Mengeksplorasi i rangkaian seri, paralel dan gabungan.
C. MATERI BELAJAR
1.1. SIFAT MAGNET
Sifat magnet adalah tarik menarik apabila didekatkan dua buah magnet yang tidak sejenis. Dan akan tolak menolak apabila didekatkan dua buah magnet yang sejenis.
Berdasarkan percobaan tentang kutub magnit, maka dapat dibuktikan bahwa:
“kutub magnit yang senama (sejenis) apabila didekatkan akan saling tolak menolak,dan kutub magnit yang tidak senama (tidak sejenis) akan saling tarik menarik”.
Medan magnet dan gari-garis gaya magnet sangat penting. Dengan adanya medan dan garis gaya magnet menyebabkan magnet sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, khususnya dalam menunjang pemanfaatan teknologi, seperti pada bidang Elektro dan Otomotif.
Medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada kawat penghantar apabila medan magnet bergerak berpotongan dengan kawat penghantar tersebut.
Selain itu, arus listrik yang dihasilkan oleh medan magnet yang mengalir pada sebuah penghantar dapat juga berfungsi untuk pengisian aki pada kendaraan (charge).
Kunci pokok untuk memudahkan kita dalam penggunaan magnet yaitu : Garis gaya magnet mengalir dari kutub selatan ke kutub utara
Garis gaya magnet keluar dari kutub utara masuk kembali melalui kutub selatan. 1.2. JENIS – JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET
Gaya tarikan atau tolakan bahan yang berada pada suatu medan magnit ternyata tidak sama, seperti misalnya pada besi dengan emas. Besi menarik garis-garis gaya dengan kuat sedangkan emas kurang menarik garis-garis gaya.Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa bahan-bahan di alam dapat dikelompokan menjadi tiga macam, yaitu :
1) Bahan Feromagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemgnitan yang sangat kuat atau sangat kuat menarik garis-garis gaya magnit. Contoh : Nikel, kobalt, besi, baja,dan lain-lain.
2) Bahan Paramagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemagnitan yang kurang kuat, atau kurang kuat menarik garis- garis gaya magnit. Contoh : aluminium, platina, dan lain-lain.
3) Bahan Diamagnit, yaitu bahan yang tidak memiliki sifat magnit, atau sedikit menolak garis-garis gaya magnit. Contoh : Bismuth, tembaga, emas, dan lain-lain.
Istilah bahan magnetik yang umum digunakan adalah bahan ferromagnetik, yang dapat dikategorikan menjadi 2 macam, yaitu :
1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan in banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rele, peralatan sonar atau radar.
2. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula yang disebut dengan bahan magnetik keras.Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen. Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat dari bahan dielektrik, dimana momen atom dan molekul-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti polaritas pada bahan dielektrik.
2. INDUKSI ELEKTROMAGNET
Kumparan yang dialiri arus listrik berubah menjadi magnet disebut Elektromagnet. Berbicara tentang magnet tidak terlepas dari pembicaraan tentang listrik.Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan. Misalnya: bila sebuah kompas diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang dialiri aruslistrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi tertentu seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar yang dialiri arus listrik
Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan magnet. Ini berarti bahwa gerakan kompas seperti pada percobaan di atas adalah akibat adanya medan magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.Yang dimaksud dengan elektromagnetik adalah magnet yang timbul pada suatu penghantar lurus atau kumparan pada waktu dialiri arus listrik. Seperti halnya pada magnet biasa, pada elektromagnetpun memiliki medan magnet yang timbul disebabkan oleh adanya arus listrik yang mengalir melalui suatu kawat penghantar. Untuk mengetahui bentukmedan magnet yang timbul di sekitar penghantar, dapat dilakukan dengan suatu percobaan sederhana seperti gambar dibawah ini.
Bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membuktikan adanya medan magnet diantaranya : (1) serbuk besai, (2) penghantar, (3)Kertas, (4) baterai 3 volt, (5) medan magnet yang terbentuk, (6) medan magnet yang digambarkan berupa garis.
2.1. JENIS-JENIS MAGNET
Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis.
1. Magnet tetap (permanen) Magnet tetap adalah magnet yang diperoleh dari dalam alam (penambangan). Magnet ini berupa jenis besi yang disebut Lodstone. Sifat atom magnet tetap tidak sama dengan sifat atom magnet tidak tetap. Pada bahan magnet, garis edar elektron pada atom yang satu dan lainnya membentuk formasi yang sejajar dan selalu tetap.Sedangkan pada bahan yang bukan magnet, arah garis edar elektron pada setiap atom tidak teratur.
2. Magnet tidak tetap (remanen atau buatan)
Magnet tidak tetap terdiri dari 3 (tiga) macam, yaitu : 1) Magnet hasil induksi.
Magnet hasil induksi ini dibuat dari besi atau baja. Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi magnet. Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang menyebabkan letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet sehingga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.
Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang, akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya.
Magnet hasil induksi bersifat sementara. Mengapa demikian ? Karena apabila medan magnet yang dibuat di sekitarnya dihilangkan, maka garis elektron akan kembali keposisi tidak teratur. Dengan kata lain kemagnetannya menjadi hilang.
2) Magnet hasil perlakuan listrik.
Magnet ini dibuat dari baja lunak ( baja karbon rendah ). Baja ini dipilih karena sifat baja lunak sifat kemagnetannya relatif mudah dihilangkan.Penghilangan sifat magnet ini memang diperlukan untuk hampir semua peralatan magnet hasil perlakuan listrik karena seringkali kutub-kutub magnetnya harus berubah-ubah pada kecepatan tertentu. Untuk membentuk magnet ini, diperlukan elektro-magnet (akan dijelaskan selanjutnya) sebagai bahan sumber medan magnet. Selain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihu- bungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebutmagnet listrik atau elektromagnet.
Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutub magnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan.Jika arah arus berlawanan jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengan demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.
2.2. Cara membuat medan magnit
Ada 3 (tiga) cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat medan magnet pada elektromagnet
a. Membuat inti besi pada kumparan.
Cara ini dilakukan dengan jalan meletakkan sepotong besi di dalam kumparan yang dialiri listrik. Besi tersebut akan menjadi magnet tidak tetap (buatan atau remanen). Karena inti besi menjadi magnet, maka inti besi itu akan menghasilkan medan magnet.
Dilain pihak kumparan juga akan menghasilkan medan magnet pada arah yang sama pada inti besi. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penguatan medan magnet. Penguatan medan magnet diperoleh dari penjumlahan medan magnet yang dihasilkan oleh besi dengan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan.
b. Menambah jumlah kumparan.
Tiap-tiap kumparan elektromagnet menghasilkan medan magnet. Dengan penambahan jumlah kumparan sudah tentu akan memperkuat medan magnet secara keseluruhan. Kuatnya medan elektromagnet merupakan jumlah dari medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing lilitan.
c. Memperbesar arus yang mengalir pada kumparan.
Besarnya arus yang dialirkan pada kumparan berbanding lurus dengan besarnya medan magnet. Setiap elektron yang mengalir pada penghantar menghasilkan medan magnet. Dengan demikian medan total tergantung dari banyaknya elektron yang mengalir setiap detik atau kuat medan total ditentukan oleh besarnya arus yang mengalir pada kumparan.
Berdasarkan jenis bahan yang digunakan, magnet dapat dibedakan menjadi empat tipe: 1. Magnet Permanen Campuran
Sifat magnet tipe ini adalah keras dan memiliki gaya tarik sangat kuat. Magnet permanen campuran dibagi menjadi:
- Magnet alcomax, dibuat dari campuran besi dengan almunium
- Magnet alnico, dibuat dari campuran besi dengan nikel
- Magnet ticonal, dibuat dari campuran besi dengan kobalt 2. Magnet Permanen Keramik
Tipe magnet ini disebut juga dengan magnadur, terbuat dari serbuk ferit dan bersifat keras serta memiliki gaya tarik kuat. 3. Magnet Besi Lunak
Tipe magnet besi lunak disebut juga stalloy, terbuat dari 96% besi dan 4% silicon.Sifat kemagnetannya tidak keras dan sementara.
4. Magnet Pelindung
Tipe magnet ini disebut juga mumetal, terbuat dari 74% nikel, 20% besi, 5% tembaga, dan 1% mangan. Magnet ini tidak keras dan bersifat sementara.
Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika: 1. Magnet dipanasakan hingga berpijar atau dibakar
Pemanasan pada magnet menyebabkan sifat kemagnetannya berkurang atau bahkan hilang. Hal ini terjadi karena tambahan energi akibat pemanasan menyebabkan partikel-partikel bahan bergerak lebih cepat dan lebih acak, maka sebagian magnet elementernya
2. Magnet dipukul atau ditempa hingga bentuknya berubah atau rusak
Magnet yang mengalami pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah.Magnet-magnet elementer yang tadinya segaris (searah) menjadi berarah sembarangan, sehingga benda kehilangan sifat magnetiknya.
3. KAIDAH FLAMING
Pada materi ini akan dibahas mengenai magnet dan hubungan antara kelistrikan dengan kemagnetan
.
Kaidah tangan kiri flaming adalah sebuah kaidah untuk menentukan arah gaya elektromagnit atau putaran pada sebuah motor listrik.kaidah tangan kiri flaming diciptakan oleh John Ambrose Flaming seorang fisikawan kebangsaan Inggris pada abad 18-19, untuk mengenang jasanya maka kaidah tangan kiri fliming digunakan rumus pada penentuan arah gaya magnit.3.1. Prinsip Flaming
1. Bila arus mengalir dalam suatu penghantar (conductor), medan magnet akan bangkit pada arah yang terlihat pada ilustrasi di bawah sesuai kaidah Ampere dari ulir kanan tidak lagi menunjuk arah yang sama seperti semula. Bahkan setiap benda di atas suhu tertentu sama sekali tidak dapat dibuat menjadi magnet.
2. Bila penghantar diantara kutub N dan S dari sebuah magnet permanen, maka garis gaya magnet yang terjadi oleh arus listrik dalam penghantar dan garis gaya magnet dari magnet permanen saling berpotongan menyebabkan magnetic flux bertambah dibagian bawah penghantar dan berkurang di bagian atas penghantar.Kita dapat menganggap bahwa magnetic flux adalah sebagai sabuk karet yang telah ditegangkan. Jadi magnetic flux, maka gaya aka cenderung menarik pada satu garis lurus lebih kuat di bagian bawah penghantar.Akibatnya dari hal ini di bawah penghantar akan memperoleh gaya yang cenderung mendorongnya ke atas.
Kaidah ini berbunyi ukuran gaya elektromagnetik paling besar saat arah medan magnet tegak lurus dengan arus, dan meningkat sebanding dengan panjang konduktor, besar arus, dan kekuatan medan magnet dirumuskan sebagai berikut :
Fluksi magnet mempunyai beberapa karakteristik :
a. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau magnet-magnet
b. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum berada di dalam fluksi.
c. Seperti halnya serbuk karet, garis gaya magnet di dalam fluksi berusaha sependek mungkin, sejajar dan sedekat mungkin dengan poros U-S dari medan magnet. Pada saat yang sama, cenderung menolak garis gaya magnet lainnya yang searah, sehingga juga cenderung membentuk busur keluar poros U-S.
Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya GGL atau arus listrik pada suatu penghantar atau kumparan akibat mengalami perubahan garis-garis gaya magnet (fluks magnetic).
3.2. PENGGUNAAN HUKUM FLAMING Cara – cara untuk menghasilkan GGL/arus induksi :
1. Menggerak-gerakkan magnet di dekat kumparan percobaan faraday
2. Memutar kumparan pada medan magnet, prinsip kerja generator atau alternator
3. Memutar magnet di dalam kumparan prinsip kerja dynamo sepeda pancal