TINJAUAN PUSTAKA
2.4 Induksi magnet pada Solenoida
Solenoid adalah kawat panjang dengan banyak loop seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.1 lilitan Solenoide pada ka wat
Setiap loop kawat akan menghasilkan medan magnet seperti pada gambar
a. Dan medan magnet total didalam solenoid adalah jumlahan dari setiap magnet yang dihasilkan oleh setiap loop kawat tersebut. Jika loop kawat sangat dekat (rapat) medan magnet didalam solenoid adalah paralel kecuali diujung-ujung solenoid seperti gambar b.
Untuk menghingtung medan magnet dalam solenoid, kita ambil satu lintasan dari persegi panjang abcd seperti gambar dibawah.
Sehingga, 0I
Medan magnet pada segmen ab adalah kecil sekali (mendekati nol) karena berada diluar solenoid sehingga ( ab∞ 0. Medan magnet pada segmen bc dan
da adalah nol karena arah lintasan (segmen) adalah tegak lurus terhadap arah medan magnet dalam solenoid. Dari pemikiran tersebut terlihat bahwa medan magnet hanya berasal dari segmen cd yang panjangnya = l. Jadi :
( cd = µ 0I
= µ 0NI
Arus yang mengalir pada kawat adalah I. Jadi arus yang mengalir pada setiap kawat adalah juga = I. sehingga pada lintasan yang ditinjau (yaitu persegi panjang) abcd, jumlah arus yang lewat adalah NI, dimana N adalah jumlah loop pada lintasan. Jadi , = µ 0NI. Jika n = N/l. atau jumlah loop persatuan panjang, maka medan magnet dalam solenoide adalah: = µ 0nI. (Pratama Iwan).
Solenoide merupakan salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar dari pada diameternya. Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid.
Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:
0. ………(2.3)
` Keterangan : = adalah kuat medan magnet,
= adalah permeabilitas ruang kosong, = adalah kuat arus,
Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian panjangnya di dalam solenoide, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam solenoid saat arus dialirkan. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas, membuka pintu, atau mengoperasikan relai.
Kelistrikan dan kemagnetan telah lama dikenal. Namun para ilmuwan belum mengetahui bahwa ada hubungan antara keduanya. Hubungan keduamya baru diketahui ketika Hans Christian Oersted menunjukkan bahwa kompas yang berada di bawa kawat konduktor berarus akan menyimpang. Besarnya induksi magnet pada kawat konduktor lurus berarus yang panjang tak berhingga dituliskan secara matematis B = µ i/ 2πa. Dimana B adalah induksi magnet (T), i adalah arus (A) dan a adalah jarak dari kawat konduktor (m).
Salah satu cara yang paling praktis untuk menciptakan medan magnet yang dikendalikan adalah untuk membangun solenoide. Sebuah solenoid adalah silinder panjang pada kumparan seperti kawat. Ketika arus dialiri melalui kawat, medan magnet dibuat dalam bentuk silinder. Solenoide biasanya memiliki panjang beberapa kali diameternya. Kawat adalah di sekitar bagian luar silinder panjang dalam bentuk heliks dengan lapangan kecil. Medan magnet dibuat di dalam silinder cukup seragam, terutama jauh dari ujung solenoid.
Gambar2.2 : Solenoide silinder panjang pada kumparan seperti ka wat.
Di dalam solenoid ada kawat bermotor melingkar dengan cara yang khusus (lihat gambar di atas). Ketika dialiri arus listrik melalui kawat ini (energi), maka terjadi
R x θ θ dBy dB dBx P X ȓ dl z x dBx
medan magnet. Pada Poros solenoide ada piston seperti silinder terbuat dari besi atau baja, yang disebut pendorong.
2.5 Solenoide.
Solenoide merupakan induktor yang terdiri dari gulungan kawat yang kadang di dalamnya dimasukkan sebuah batang besi berbentuk silinder dengan tujuan memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Solenoida digunakan dalam banyak perangkat elektronika seperti bel pintu atau pengeras suara.secara skematik gambar solenoida ada lah sebagai berikut ;
Gambar 2.3 : Medan magnet pada titik P sejauh x dari sumbuh sebuah ka wat lingkaran berarus listrik.
Solenoida terdiri dari N buah liltan kawat berarus listrik I , dimana medan magnet yang dihasilkan memiliki arah seperti pada gambar ,dimana kutub utara magnet mengikuti aturan tangan kanan 1.
-x x
R
X2
P
Gambar 2.4 :Solenoide dengan banyaknya lilitan n
Besarnya medan magnet yang dihasilkan pada sebuah titik P pada sumbu didalam solenoida adalah sebagai jumlah dari medan magnet yang dihasilkan sebuah kawat berbentuk lingkaran dengan x yang berubah sehingga dari persamaan berikut :
...(2.4)
Diperoleh………...………(2.5)
jika solenoida sepanjang L maka dapat dibentangkan dari –x1 sampai x2seperti pada gambar berikut :
Dengan panjang L, solenoida yang terdiri dari N buah lilitan maka jumlah lilitan persatuan panjang sebut saja n adalah n = N/L . Maka jika kita jumlahkan seluruh lilitan sebanyak ndx, kita harus melakukan integrasi untuk seluruh dx dari –x1 ke x2. :
………(2.6)
Dari hasil bentuk integral ini dapat dilihat pada tabel- tabel integral baku pada buku kalkulus, dimana berlaku :
………...…(2.7) Sehingga: ………...………(2.8) ………...…(2.9)
Sehingga medan magnet ditengah sumbu solenoida adalah :
………...……(2.10)
Jika jari-jari solenoida R maka dapat dianggap jauh lebih kecil dari X1 dan X2, maka suku pertama dalam kurung pada persamaan terakhir dapat didekati :
Demikian juga suku kedua sehingga :
………...…(2.12)
Dengan demikian dapat diperoleh kuat medan magnet untuk solenoida dengan jumlah lilitan persatuan panjang n adalah :
0. ………...(2.13)
Untuk menurunkan medan magnet di dalam solenoida dari persamaan diatas dapat dilakukan melalui hukum Ampere.
2.6 Efek Histerisis
Hysteresis adalah ketergantungan sebuah sistem, tidak hanya pada keadaannya sekarang, tetapi juga pada keadaannya pada masa lalu. Ketergantungan ini muncul karena sistem tersebut dapat berada di lebih dari satu kondisi internal. Untuk mengira-ngira perubahan berikutnya, baik kondisi internal maupun sejarahnya harus diketahui.
Bila sebuah masukan yang diberikan naik dan turun secara bergantian, keluarannya akan cenderung membentuk sebuah ikal di Gbr. Dibahah. Bagaimanapun, ikal-ikal juga terjadi karena keterlambatan dinamis antara masukan dengan keluaran. Seringkali, efek ini mengacu kepada histeresis. Efek ini menghilang saat masukannya berganti secara perlahan, jadi para ahli tidak menganggap hal itu sebagai histeresis sebenarnya. Histeresis terjadi di bahan-bahan feromagnetik dan feroelektrik, seperti pada deformasi bahan-bahan-bahan-bahan (seperti karet gelang) dalam merespon berbagai gaya. Di sistem alami, histeresis selalu dihubungkan dengan perubahan termodinamika tak-terbalikkan. Banyak sistem buatan didesain untuk mempunyai histeresis, contohnya, di termostat dan pemicu Schmitt, histeresis dibuat oleh umpan balik positif untuk menghindari peralihan cepat yang tidak diinginkan.
Bahan magnetik yang sangat baik untuk mendesain sebuah inti kumparan adalah dari ferromagnetik/ferrimagnetik karena bahan tersebut memiliki momen magnetik yang sangat kuat. Untuk menyearahkan momen- momen kedaerah weiss besarnya kuat medan (H) yang berhubungan dengan kerapatan fluks sangat ( B ) berpengaruh pada inti kumparan tersebut.
Histerisis adalah suatu kondisi dimana sebuah momen magnet bahan merupakan fungsi magnetik yang berubah – ubah . dimana dalam menyearahkan momen magnet ke daerah weiss menggunakan dua cara yaitu dengan gaya magnetisasi dalam dan gaya magnetisasi luar.
Apabila kita menggunakan gaya magnetisasi dari luar dan gaya magnetisasi yang tersebut dikurangi maka momen magnetiknya akan kembali kearah magnetisasi yang terdekat dengan medan yang dipergunakan. Tetapi jika tidak menggunakan gaya magnetisasi dari luar maka momen magnetik akan mengarah ke daerah weiss secara alamiah dan arahnya akan berasosiasi dengan struktur kristal.
Jika kuat medan ( H ) semakin kuat maka penyearahan momen akan semakin berhasil, tetapi akan mengakibatkan perubahan nilai yaitu anatara nilai B dan H tidak berbanding lurus. Dengan adanya gaya magnetisasi itu merupakan gejala dimana momen mengalami “ gesekan “ yaitu perubahan arah momen dan pergeseran batas daerah weiss. Pergeseran batas daerah weiss itu terhambat karena momen – momen tersebut saling kait – mengkait atau saling tersangkut. Karena hal tersebut diatas maka menimbulkan grafik yang tidak berupa garis lurus dan disebut dengan liku histerisis.
Apabila medan ( H ) diturunkan maka medan ( B ) tidak ikut menurun secara sebanding, ini akibat “ gesekan “ tersebut diatas sehingga medan magnet B cenderung bertahan . jika medan ( H ) dinaikkan atau diturunkan baik kearah positif atau kearah negatif maka perbedaan nilainya dapat kita lihat dengan grafik, grafik tersebut dapat kita lihat melalui lingkaran histerisis dbawah ini.
-H1 d 0 iH2 H1 -H2 O1 O2 O3 B1 B2 b c a -B2 -B1 e Medan pemagnet H
Gambar 2.6 : lingkar Histerisis
Pada gambar diatas dapat kita amati dengan tanda anak panah yaitupada saat rangkaian magnet dalam meghasilkan fluks mengalami penambahan maka intensitas medan magnet juga mengalami penambahan sesuai perubahan dari +H1 ke –H1. Apabila siklus ini dilewatkan rangkaian beberapa kali, maka kerapatan fluks magnet yang dihasilkan +B1 ke –B1 dan merupakan sebuah fungsi yang bernilai tidak tunggal terhadap nilai H.
Gambar 2.7 : Induktansi pada kurva Histerisi
Variasi harga B dengan H adalah yang mengelilingi simpal a1, b, c, d,e ,f,a1,jika medan pemagnet H1 dihilangkan maka sejumlah magnet sisa (remanent) yang sama dengan titik 0b. Untuk menghilangkan remanent maka medan pemagnet H harus dibalik (dinegatifkan) disebut dengan medan kohersif pada titik 0c. (Ishaq mohamad,2007).