MEDAN MAGNET BUMI
A. TUJUAN
1. Menentukan nilai medan magnet pada komponen horizontal dan medan magnet total.
2. Menentukan besar sudut dip medan magnet bumi.
B. TEORI
Medan magnet adalah daerah sekitar magnet yang masih terpengaruh magnet tersebut. Garis-garis gaya medan magnet memusat ke kedua kutub magnet. William Gilbert tahun 1600 menyatakan bahwa jarum kompas selalu menunjuk ke arah utara dan selatan Kutub Magnet Bumi. Jarum kompas dalam medan magnet mempunyai kedudukan sejajar dengan garis gaya magnet di tempat itu (Akhadi dan Hasnel, 1999; Budiyanto, 2013). Gaya yang bekerja pada jarum kompas tergantung pada intensitas medan magnet yang merupakan hasil bagi antara gaya yang dihasilkan kutub magnet dengan kekuatan kutub magnet. Intensitas medan magnet diukur dengan magnetometer, besarnya berkisar 25.000 gamma dekat ekuator dan 70.000 gamma di sekitar kutub (Rusydy, 2012).
Medan magnet utama bumi tidak konstan tetapi mengalami perubahan terhadap waktu, sesuai keadaan di dalam bumi yaitu keadaan batuan pada kerak bumi yang dipengaruhi oleh aktivitas di dalam inti bumi. Hal tersebut ditunjukan
dalam studi paleomagnetik bahwa banyak batuan di kerak bumi yang saling bersebelahan memiliki arah kutub kemagnetan yang berkebalikan. Perubahan
kemagnetan bumi akibat aktivitas bumi itu sendiri. Besarnya variasi dari aktivitas bumi ini untuk setiap tempat tidak sama. Beberapa ahli menduga perubahan tersebut diakibatkan aktivitas arus konveksi yang berada di dalam inti bumi yang menimbulkan kelistrikan sehingga medan magnet yang ditimbulkan mempengaruhi medan magnet di sekitarnya (BMKG, 2012; Rachman, 2010; Rusydy, 2012).
Perbedaan temperatur, tekanan dan komposisi dari inti bumi menyebabkan adanya arus konveksi dimana bahan yang memiliki kerapatan besar akan tenggelam dan yang memiliki kerapatan yang lebih rendah akan bergerak ke atas. Aliran besi cair yang dihasilkan dari arus konveksi tersebut memungkinkan timbulnya arus listrik akibat adanya perpindahan elektron kemudian menimbulkan medan magnet bumi utama. Dalam teori magnetohidrodinamik yang dikemukakan oleh W.M. Elasasser dan E.C. Bullard, menyatakan bahwa di dalam inti bumi terdapat aliran fluida yang terionisasi sehingga menimbulkan aksi dinamo oleh dirinya sendiri (Self-exiting dynamo action) yang dapat menimbulkan medan magnet utama bumi (BMKG, 2012; Rachman, 2010).
Sedangkan medan luar bumi merupakan hasil ionisasi atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari matahari. Pengaruh medan luar terhadap medan magnet bumi hanya sebesar 1% dari medan total. Matahari memancarkan arus tetap yang terdiri dari atom hidrogen terionisasi (proton) dan elektron yang menjalar melalui tata surya dengan kecepatan supersonik. Angin matahari yang muncul berinteraksi secara kuat dengan medan magnet bumi yang menyebabkan terjadinya badai magnetik sehingga nilai medan magnet bumi mengalami perubahan (Akhadi dan Hasnel, 1999; BMKG, 2012; Rachman, 2010).
Di Bumi, kutub utara magnetis terletak di tepi Samudera Arktika sementara kutub selatan magnetis terletak di tepi daratan Antartika. Posisi kutub utara magnetis tidak berimpit dengan kutub utara geografis demikian halnya kutub selatan magnetis dengan kutub selatan geografis. Ketidak berimpitan tersebut membuat jarum kompas (yang selalu mengarah ke kutub utara magnetis) senantiasa membentuk sudut tertentu terhadap arah utara sejatinya. Sudut tersebut dikenal sebagai deklinasi magnetik, yang nilainya berbeda-beda untuk tiap titik di muka Bumi (Budiyanto, 2013). Bila ditelaah lebih lanjut, sumbu geomagnet (yakni garis lurus penghubung kutub utara-selatan magnetis di dalam tubuh Bumi) ternyata tidak berimpit dengan sumbu rotasi Bumi, melainkan membentuk sudut 11,5o. Di sisi lain, sumbu geomagnet sendiri pun tidaklah simetris, sehingga posisi kutub selatan magnetis tidak persis di proyeksi titik-lawan kutub utara magnetisnya, melainkan berselisih jarak hingga 2.700 km (Rusydy, 2012).
Berdasarkan hasil penelitian sumber medan magnet utama bumi yang berasal dari dalam bumi akibat pengaruh rotasi bumi sehingga material magnetis
di inti bumi termagnetisasi karena perputaran bumi pada porosnya. Bumi memiliki dua kutu b yang sering dikenal sebagai “Geomagnetic Poles” yang merupakan kutub teoritis dimana sumbu magnet membentuk sudut 11,5º dengan sumbu rotasi bumi, yaitu pada (Geokov, 2012; Rachman, 2010):
1. Kutub utara magnet terletak di Canadian Artic Island dengan lintang: 75.5º LU dan bujur: 100.4º BB.
2. Kutub selatan magnet terletak di Coast of Antartica south of Tasmania dengan lintang: 66.5º LS dan bujur: 140º BT.
Besarnya medan magnet bumi bervariasi di permukan bumi. Komponen horizontal medan magnet bumi mengarah ke utara (magnetik selatan). Ujung utara jarum kompas tertarik pada ujung selatan medan magnet bumi. Jadi kutub yang
disebut “utara” sebenarnya adalah kutub magnet selatan. Jumlah sudut total dari medan magnet ini berasal dari arah horizontal (Budiyanto, 2013; Rusydy, 2012). Sudut ini ( ) disebut sudut magnet (dip angle). Contoh untuk bagian bumi sebelah utara ditunjukkan dalam gambar 1.
Sumber: (Hanks, 2011; USGS, 2012; Wikipedia, 2013)
Gambar 1. Komponen dari Medan Magnet (Belahan Bumi Utara)
Dari gambar 1 di atas dapat diuraikan persamaan untuk menentukan nilai sudutdip sebagai berikut.
Total Horizo nta l B B Cos (1) (Hanks, 2011)
Keterangan:
θ = Sudutdip (o)
B Horizontal = Medan magnet mendatar (Tesla)
BTotal = Medan magnet total (Tesla) 1 Gauss = 0,0001 Tesla
Sudut dip tersebut merupakan sudut antara medan magnetik total dengan bidang horizontal. Selain sudutdip terdapat pula sudut inklinasi dan sudut deklinasi. Sudut inklinasi adalah sudut antara medan magnetik total dengan bidang horizontal yang diukur dari bidang horizontal menuju arah vertikal ke bawah. Selain itu terdapat pula sudut deklinasi yang merupakan sudut antara utara magnetik dengan komponen
horizontal yang diukur dari utara menuju ke timur (Budiyanto, 2013; Wikipedia, 2013).
Sumber: (Geokov, 2012; Wikipedia, 2013) Gambar 2. Sudut Inklinasi dan Deklinasi
Nilai magnet bumi merupakan besaran vektor total magnet bumi ( F ) dan dapat dinyatakan dalam komponen-komponennya. Komponen medan magnet bumi dapat diuraikan sebagai berikut:
Sumber: (Eksplorasi Lab, 2009; Wikipedia, 2013) Gambar 3. Komponen Medan Magnet Bumi
Keterangan:
1. Vektor X, Y, dan H terletak pada bidang horizontal dimana komponen X berada disepanjang sumbu geografis, komponen Y pada timur geografis
dan H pada komponen horizontal.
2. Vektor Z merupakan komponen vertikal medan magnet bumi.
3. Vektor F merupakan komponen total medan magnet yang terletak pada bidang vertikal yang memuat komponen H dan Z.
4. Sudut D merupakan sudut deklinasi yang dibentuk oleh arah utara sebenarnya (X) dengan komponen horizontal (H).
5. Sudut I merupakan sudut inklinasi yang besarnya ditentukan oleh vektor H dan F. Hubungan medan magnet antar tiap komponennya dapat dinyatakan melalui persamaan berikut:
Z = F Sin I (2) H = F Cos I (3) X = H Cos D (4) Y = H Sin D (5) F² = H²+Z² = X²+Y²+Z² (6) (Eksplorasi Lab, 2009) C. ALAT DAN BAHAN
(1) Sensor medan magnet kode Cl-6520A 1 unit
(2) Zero Gauss 0 kode EM-8652 1 unit
(4) Kompas kode SF-8619 1 unit
(5) Meja klem universal kode ME-9376 1 unit
(6) Stanless steel rod (non magnetic) kode ME-8736 1 unit
(7) Klem pengatur sudut kode ME-8744 1 unit
(8) Penghubung Scienceworkshop 500 atau 750 kode Cl-6400 1 unit (9) DataStudio Software kode Cl-6870 1 unit
D. RANCANGAN EKSPERIMEN
Sumber: (Hanks, 2011)
Gambar 4. Rancangan Eksperimen
Keterangan: (1) Klem Meja; (2) Stainless Steel Rod ; (3) Zero Gauss; (4) Kompas; (5) Busur; (6) Pemutar Sensor Gerak Rotasi; (7) Sensor Gerak Rotasi; (8) Sensor Medan Magnet; (9) Interface; (10) Tombol Perbesaran Sensor; (11) Tare Button; (12) Tombol Arah Medan Magnet; (13) Chanel 1 dan 2 (untuk Probe Sensor Gerak Rotasi); (14) Chanel A (untuk Probe Sensor Medan Magnet).
E. LANGKAH KERJA 1. Pemasangan Alat
a. Pasang klem pengatur sudut pada sensor gerak rotasi. b. Pasang alat dan bahan sesuai dengan gambar 4.a.
(a)
(b)
c. Jauhkan kompas dari sensor medan magnet agar tidak mengganggu.
d. Hubungkan probe sensor gerak rotasi di chanel 1 dan 2 pada
interface.
e. Hubungkan probe sensor medan magnet di chanel A pada interface.
f. Atur perbesaran 100x yang tertera pada sensor medan magnet.
g. Buka file pada DataStudio bernama "Earth Mag Field".
2. Komponen Horizontal Medan Magnet Bumi
a. Agar sensor medan magnet berputar secara horizontal, atur klem sensor
gerak rotasi tegak lurus dengan sensor medan magnet (membentuk 90o).
b. Lakukan kalibrasi dengan menyisipkan Zero Gauss pada sensor medan
magnet dan tekan tombol tare. Klik START pada DataStudio. Putar
sensor medan magnet sepanjang 360o searah jarum jam secara perlahan.
c. Untuk mengukur medan magnet pada komponen horizontal lepaskan
Zero Gauss pada sensor medan magnet. Kemudian klik START pada
DataStudio. Putar sensor medan magnet sepanjang 360o searah jarum
jam secara perlahan. DataStudio secara otomatis akan berhenti ketika
mencapai sudut 360o.
d. Untuk mengurangi gangguan magnetik dari rangkaian tersebut, masukkan faktor penghalus (coba 8) ke alat penghitung DataStudio. Contoh: B= smooth(8,smooth(8,x). tekan Accept. Sehingga tampak grafik baru dengan data yang lebih halus.
e. Gunakan smart cursor untuk mengukur dari titik tertinggi ke titik
terendah dan mentukan nilai maksimal komponen horizontal medan magnet.
3. Medan Magnet Total
a. Agar sensor medan magnet berputar pada secara vertikal, atur klem
sensor gerak rotasi pada sudut 0o pada busur.
b. Lakukan kalibrasi dengan menyisipkan Zero Gauss pada sensor medan
magnet dan tekan tombol tare. Klik START pada DataStudio. Putar
c. Untuk mengukur medan magnet total lepaskan Zero Gauss pada sensor medan magnet. Kemudian klik START pada DataStudio. Putar sensor medan magnet sepanjang 360o berlawanan arah jarum jam secara perlahan. DataStudio secara otomatis akan berhenti ketika mencapai
sudut 360o.
d. Untuk mengurangi gangguan magnetik dari rangkaian elektronik, masukkan faktor penghalus (coba 8) ke alat penhitung datastudio. Contoh: B= smooth(8,smooth(8,x). tekan Accept. Sehingga tampak grafik baru dengan data yang lebih halus.
e. Gunakan smart cursor untuk mengukur besar medan magnet dari titik tertinggi ke titik terendah dan untuk mentukan nilai maksimal dari komponen total medan magnet.
4. SudutDi p
a. Gunakan besar medan magnet pada komponen horizontal dan medan magnet total untuk menentukan besarnya sudut dip.
b. Perhatikan grafik yang terbentuk, tentukan besar sudut ketika medan magnet total bernilai maksimum dan minimum serta besar sudut ketika medan magnet pada sumbu horizontal bernilai maksimum dan minimum. Pergeseran dari besar kedua sudut yang terbentuk pada komponen total dan komponen horizontal merupakan sudut dip.
c. Bandingkan besar sudut dip berdasarkan langkah (a) dan (b) dengan sudut dip yang terbentuk pada kompas.
CATATAN:
Selama eksperimen, jauhkan peralatan dari semua sumber medan magnet dan bahan feromagnetik.
Lakukan kalibrasi setiap akan mengukur nilai medan magnet.
Saat kalibrasi dilakukan, pastikan grafik yang terbentuk pada DataStudio berupa garis lurus horizontal.
Jauhkan kompas dari peralatan selama eksperimen.
Nilai medan magnet hasil pengukuran pada DataStudio dalam satuan Gauss. Lakukan konversi satuan dari Gauss ke Tesla, 1 Gauss = 0,0001 Tesla
F. RANCANGAN DATA
1. Medan Magnet Bumi pada Komponen Horizontal
Percobaan Medan Magnet Maksimal (Gauss) Sudut θ H (o)
1 2 3 4 5
2. Medan Magnet Total
Percobaan Medan Magnet Maksimal (Gauss) Sudut θ T (o)
1 2 3 4 5 3. Sudut Dip Percobaan Medan Magnet Maksimal (Tesla)* Sudut dip = θ (o) Total Horizo nta l B B ArcCos θ = θ T - θ H Horizontal Total 1 2 3 4 5 *(1 Gauss = 0,0001 Tesla) G. PERTANYAAN EKSPERIMEN
1. Pada sudut berapa terjadi, medan magnet maksimum baik untuk komponen medan magnet horizontal dan medan magnet total ?
2. Apakah sudut tersebut sesuai dengan arah magnet bumi seperti yang ditunjukkan oleh jarum kompas ? Mengapa demikian ?
3. Apakah sudut dip pada eksperimen ini terjadi di utara atau selatan sumbu horizontal bumi ? Mengapa demikian ?
4. Apakah lokasi pengamatan mempengaruhi besarnya sudut dip ? Mengapa demikian ?
DAFTAR PUSTAKA
Akhadi, Mukhlis dan Hasnel Sofyan. 1999. Medan Magnet Bumi: Pelindung Radiasi Bagi Penduduk Bumi. Pusat Penelitian dan Pengembangan Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir, Batan. Buletin ALARA 2 (3): 27-32
BMKG. 2012. Rekaman Badai Magnet di Stasiun Magnit BMKG. [serial online]. http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Geofisika/Magnet_Bumi/. [1 Mei 2013]
Budiyanto. 2013. Teori Kemagnetan Bumi. [serial online]. http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xii/12620/. [ 1Mei 2013] Eksplorasi Lab. 2009. Buku Panduan Praktikum Geomagnetik. Laboratorium
Geofisika Eksplorasi. Jurusan Teknik Geofisika. Fakultas Teknologi Mineral. Universitas Pembangunan Nasional “Veteran”.Yogyakarta
Geokov. 2012. Magnetic Declination - Magnetic Inclination (Dip). [serial online]. http://geokov.com/education/magnetic-declination-inclination.aspx.
[1 Mei 2013]
Hanks, Ann. 2011. Earth's Magnetic Field EX-9913. [serial online]. Modul PASCO. http://facstaff.gpc.edu/~anduwima/Physics%20labs/Earth's%20 Magnetic%20Field.pdf. [1 Mei 2013]
Rachman, Basuni. 2010. Kemagnetan Bumi dan Sifat Panas Bumi. [serial online].
http://file.upi.edu/Direktori/DUAL-MODES/KONSEP_DASAR_BUMI_ANTARIKSA_UNTUK_SD/BBM_ 11.pdf. [1 Mei 2013]
Rusydy, Ibnu. 2012. Medan Magnet Sebagai Perisai Bumi. [serial online]. http://www.ibnurusydy.com/medan-magnet-sebagai-perisai-bumi/. [1 Mei 2013]
USGS. 2012. Dip. [serial online]. http://earthquake.usgs.gov/learn/glossary/? term=dip. [1 Mei 2013]
Wikipedia. 2013. Strike and Dip. [serial online]. http://en.wikipedia.org/wiki/Strike_and_dip. [1 Mei 2013]
