BAB 6 BIOTEKNOLOGI
C. Medan Magnet di sekitar Arus Listrik
Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukan secara tidak sengaja oleh Hans Christian Oersted (1770-1851), ketika akan memberikan kuliah. Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus listrik, jarum kompas akan bergerak menyimpang. Penyimpangan magnet jarum kompas makin besar jika kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat diperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arus listrik yang mengalir dalam kawat.
Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidak dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi. Perubahan arah arus listrik ternyata juga memengaruhi perubahan arah penyimpangan jarum kompas. Perubahan jarum kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.
Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompas menyimpang berlawanan dengan arah putaran jarum jam.
Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub utara menuju kutub selatan, kutub utara jarum kompas menyimpang searah dengan arah putaran jarum jam.
Sumber: http://maztriks.blogspot.co.id/
Gambar 7.15: Arah penyimpangan kutub utara jarum jam kompas di sekitar kawat berarus
1.
Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik
Gejala penyimpangan magnet jarum di sekitar arus listrik membuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat diterangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu penghantar berarus listrik digenggam tangan kanan. Perhatikan Gambar 7.15 Jika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang timbul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikian disebut kaidah tangan kanan menggenggam.
111 Sumber: http://maztriks.blogspot.co.id/
Gambar 7.16: Kaidah tangan kanan menggenggam
2.
Solenoida
Sebuah penghantar melingkar jika dialiri arus listrik akan menghasilkan medan listrik seperti Gambar 7.17.
Sumber: http://maztriks.blogspot.co.id/
Gambar 7.17: Medan magnet penghantar melingkar
Penghantar melingkar yang berbentuk kumparan panjang disebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoid akan lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah penghantar melingkar, apalagi oleh sebuah penghantar lurus.
Jika solenoida dialiri arus listrik maka akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan solenoida berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan. Garis-garis gaya magnet pada solenoida merupakan gabungan dari garis-garis gaya magnet dari kawat melingkar. Gabungan itu akan menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Kumparan seolah-olah mempunyai dua kutub, yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.
112 Sumber: http://maztriks.blogspot.co.id/
Gambar 7.18: Arah garis-garis gaya magnet pada solenoida
D. Elektromagnet
1.
Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Elektromagnet
Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi. Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medan magnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besi yang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalam solenoida, makin besar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet. Jadi kemagnetan sebuah electromagnet bergantung besar kuat arus yang mengalir, jumlah lilitan, dan besar inti besi yang digunakan.
Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektromagnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.
Dibandingkan magnet biasa, elektromagnet banyak mempunyai keunggulan. Karena itulah elektromagnet banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa keunggulan electromagnet antara lain sebagai berikut.
a. Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi.
b. Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan dengan cara memutus dan menghubungkan arus listrik menggunakan sakelar.
c. Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki. d. Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah arah arus listrik.
2.
Kegunaan Elektromagnet
Beberapa peralatan sehari-hari yang menggunakan elektromagnet antara lain seperti berikut:
113
a. Bel Listrik
Bel Listrik yang dalam bahasa Inggris disebut dengan electric bell adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi suara dengan menggunakan prinsip elektromagnetik. Meskipun saat ini banyak bel yang menggunakan sistem elektronik, bel listrik yang menggunakan prinsip gaya elektromagnet ini masih banyak digunakan.
Penggunaan bel listrik jenis elektromagnetik ini banyak kita temui pada sistem keamanan dan keselamatan yang terdapat di pabrik, hotel maupun pusat perbelanjaan sebagai alarm kebakaran (fire alarm). selain itu, bel listik juga sering digunakan sebagai alarm maling dan juga lonceng di sekolah.
Salah satu bel listrik dengan prinsip elektromagnetik yang sering digunakan adalah bel listrik yang berbentuk “interrupter bell” yaitu jenis bel listrik yang dapat
menghasilkan suara secara terus menerus ketika diberikan arus listrik. cara kerja bel listrik juga tidak terlalu rumit, untuk menjelaskannya lebih lanjut, kita perlu mengetahui beberapa bagian atau komponen penting dalam bel listrik dan juga gambar dasarnya.
Bel listrik dengan prinsip kerja elektromagnetik terdiri dari beberapa komponen atau bagian utama yaitu: lonceng (gong), pemukul (striker), kumparan elektromagnet, armature, spring, interuptor (penghubung dan pemutus arus listrik)
Sumber: http://teknikelektronika.com/cara-kerja-bel-listrik-electric-bell/
Gambar 7.19: Rangkaian bel listrik (electric bell)
Berdasarkan gambar rangkaian bel listrik (electric bell) diatas, saat switch (S1) ditekan (ON), arus listrik akan mengalir ke kumparan elektromagnet melalui interuptor sehingga terjadi medan magnet untuk menarik armature striker (pemukul). Striker yang
114 ditarik tersebut kemudian memukul lonceng (gong) sehingga bel listrik berbunyi. Ketika armature striker ditarik oleh elektromagnet, hubungan listrik di interuptor pun terputus dan menyebabkan kumparan elektromagnetik tidak dialiri arus listrik.
Kumparan elektromagnetik yang tidak dialiri arus listrik tersebut akan kehilangan medan magnetnya sehingga tidak mampu lagi menarik armature. Armature yang terlepas tersebut akan mengayun kembali ke posisi semula dan Interuptor menjadi terhubung kembali sehingga arus listrik dapat mengalir lagi ke kumparan elektromagnet untuk menarik armature. Proses ini berulang-ulang sangat cepat dan bunyi lonceng terus terdengar. Demikian siklus proses tersebut berulang-ulang kembali dengan cepat dalam hitungan detik sehingga menghasilkan suara yang berkesinambungan (terus menerus). Suara atau bunyi bel listrik ini akan terhenti jika switch (S1) di-OFF-kan.
Bentuk bel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap solenoida dililitkan pada arah yang berlawanan (perhatikan Gambar 7.20) adalah sebagaimana gambar 7.20 di bawah ini.
Sumber: http://www.bangunrumahmas.com/gambar-rumah/Gambar-Bel-Listrik/
Gambar 7.20: Susunan bel listrik
b. Relai
Relai adalah suatu peranti yang menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan seperangkat kontak sakelar. Susunan paling sederhana terdiri dari kumparan kawat penghantar yang dililit pada inti besi. Bila kumparan ini dienergikan,
115 medan magnet yang terbentuk menarik armatur berporos yang digunakan sebagai pengungkit mekanisme sakelar magnet
Relai berfungsi sebagai sakelar untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar pada rangkaian lain dengan menggunakan arus listrik yang kecil. Ketika sakelar S ditutup arus istrik kecil mengalir pada kumparan. Teras besi akan menjadi magnet (elektromagnet) dan menarik kepingan besi lentur. Titik sentuh C akan tertutup, menyebabkan rangkaian lain yang membawa arus besar akan tersambung. Apabila sakelar S dibuka, teras besi hilang kemagnetannya, keping besi lentur kembali ke kedudukan semula. Titik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lain terputu
Sumber: http://maslatip.com/
Gambar 7.21: Diagram Relai
c. Telepon
Sebuah pesawat telepon, pada umunya, terdiri atas bagian panggil (dialer), bagian dering, bagian pengirim suara dan bagian dengar. Untuk memanggil nomor tujuan, terdapat dua cara yaitu dengan rotary dial (pulse dial-saat ini sudah tidak ada dijual) dan dengan menekan tombol dial atau dual tone multifrequency (DTMF). Seperti namanya, dalam prinsip DTMF setiap tombol angka yang ditekan, akan menghasilkan sinyal dengan kombinasi dua frekuensi yang berbeda, frekuensi atas dan frekuensi bawah. Misalnya, angka 1 merupakan kombinasi frekuensi 697 Hz dan 1209 Hz. Hal ini berbeda dengan prinsip rotary dial, di mana setiap nomor yang diputar akan diubah menjadi pulsa. Misalnya, jika memutar angka 9 maka akan menghasilkan 9 pulsa.
Bagian pengiriman suara akan dilakukan oleh transmitter yang fungsinya seperti
microphone. Komponen terpenting dari transmitter ini terbuat dari carbon, yang akan bergetar bila ada rangsangan suara. Getaran suara kemudian diubah menjadi sinyal elektrik yang diteruskan ke kantor pusat melalui kabel telepon.
Bagian dengar dan dering akan dilakukan oleh speaker. Speaker akan melewatkan sinyal bicara setelah sinyal tersebut melalui kopling transformer dengan tahanan dari sentral sekitar 600 Ohm. Nada dering diberikan oleh sentral, dengan
116 frekuensi 440 + 480 Hz. Nada ini ditangkap sebagai arus di pesawat telepon yang akan menggetarkan bagian palu bel (ringer). Selanjutnya akan dikirim ke bagian speaker untuk dibunyikan.
Sumber: http://dasteldiyah.blogspot.co.id/
Gambar 7.22: Pesawat telepon model rotary dial
Cara kerja telepon ialah sebagai berikut: saat akan melakukan panggilan, harus diangkat gagang handsetnya, pada kondisi ini jalur pesawat telepon sudah terhubung dengan jalur tip dan ring dari sentral. Secara otomatis, sentral akan menyuplai arus listrik yang terukur oleh voltmeter bawah tanah sebesar 0 volt, dan dibaca oleh kabel tembaga ring sebesar -48 Volt dalam bentuk arus searah atau DC (Direct Current). Hal ini lah yang merupakan kelebihan kabel tembaga. Karena arus yang diberikan oleh sentral bersifat negative, membuat kabel tembaga ini menjadi lebih tahan terhadap ionisasi material tembaga. Dengan kata lain, membantu mengurangi korosi.
Setelah terhubung dengan sentral, akan terdengar nada sambung, saat ditekan nomor tujuan panggilan. Nomor tujuan akan diverifikasi oleh sentral, bila nomor tersebut dikenali sentral akan terdengar nada dering balik. Nomor yang menjadi tujuan panggilan pun akan mendengar nada dering atau nada panggil. Jika nomor tujuan sedang sibuk, akan diberikan nada sibuk. Jika pelanggan tujuan mengangkat handsetnya, terjadilah percakapan melalui transmitter dan speaker. Selesai percakapan, handset akan dikembalikan ke keadaan semula, dan hubungan antara pesawat telepon dan jalur Tip and Ring sentral pun terputus.
Prinsip kerja bagian mikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran-getaran listrik. Pada bagian pengirim ketika seseorang berbicara akan menggetarkan diafragma aluminium. Serbuk-serbuk karbon yang terdapat pada mikrofon
117 akan tertekan dan menyebabkan hambatan serbuk karbon mengecil. Getaran yang berupa sinyal listrik akan mengalir melalui rangkaian listrik.
Sumber: http://yaa-halovers99.blogspot.co.id/
Gambar 7.23: Prinsip kerja microfon
Prinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang bunyi. Sinyal listrik yang dihasilkan mikrofon diterima oleh pesawat telepon. Apabila sinyal listrik berubah-ubah mengalir pada kumparan, teras besi akan menjadi elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah. Diafragma besi lentur di hadapkan elektromagnet akan ditarik dengan gaya yang berubah-ubah. Hal ini menyebabkan diafragma bergetar. Getaran diafragma mempengaruhi udara di hadapannya, sehingga udara akan dimampatkan dan direnggangkan. Tekanan bunyi yang dihasilkan sesuai dengan tekanan bunyi yang dikirim melalui mikrofon.
d. Pengangkat Magnetik
Pengangkat magnetik atau sering disebut katrol listrik menggunakan prinsip magnet remanen dengan cara melilitkan kawat pada inti besai yang berfungsi sebagai magnet ketika sudah dialirkan arus listrik pada lilitan kawatnya. Jika inti besi untuk magnet dibengkokkan (berbentuk U), maka magnet seperti itu mempunyai daya tarik lebih kuat. Inilah yang menjadi prinsip kerja alat pengangkat magnetik. Untuk memperbesar gaya tarik alat, dapat dilakukan dengan cara menambah lilitan dan menambah arus listrik. Dewasa ini alat pengangkat magnetik digunakan untuk memisahkan bahan logam dengan bahan bukan logam, misalnya pada tempat pembuangan sampah modern.
Pengangkat Magnetik yang besar digunakan untuk mengangkat sampah logam yang tidak terpakai. Apabila arus dihidupkan maka pengangkat magnetik akan menarik sampah besi dan memindahkan ke tempat yang dikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, maka sampah besi akan jatuh. Dengan cara ini sampah yang berupa tembaga,
118 aluminium, dan seng dapat dipisahkan dengan besi. Kelebihan katrol listrik atau pengangkat magetik adalah:
a. mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besar
b. dapat mengangkat/memindahkan bongkahan besi yang tanpa rantai
c. membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan feromagnetik.
Sumber: http://yaa-halovers99.blogspot.co.id/
Gambar 7.24: Katrol listrik