Akibatnya, terjadi ragkaian tertutup. Jika arus listrik lemah diputuskan, saklar menjadi terputus. Akibatnya rangkaian terbuka

3. Pesawat telepon

Prinsip kerja telepon adalah mengubah gelombang suara yang merupakan gelombang mekanik menjadi getaran – getaran listrik. Prosesnya, ketika seseorang berbicara, maka gelombang suara dapat menggetarkan selaput alumunium. Akibatnya serbuk karbon menjadi tertekan. Tekanan pada karbon menyebabkan hambatan serbuk menjadi kecil sehingga sinyal listrik dapat mengalir melalui rangkaian. Proses tersebut terjadi dalam pesawat mengirim. Sinyal listrik yang dihasilkan oleh pesawat pengirim diterima oleh pesawat penerima. Sinyal tadi diubah menjadi tekanan – tekanan suara. Proses pengubah itu berlangung dengan cara, akibat sinyal listrik yang diterima oleh elektromagnet, selaput besi yang ada di dalam pesawat penerima akan tertarik atau terdorong. Tertatik atau terdorongnya selaput besi akan membuatnya bergetar dan menghasilkan sura yang sama dengan tekanan suara yang dikirim secara jelas dan cepat.

Gaya Magnet pada Penghantar Berarus Listrik

Gaya magnet pada penhantar berarus listrik pertama kali diamati oleh Hendrik Antoon Lorentz. Lorentz mendapati bahwa besarnya gaya magnet sebanding dengan kuat medan magnet, kuat arus listrik, dan panjang kawat. Gaya magnet juga bergantung pada sudut yang dibentuk antara arah aliran arus listrik dengan arah medan magnet. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Namun posisi tangan tida tergenggam tapi terbuka.

Induksi Elektromagnetik

Faraday menyimpulkan, meskipun medan magney yang tetap tidak menghasilkan arus listrik, namun perubahan medan magnet dapat menghasilkan arus listrik. Arus klitrik yang dihasilkan oleh perubahan medan magnet disebut arus induksi atau arus imbas. Proses timbulnya arus listrik akibat perubahan medan magnet disebut induksi elektromagnetik.

Kumparan dijaga agar tetap diam. Jika medan magnet digerakkan, tidak ada arus yang mengalir melalui kumparan tersebut. Namun jika magnet digerakkan mendekati kumparan, maka arus mengalir. Jika magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka arah arus yang timbul berlawanan dari yang sebelumnya. Hal ini menunjukkan arus induksi yang timbul pada kumparan tergantung pada perubahan medan magnet. Perubahan medan magnet pada kumparan juga dapat dihasilkan jika kumparan digerakkan.

Genertor

Sebagian besa energy listrik yang digunakan sehari – hari dihasilkan oleh generator. Generator memanfaatkan induksi elektromagnetik untuk menghasilkan listrik. Generator menghasilkan listrik melalui gerak putar kumparan di dalam medan magnet. Pada saat kumparan berputar, kumoparan memotong garis gaya magnet. Setelah kumparan berputar  putaran, sisi kumparan melintas di dekat kutub magnet yang berlawanan dengan semula, menyebabkan arah arus induksi berubah. Sebagai hasilnya arah arus yang dihasilkan kumparan tersebut berubah – ubah. Arus yang dihasilkan generator tersebut disebut arus bilak – balik atau arus AC ( Alternaring Current ). Memutar generator dilakukan dengan cara misal pada generator kecil, generator untuk lampu sepeda, energy untuk memutar berasal dari putaran roda sepeda.

Transformator

Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak – balik. Transformator dapat berfungsi berdasarkan prinsip arus bolak – balik pada suatu kumoaran dan menghasilkan arus induksi pada kumparan kedua. Traformator sederhana terdiri atas dua kumparan kawat, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada arus bolak – balik melalui kumparan primer, kumparan tersebut dan inti besi menjadi sifat magnet. Karena arusnya bolak balik, maka medan magnet yang dihasilkan juga berubah. Perubahan medan magnet ini menghasilkan arus induksi pada kumparan sekunder. Arus induksi yang terjadi pada kumparan sekunder menunjukkan pada ujung – ujung kumparan sekunder terjadi beda potensial. Jika beda potensial pada kumparan sekunder lebih besar dibandingkan dengan kumparan primer, maka transformator tersebut adalah transformator penaik tegangan ( step up ). Sebaliknya jika beda potensial pada kumoparan sekunder lebih kecil dibandingkan dengan kumparan primer, maka transformator tersebut adalah transformator penurun tegangan ( step down ).

Besar beda potensial pada kumparan sekunder tergantung pada jumlah lilitan sekunder dibandingkan dengan lilitan pada kumparan primer. Semakin banyak lilitan pada kumparan sekunder, maka beda potensial pada kumparan sekunder semakin besar., sebaliknya semakin sedikit lilitan pada kumparan sekunder, maka beda potensial pada kumparan sekunder  juga semakin kecil.

Hubungan biologi dan kemagnetan

Hubungan biologi dan kemagnetan disebut dengan biomagnetisasi. Hewan mempunyai kemampuan biomagnetisasi, yang pada umumnya mampu mendeteksi sebuah rangsangan fisikal yang tak lazim, seperti bunyi ultrasonik, arus elektron, dan pengkutuban cahaya. Sehingga dapat diperkirakan bahwa beberp hewan dapat mendeteksi sebuah medan magnet. Seperti kasus pada burung merpati, burung merpati diyakini menggunakan medan magnet bumi untuk mengemudikan arah jalan pulang setelah menempuh jarak yang jauh. Caranya yaitu dengan menggunakan parikel magnet yang sangat kecil, yang berada dalam paruh untuk merasakan medan magnet bumi.

Berbagi :