Home / FISIKA / SUMBER MEDAN MAGNET DAN INDUKSI MAGNET

SUMBER MEDAN MAGNET DAN INDUKSI MAGNET

Posted by Junari Sape Sabtu, 30 Maret 2013 2 komentar

SUMBER MEDAN MAGNET

DAN

INDUKSI MAGNET

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA MUHAMMADIYAH MAKASSAR

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT.karena atas berkat, rahmat dan hidayahnyalah sehingga makalah ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya.

Makalah ini berisikan tentang sumber medan magnet dan induksi magnet. Medan magnet merupakan gaya yang berada di sekitar sebuah benda magnetik atau disekitar sebuah konduktor berarus. Induksi magnetik ( B ) adalah ukuran kerapatan garis-garis medan.

Makalah ini tidak akan terselesaikan jika tanpa campur tangan dari pihak lain, olehnya itu ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya senantiasa kami haturkan kepada berbagai pihak yang telah membantu dalam penyelesaian makalah ini.

Kamipun menyadari bahwa dalam makalah ini masih banyak lubang yang terliang dan masih banyak rongga yang terengah. Oleh sebab itu kritik dan saran yang bersifat membangun senantiasa kami harapkan demi terciptanya makalah yang lebih sempurna.

Makassar, Maret 2013

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kita telah mempelajari bahwa suatu muatan menghasilkan medan listrik dan bahwa suatu medan listrik mengerahkan gaya pada muatan. Tetapi suatu medan magnetik hanya mengerahkan gaya pada muatan yang bergerak. Apakah juga benar bahwa suatu muatan menciptakan medan magnetik hanya bila muatan itu bergerak ?

Jawabannya dalam satu kata “ya”. Analisis kita akan diawali dengan medan magnetik yang diciptakan oleh sebuah muatan titik tunggal yang bergerak.

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit ) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama manisa ( sekarang berada di wilayah Turki ) dimana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.

Seperti halnya listrik, magnet juga dapat menimbulkan suatu medan yang disebut medan magnet, yaitu suatu ruang di sekitar magnet yang masih terpengaruh gaya magnetik. Pada tahun 1269, berdasarkan hasil eksperimen, Pierre de Maricourt menyimpulkan bahwa semua magnet bagaimanapun bentuknya terdiri dari dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub magnet ini memiliki efek kemagnetan paling kuat dibandingkan bagian magnet lainnya.

Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut dalam wujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.

Di sekitar kawat yang berarus listrik terdapat medan magnet yang dapat mempengaruhi magnet lain. Magnet jarum, kompas dapat menyimpang dari posisi normalnya jika dipengaruhi oleh medan magnet.

Induksi magnetik yaitu besaran yang menyatakan medan magnetik di sekitar kawat berarus listrik

B. Rumusan Masalah

· Apakah pengertian medan magnet ?

· Apa sajakah sumber medan magnet ?

· Bagaimanakah induksi magnetik pada medan magnet ?

· Bagaimanakah penerapan induksi magnetik ?

C. Tujuan

§ Untuk mengetahui pengertian medan magnet

§ Untuk mengetahui sumber medan magnet

§ Untuk mengetahui induksi magnetik pada medan magnet

§ Untuk mengetahui penerapan induksi magnetik

D. Manfaat

ü Dapat mengetahui pengertian medan magnet

ü Dapat mengetahui sumber medan magnet

ü Dapat mengetahui induksi magnetik pada medan magnet

ü Dapat mengetahui penerapan induksi magnetik

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian medan magnet

Medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet. Sementara di dalam magnet , garis-garis gaya magnet memiliki arah dari kutub selatan magnet ke kutub utara magnet. Garis-garis tersebut tidak pernah saling berpotongan. Kerapatan garis-garis gaya magnet menunjukkan kekuatan medan magnet.

Jika dua kutub yang tidak sejenis saling berhadapan, akan diperoleh garis-garis gaya magnet yang saling berhubungan. Jika dua kutub yang sejenis yang saling berhadapan, akan diperoleh garis-garis gaya magnet yang menekan dan saling menjauhi.

Kutub-kutub yang tidak sejenis ( utara-selatan ) jika didekatkan akan tarik menarik, sedangkan kutub-kutub yang sejenis ( utara-utara atau selatan-selatan ), apabila didekatkan akan tolak menolak.

B. Sumber medan magnet

1. Medan Magnetik dari Muatan Titik yang Bergerak

Apabila muatan titik q bergerak dengan kecepatan v, muatan ini akan menghasilkan medan magnet B dalam ruang yang diberikan oleh

Dengan r merupakan vektor satuan yang mengarah dari muatan q ketitik medan P, dan merupakan konstanta kesebandingan yang disebut permeabilitas ruang bebas, yang memiliki nilai

Satuan

sedemikian rupa sehingga B dalam tesla apabila q dalam coulomb, v dalam meter/detik, dan r dalam meter. Satuan N/A² berasal dari pernyataan bahwa 1 T = 1 N/A.m. konstanta 1/4π secara bebas dicakupkan dalam persamaan

Sehingga faktor 4π tidak muncul dalam hukum Ampere. Untu medan magnetik akibat muatan titik yang bergerak ini analog dengan hukum coulomb untuk medan listrik akibat muatan titik :

Kita lihat dari persamaan

Bahwa medan magnetik dari muatan titik yang bergerak memiliki karakteristik berikut :

a). Besaran B berbanding lurus dengan muatan q dan kecepatan v dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dari muatan
b). Medan magnetik adalah nol disepanjang garis gerak muatan.
c). Arah B tegak lurus terhadap kecepatan v maupun vektor r.

2. Medan Magnetik sebuah Elemen Arus : Hukum Bio – Savart

Hukum ini menerangkan hubungan matematis antara arus listrik dalam kawat dengan medan magnet yang dihasilkan. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa kontribusi induksi magnetik dB pada suatu titik P berjarak r dan bersudut Ѳ terhadap elemen penghantar dl yang dialiri arus I :

a. Sebanding dengan kuat arus I
b. Sebanding dengan panjang elemen penghantar dl
c. Sebanding dengan sinus sudut apit Ѳ antara arah arus pada dl dengan garis hubung titik P dengan dl
d. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak r antara titik P dengan elemen penghantar dl. Pernyataan di atas dapat dituliskan secara matematika dalam persaman berikut:

dengan k adalah konstanta yang memenuhi hubungan

dengan demikian dapat dinyatakan sebagai

dengan

menyatakan permeabilitas vakum yang besarnya

Wb/A m. Persamaan tersebut disebut hukum Biot – Savart

3. B Akibat Adanya Simpal Arus

Perhatikan gambar di atas, penghantar melingkar dengan jari-jari a dialiri arus I. Kita akan menentukan induksi magnetik di titik P yang berjarak r dari elemen penghantar dl berdasarkan hukum Bio – Savart atau persamaan

karena r tegak lurus terhadap dl, maka Ѳ = 90^o . persamaan di atas dapat ditulis menjadi

induksi magnetik dB dapat diuraikan menjadi 2 komponen. Komponen yang sejajar dengan sumbu lingkaran adalah dB sin α, sedangkan komponen yang tegak lurus sumbu adalah dB cos α. Komponen dB cos α akan saling meniadakan dengan komponen yang berasal dari elemen lain yang bersebrangan sehingga hanya komponen dB sin α yang masih tersisa :

4. B Akibat Adanya Arus dalam Solenoida

Penghantar yang membentuk banyak lilitan sehingga menyerupai lilitan pegas disebut kumparan atau solenoida. Solenoida yang dialiri arus listrik menghasilkan garis medan magnetik yang polanya sama dengan yang dihasilkan magnet batang. Besar induksi magnetik ini akan kita tentukan dengan hukum Ampere.

Ket : (a) Penampang irisan membujur solenoida dengan lintasan tertutup PQRS berupa segi empat

(b) Bentuk geometri untuk menentukan induksi mahnetik di titik P di dalam solenoida

Penampang irisan membujur solenoida dengan N lilitan dan dialiri arus listrik I tampak pada gambar a. Untuk solenoida ideal, induksi magnetik B di dalam solenoida arahnya sesuai dengan aturan tangan kanan sedangkan aturan tangan kanan sedangkan diluar solenoida adalah nol.

Perhatikan lintasan tertutup PQRS ! sudut Ѳ yang dibentuk oleh induksi magnetik B dengan lintasan tidak sama untuk seluruh lintasan. Untuk lintasan PQ, sudut Ѳ = 0^o, untuk lintasan QR dan SP, sudut Ѳ = 90⁰, sedangkan untuk lintasan RS, induksi magnetik B = 0. Dengan demikian persamaan:

Dapat ditulis

Jika dihitung induksi magnetik di ujung solenoida, akan diperoleh

Dari uraian di atas dapat disimpulkan besar induksi magnetik:

- Di pusat solenoida

- Di ujung solenoida

Dengan l adalah panjang solenoida

5. B Akibat Adanya Arus Dalam Kawat Lurus

Besar induksi magnetik B yang ditimbulkan oleh penghantar lurus berarus I di suatu tempat yang jaraknya a dari suatu penghantar lurus berarus adalah :

Arah induksi magnetik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan, yaitu bila tangan kanan menggenggam penghantar lurus dengan ibu jari menunjukkan arah arus listrik, maka lengkungan keempat jari lainnya menyatakan arah putaran garis-garis medan magnetik; induksi magnetik B merupakan garis singgung terhadap lingkaran garis-garis medan. Seperti gambar berikut

http://sepenggal.files.wordpress.com/2011/10/tangan-kanan-b.png?w=291&h=201

Besar induksi magnetik yang ditimbulkan oleh penghantar lurus berarus diturunkan dari hukum Biot-Savart.

Apabila hubungan diatas disubtitusikan kedalam persamaan

maka diperoleh

6. B Akibat Adanya Arus dalam Toroida

Toroida adalah kumparan yang ditekuk sehingga berbentuk lingkaran. Jika toroida dialiri arus listrik, akan timbul garis-garis medan magnetik yang berbentuk lingkaran di dalam toroida. Salah satu garis medan ini kita andaikan memiliki jari-jari a seperti gambar berikut

kita akan menentukan besar induksi magnetik di sumbu toroida dengan menggunakan hukum Ampere. Pilih suatu lintasan tertutup garis medan yang memiliki jari-jari a pada gambar diatas. Pada setiap titik sepanjang garis medan magnetik itu induksi magnetik B sama besar, dan arahnya merupakan garis singgung pada lingkaran. Pada setiap panjang dl dari lintasan tertutup, induksi magnetik B berimpit dengan dl sehingga sudut antara dl dengan B adalah Ѳ yang besarnya 0^o. Jika banyak lilitan toroida adalah N, arus listrik total didalam lintasan tertutup menjadi NI. Dengan demikian,

Ingat bahwa

=keliling = 2πa

Perhatikan bahwa induksi magnetik diluar lilitan toroida sama dengan nol. Dengan perkataan lain, induksi magnetik di titik P dan Q adalah nol.

7. Hukum Ampere

Metode lain untuk menghitung induksi magnetik yang dihasilkan oleh arus listrik adalah dengan menggunakan hukum Ampere, yang menyatakan bahwa :

Untuk semua bentuk lintasan tertutup yang mengelilingi penghantar berarus I di dalam vakum, medan magnetik yang ditimbulkan selalu memenuhi hubungan

Dengan dl adalah elemen panjang lintasan tertutup, Ѳ adalah sudut antara arah induksi magnetik B dengan dl, dan I adalah kuat arus listrik total yang dilingkupi oleh lintasan tertutup.

C. Induksi magnetik pada medan magnet

ü Fluks Magnetik ( Ф )

Konsep fluks magnetik untuk pertama kali dikemukakan oleh Michael Faraday untuk menyatakan medan magnetik. Ia menggambarkan medan magnetik sebagai garis-garis yang disebut garis medan atau garis gaya. Garis-garis medan yang semakin rapat menunjukkan medan magnetik yang semakin kuat.

Untuk menyatakan kuat medan magnetik, digunakan induksi magnetik. Induksi magnetik ( B ) adalah ukuran kerapatan garis-garis medan. Dengan demikian dapat didefenisikan bahwa fluks magnetik adalah banyaknya garis medan magnetik yang dilingkupi oleh suatu luas daerah tertentu (A) dalam arag tegak lurus. Secara matem,atik dapat dituliskan bahwa

Ф = AB_L = AB cos Ѳ

Dalam bentuk vektor, persamaan di atas dapat dinyatakan dengan perkalian titik yaitu :

Ф = A.B

ü Hukum Faraday

Telah kita ketahui bahwa sebuah baterai atau GGL akan mengalirkan arus listrik melalui suatu rangkaian tertutup. Apabila arus listrik mengalir di dalam suatu rangkaian, maka di sekitar arus tersebut akan timbul fluks magnetik.

Dari percobaan yang dilakukan oleh Faraday, diketahui bahwa GGL hasil induksi tergantung pada laju perubahan fluks magnetik yang melalui suatu rangkaian. Kesimpulan ini disebut hukum Faraday yang berbunyi :

GGL induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut

Secara matematik hukum Faraday dapat ditulis dengan persamaan

Jika perubahan fluks magnetik terjadi dalam waktu singkat ( Δt → 0 ), maka GGL induksi diberikan oleh

Dengan :

ε = GGL induksi antara ujung-ujung penghantar ( volt )

N = banyak lilitan kumparan

ΔФ = perubahan fluks magnetik ( Wb )

Δt = selang waktu untuk perubahan fluks magnetik (s)

dФ/dΔ = turunan pertama fungsi fluks magnetik terhadap waktu

ü Hukum Lenz

Telah kita ketahui bahwa beda potensial yang terjadi akibat perubahan fluks magnetik disebut GGL induksi. Apabila GGL induksi dihubungkan dengan suatu rangkaian tertutup dengan hambatan tertentu, maka mengalirlah arus listrik. Arus ini dinamakan arus induksi. GGL induksi dan arus induksi hanya ada selama perubahan fluks magnetik terjadi.

Arah arus induksi dapat ditentukan dengan hukum Lenz. Bunyi hukum Lenz adalah sebagai berikut

Jika GGL induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan mempunyai arah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang menentang perubahan medan maget (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnet totalnya konstan).

Beberapa faktor yang dapat mengakibatkan fluks magneti

· GGL induksi akibat perubahan luas bidang kumparan

I C

B l

X D

Untuk membahas perubahan luas bidang kumparan yang melingkupi garis medan magnet, kita amati perpindahan kawat CD yang panjangnya l seperti tampak pada gambar di atas. Kawat CD digeser ke kanan dengan kecepatan v yang mengakibatkan terjadi perubahan luas persatuan waktu sebesar

Kemudian untuk kumparan yang terdiri dari satu lilitan ( N = 1), berlaku huubungan:

ε = B l v

Perhatikan bahwa persamaan di atas hanya berlaku untuk B tegak lurus v. Apabila B dan v membentuk sudut Ѳ, maka:

ε = B l v sin Ѳ

· GGL Induksi akibat perubahan induksi magnetik

Bangkitnya GGL induksi akibat perubahan besar induksi magnetik merupakan prinsip kerja transformator. Kumparan primer transformator dihubungkan dengan arus bolak-balik yang kuat arusnya selalu berubah terhadap waktu sehingga besar induksi magnetik yang dilingkupi kumparan primer berubah terhadap waktu sehingga timbul GGL induksi pada kumparan sekunder.

Persamaan untuk transformator ( trafo) adalah sebagai berikutL:

Dengan:

V_s= Tegangan sekunder atau sisi beban (V)

V_p = Tegangan primer atau sisi sumber (V)

N_s= Jumlah lilitan kumparan sekunder

N_p= Jumlah lilitan kumparan primer

Kenyataan menunjukkan bahwa pada trafo selalu ada daya yang hilang sehingga daya sekunder P_s selalu lebih kecil dari daya primer P_p. Jika efisiensi trafo adalah η, dapat ditulis:

D. Penerapan induksi magnetik

1) GGL Induksi pada Generator

Bagaimanakah cara kerja sebuah generator hingga dapat menghasilkan energi listrik ? generator adalah alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya berdasarkan pada peristiwa induksi elektromagnetik. Perubahan fluks magnetik yang melalui sebuah kumparan menginduksikan arus listrik pada kumparan itu.

Jika sebuah kumparan penghantar digerakkan di dalam medan magnet dan memotong garis-garis gaya magnet, pada kumparan tersebut akan timbul GGL induksi yang memenuhi persamaan

Persamaan ini telah diperkenalkan oleh Faraday dalam menentukan GGL induksi pada sebuah kumparan.

a. Generator Arus Bolak-Balik ( AC )

Generator arus bolak-balik disebut juga alternator. Generator AC tidak memiliki komutator untuk membalik hubungan di dalam sirkuit. Sebagai gantinya pada poros kumparan terdapat dua cincin geser. Pada setiap cincin selalu menempel sebuah penghantar yang disebut sikat. Sikat ini yang menghubungkan generator ke rangkaian luar.

b. Generator Arus Searah ( DC )

Alat yang menggunakan prinsip generator arus searah disebut juga dinamo. Agar dapat menghasilkan arus dalam satu arah, digunakan cincin yang dibelah di tengah-tengahnya yang disebut dengan cincin belah atau komutator. Kumparan yang berada di antara kutub-kutub magnet dihubungkan dengan sebuah poros ke cincin belah tersebut.

2) Transformator

Alat yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik AC ini disebut transformator. Transformator terdiri atas dua kumparan primer dan kumparan sekunder yang bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik.

Pada transformator terdapat hubungan antara jumlah lilitan kedua kumparan dengan tegangan listriknya. Jika jumlah lilitan primer = N₁, jumlah lilitan sekunder N₂, tegangan primer = V₁, dan tegangan sekunder V₂, pada transformator akan berlaku persamaan

Transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik disebut transformator step-up, yaitu nilai V₂ > V₁. Adapun transformator untuk menurunkan tegangan listrik disebut transformator step-down, yaitu V₂ < V_1.

Pada transformator ideal, daya listrik yang masuk pada kumparan primer sama dengan daya listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder. Oleh karena itu, untuk transformator ideal akan berlaku

P₁ = P₂ V₁ I₁ = V₂ I₂

Dengan I₁ adalah kuat arus yang masuk pada kumparan primer dan I₂ adalah kuat arus yang dihasilkan pada kumparan sekunder.

Pada kenyataannya, daya listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder selalu lebih kecil daripada daya listrik yang masuk pada kumparan primer. Hal ini disebabkan adanya daya listrik yang berubah menjadi kalor pada kumparan tersebut.

Perbandingan daya listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder terhadap daya listrik yang diberikan pada kumparan primer disebut efisiensi transformator. Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai

x 100 % =

x 100 %

Dengan η adalah efisiensi transformator . Untuk transformator ideal, efisiensi η = 100 %.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Ø Sumber medan magnet

· Medan Magnetik dari Muatan Titik yang Bergerak

· Medan Magnetik sebuah Elemen Arus : Hukum Bio – Savart

· B Akibat Adanya Simpal Arus

· B Akibat Adanya Arus dalam Solenoida

· B Akibat Adanya Arus Dalam Kawat Lurus

· B Akibat Adanya Arus dalam Toroida

· Hukum Ampere

Ø Induksi magnetik pada medan magnet

~ Fluks Magnetik ( Ф )

~ Hukum Faraday

~ Hukum Lenz

~ Beberapa faktor yang dapat mengakibatkan fluks magnetik

Daftar Pustaka

Foster, Bob. 2003. Terpadu FISIKA SMA Kelas 3. Jakarta : Erlangga

Kamajaya. 2007. Cerdas Belajar FISIKA untuk Kelas XII. Bandung : Grafindo Media Pratama

Tipler, Paul. 1991. Fisika untuk Sains dan Tekhnik Jilid 2. Jakarta : Erlangga

TERIMA KASIH ATAS KUNJUNGAN SAUDARA

Judul: SUMBER MEDAN MAGNET DAN INDUKSI MAGNET
Ditulis oleh Junari Sape
Rating Blog 5 dari 5

Semoga artikel ini bermanfaat bagi saudara. Jika ingin mengutip, baik itu sebagian atau keseluruhan dari isi artikel ini harap menyertakan link dofollow ke http://nary-junary.blogspot.com/2013/03/sumber-medan-magnet-dan-induksi-magnet_7581.html. Terima kasih sudah singgah membaca artikel ini.