PERCOBAAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK L8 NI

(1)

PERCOBAAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK (L8) NI KETUT RIZKITHA DEVI

1413100003 JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

HALAMAN JUDUL

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan Induksi Elektromagnetik (L8) dengan tujuan untuk membuktikan Hukum Induksi Faraday melalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi. Pada percobaan ini dilakukan beberapa variasi yaitu variasi jumlah pasangan magnet yaitu menggunakan 4, 5, 6 pasang magnet, variasi terhadap garis tengah kumparan kopling yaitu 1 dan 2 dan variasi terhadap jari – jari kumparan yaitu menggunakan 2 cm dan 2,8 cm. Variasi jumlah pasangan magnet bertujuan untuk mengetahui pengaruh faktor kepadatan arus. Variasi terhadap garis tengah kumparan kopling bertujuan untuk mengetahui pengaruh luas induksi dan variasi terhadap jari – jari kumparan bertujuan untuk mengetahui kecepatan induksi. Prinsip dari percobaan ini adalah hukum Faraday, Hukum Lenz, Gaya Lorentz dan sifat dari magnet. Dari hasil data yang diperoleh terlihat bahwa tegangan berbanding lurus dengan jumlah pasangan magnet, jari – jari kumparan dan garis tengah kumparan kopling. Semakin besar jumlah pasangan magnet maka semakin besar tegangannya, semakin besar jari – jari kumparan maka semakin besar tegangan yang dihasilkan dan semakin besar garis tengah kopling maka semakin besar tegangannya.

(2)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL...i

DAFTAR ISI...ii

BAB 1 PENDAHULUAN...1

1.1 Latar Belakang...1

1.2 Permasalahan...1

1.3 Tujuan...1

BAB II DASAR TEORI...2

2.1 Induksi...2

2.2 Gaya Lorentz dan Kaidah Tangan Kanan...3

2.3 Hukum Faraday...4

2.4 Sifat dari Magnet...6

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN...8

3.1 Peralatan dan Bahan...8

3.2 Langkah Kerja...8

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN...10

4.1 Analisa Data...10

4.2 Grafik...16

4.3 Pembahasan...18

BAB V KESIMPULAN...21

(3)

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Listrik dan magnet merupakan bidang yang tidak dapat dipisahkan. Dalam beberapa aspek, listrik dan magnet memiliki beberapa persamaan dan juga perbedaan. Dalam listrik, dikenal adanya muatan positif dan muatan negatif dimana keduanya saling tarik menarik begitu juga dengan magnet yang memiliki kutub positif dan juga kutub negatif. Prinsip kerja inilah yang banyak digunakan dalam beberapa alat dalam kehidupan sehari – hari. Salah satu gejala yang ditimbulkan oleh magnet adalah induksi elektromagnetik. Contoh alat yang menggunakan prinsip elektromagnetik adalah travo dimana fungsi travo adalah untuk menurunkan dan menaikkan tegangan.

Sebuah magnet yang diletakkan dekat dengan sebuah koil yang disambungkan dengan galvanometer dengan keadaan diam maka pada galvanometer terbaca tidak terdapat arus pada rangkaian tersebut. Akan tetapi jika magnet yang diletakkan dekat sebuah koil tersebut digerakkan mendekat dan menjauhi koil tersebut maka pada galvanometer akan terbaca arus pada rangkaian. Oleh sebab itu dilakukan percobaan Induksi Elektromagnetik dengan menggunakan Hukum Induksi Faraday.

1.2 Permasalahan

Permasalahan pada percobaan ini adalah bagaimana membuktikan

“Hukum Induksi Faraday” melalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi

dari kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi.

1.3 Tujuan

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk membuktikan “Hukum Induksi

Faraday” melalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan

(4)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Induksi

Sebuah percobaan yang dilakukan Faraday – Henry menemukan bahwa ketika batang magnet dimasukkan ke dalam lilitan kawat, terjadi arus yang terukur oleh Galvanometer, namun arus tersebut setelah beberapa saat kemudian hilang. Hal yang sama terjadi ketika batang magnet dikeluarkan dari lilitan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perubahan medan magnet yang konstan menimbulkan listrik yang disebut dengan induksi elektromagnetik atau induksi magnetik. Menurut Hukum Biot – Savart, sebuah kawat berarus dapat menimbulkan medan magnet disekitarnya sesuai dengan aturan tangan kanan. Medan magnet adalah ruang disekitar magnet atau ruang yang masih memungkinkan adanya interaksi magnet. Medan magnet merupakan daerah disekitar magnet yang terdapat gaya – gaya magnet. Medan magnet merupakan besaran vektor disebut dengan vektor induksi magnet B. Medan magnet dilukiskan dengan garis-garis yang arah garis singgungnya pada setiap titik garis-garis induksi magnet menunjukan arah vektor induksi magnet. Banyaknya garis magnet dinamakan dengan fluks magnet ϕ

sedangkan banyaknya garis induksi magnet persatuan luas dinamakan rapat fluks magnet (Dosen – Dosen Fisika,2012).

(5)

magnet. Secara matematis, kuat medan magnet disuatu titik disekitar kawat berarus listrik dapat kita hitung dengan persamaan :

B = k _ai(2.1)

Dengan keterangan :

B = Induksi magnetik (T)

k = konstanta

i = kuat arus (A)

a = jarak (m)

[ CITATION Sea12 \l 1057 ]

2.2 Gaya Lorentz dan Kaidah Tangan Kanan

Gaya pada muatan dalam pengaruh medan magnet adalah Gaya Lorentz. Medan magnet merupakan garis – garis gaya yang keluar dari kutub utara menuju kutub selatan. Gaya magnetik ini terjadi jika sebuah partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan v dalam pengaruh medan magnet B. Maka akibat pergerakan muatan ini akan timbul gaya magnetik F yang besarnya:

|F|=q(vxB)(2.2)

|F|=qvBsinθ(2.3)

Arah dari gaya magnetik adalah sesuai kaidah tangan kanan 2 adalah tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk vektor v dengan B. Dimana arah ibu jari menunjukkan kecepatan muatan v dan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet B sedangkan telapak tangan terbuka menunjukkan arah gaya magnetik F [ CITATION Moh07 \l 1057 ].

(6)

|F|=B i L(2.4)

dengan :

|F|=¿ Gaya Lorentz (N)

B = Medan magnet (Tesla)

i = arus listrik (A)

L = panjang penghantar (m)

Gambar 2. 1 Kaidah Tangan Kanan (Bueche,2006)

Arah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jari-jari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet B diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik i diwakili oleh ibu jari, maka arah Gaya Lorentz F

di tunjukkan oleh jari tengah[ CITATION Fre06 \l 1057 ].

2.3 Hukum Faraday

Fluks magnetik merupakan jumlah garis medan magnet yang lewat melalui luasan yang telah diketahui sebelumnya. Fluks magnetik ϕm adalah

perkalian medan magnetik B dengan luasan A yang dibatasi dengan rangkaian. Secara matematis, fluks magnetik dapat dinyatakan sebagai:

ϕm=BA(2.5)

satuan fluks magnetik adalah Tesla/m2_{atau biasa yang disebut dengan Weber.}

(7)

lurus dengan permukaan luasan dan jika medan magnet tidak tegak lurus terhadap permukaan luasan maka fluks magnetik dinyatakan sebagai :

ϕm=B Acosθ(2.6)

dan apabila fluks magnetik melalui sebuah kumparan dengan jumlah lilitan pada kumparan dinyatakan N, maka secara matematis fluks magnetik dinyatakan sebagai:

ϕm=N B Acosθ(2.7)

Suatu GGL akan sebanding dengan laju perubahan fluks yang diinduksikan dalam rangkaiannya. GGL yang diinduksi oleh fluks magnetik yang berubah dapat dianggap terdistribusi di seluruh rangkaiannya. GGL induksi dalam suatu simpal terjadi ketika fluks magnetik yang melalui simpal tersebut berubah. Gaya per muatan satuan merupakan medan listrik E, yang dalam hal ini diinduksi oleh fluks yang berubah tadi.GGL dalam rangkaian merupakan integral tertutup medan listrik di sekeliling rangkaian tertutup sama dengan kerja yang dilakukan per muatan satuan. Secara matematis, dinyatakan sebagai :

ε=

∮

E . dl(2.8)

GGL induksi sama dengan integral tertutup medan listrik di sekeliling rangkaian tertutup dan juga sama dengan laju perubahan fluks magnetik yang diinduksikan dalam rangkaian. Sehingga dapat dituliskan menjadi :

ε=

∮

E . dl=−dϕm

dt (2.9)

(8)

Hukum Lenz digunakan untuk menentukan arah suatu arus induksi atau GGL induksi (tegangan gerak elektrik induksi). Hukum ini dikemukakan oleh H.F.E Lenz (1804 – 1865) yang merupakan ilmuwan Jerman. Hukum Lenz menyatakan bahwa arah sebarang efek induksi magnetik adalah sedemikian rupa sehingga menentang penyebab efek itu. Dalam hukum ini, penyebab efek adalah fluks yang berubah – ubah dimana fluks tersebut melalui sebuah rangkaian stasioner yang ditimbulkan oleh sebuah medan magnetik yang berubah –ubah. Selain itu juga dapat dikarenakan gerak konduktor yang membentuk rangkaian. Dan penyebab efek dalam Hukum Lenz dapat berupa penggabungan dari kedua alasan fluks berubah – ubah. Pengubahan fluks dalam sebuah rangkaian stasioner menyebabkan arus induksi menimbulkan medan magnetiknya sendiri. Medan yang ditimbulkan ini berlawanan dengan medan semula. Arus induksi menentang perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut. Dan jika perubahan fluks disebabkan karena gerak konduktor maka arah gaya medan magnetik pada konduktor berlawanan dengan gerak konduktor tersebut. Sehingga gerak konduktor yang menyebabkan arus induksi akan ditentang[ CITATION Hug02 \l 1057 ].

Gambar 2. 2 Magnet yang didekatkan kumparan (Halliday,1996)

(9)

2.4 Sifat dari Magnet

Suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu kutub utara U dan kutub selatan S. Gejala kemagnetan dan kelistrikan berkaitan sangat erat. Sifat kemagnetan tidak hanya ditimbulkan oleh bahan magnetik tetapi juga arus listrik. Pada tahun 1819, Oesterd menemukan bahwa disekitar arus listrik terdapat medan magnet. Berdasarkan sifat magnet bahan dapat dibagi menjadi 3 yaitu:

1. Ferromagnetik yaitu bahan yang sangat mudah dipengaruhi medan magnetik karena mempunyai resultan medan magnet yang besar, sehingga apabila bahan diberi medan magnet dari luar maka elektron – elektronnya akan mengusahakan dirinya untuk menimbulkan medan magnet atomis tiap – tiap atom atau molekul searah dengan medan magnet luar. Hal ini dikarenakan momen magnetik spin elektron. Medan magnet dari masing – masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat. Contoh bahan ferromagnetik adalah baja, cobalt, nikel. Walaupun demikian bahan tadi dapat hilang sifat kemagnetannya apabila mencapai suhu tertentu.

2. Paramagnetik yaitu bahan yang dapat dipengaruhi oleh medan magnet luar, tetapi tidak semudah bahan ferromagnetik. Bahan yang resultan medan magnet atomisnya tidak nol namun resultan medan magnet dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atom acak sehingga medan magnetnya saling meniadakan. Sebagian besar magnet atomisnya, mengikuti arah medan magnet, tetapi ada sebagian kecil yang justru melawan arah medan magnet luar. Contoh bahan paramagnetik yaitu antara lain mangan, platina, alumunium.

(10)

(11)

8 8 8 8

220 Volt

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah 1 set peralatan konduksi dengan konduktor, 6 pasang pasangan magnet, 1 buah motor eksperimen 100 W, 1 buah alat kemudi dan pengatur dan 1 buah mikrovoltmeter.

3.2 Langkah Kerja

Pada percobaan ini langkah – langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut yang pertama adalah disusun peralatan seperti pada Gambar 3.1 Skema Alat pada ercobaan Induksi Elektromagnetik dan dihubungkan dengan peralatan lain. Kemudian diikat senar pancing pada peluncur dan dihubungkan dengan kopling penarik. Diatur mikrovoltmeter pada 104. Dipasangkan 8 pasang magnet yang tersedia pada alat induksi. Dihubungkan konduktor b dengan panjang 4 cm dengan cara dimasukkan penghubung kortsluiting pada alat peluncur untuk proporsionalitas dari U dan V. Diikatkan kumparan tali senar pancing pada garis tengah kumparan kopling yang bergerak terkecil. Dihidupkan motor dan disetel putarannya sehingga dicapai suatu tegangan induksi sebesar 40 mV. Dicari harga rata – rata / menengah pada goyangan yang mungkin terjadi pada alat penunjuk

(12)

(13)

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data

Setelah dilakukan percobaan Induksi Elektromagnetik dengan menggunakan kopling p 1: 1, didapatkan data yaitu :

Tabel 4. 1 Data Tegangan dengan Jari – Jari 2 cm dan 4 pasang Jumah Pasang Magnet

No

. Jari jari kumparan b (cm)

Jumlah pasang magnet B

No

(14)

No

Tabel 4. 4 Data Tegangan dengan Jari – Jari 2, 8 cm dan 4 pasang Jumah Pasang Magnet

No

(15)

No

Setelah dilakukan percobaan Induksi Elektromagnetik dengan menggunakan kopling p 1:2 , didapatkan data yaitu :

No

(16)

4. 3,85

No

(17)

No

(18)

4.2 Grafik

Grafik Hubungan U Terhadap B dengan b=2 cm dan p=1

U

Grafik 4. 1 Grafik HubunganTegangan terhadap Medan Magnet dengan jari – jari kumparan 2 cm dan kopling 1 : 1

Grafik Hubungan U terhadap B dengan b=2,8 cm dan p=1

U

(19)

3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

Grafik Hubungan U terhadap B dengan b= 2 cm dan p=2

U

Grafik 4. 3 Grafik HubunganTegangan terhadap Medan Magnet dengan jari – jari kumparan 2 cm dan kopling 1: 2

3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

(20)

1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

Grafik Tegangan terhadap Kecepatan

u

Grafik 4. 5 Grafik Tegangan terhadap Kecepatan

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

Grafik Tegangan terhadap Garis Tengah Kumparan Kopling

U

Grafik 4. 6 Grafik Tegangan terhadap Garis Tengah Kumparan Kopling 4.3 Pembahasan

(21)

yaitu menggunakan 4, 5, 6 pasang magnet, variasi terhadap garis tengah kumparan kopling yaitu 1 dan 2 dan variasi terhadap jari – jari kumparan yaitu menggunakan 2 cm dan 2,8 cm. Variasi jumlah pasangan magnet bertujuan untuk mengetahui pengaruh faktor kepadatan arus. Variasi terhadap garis tengah kumparan kopling bertujuan untuk mengetahui pengaruh luas induksi dan variasi terhadap jari – jari kumparan bertujuan untuk mengetahui kecepatan induksi.

Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data yang terlampir pada subbab analisa data. Dari data yang diperoleh terlihat bahwa dengan jumlah garis tengah kumparan kopling yang sama, maka akan diperoleh data yang semakin naik dengan semakin naiknya jumlah pasangan magnet yang digunakan. Dan dengan jumlah pasangan magnet dan garis tengah kumparan kopling yang sama dan dengan jari – jari kumparan yang semakin naik maka tegangan yang dihasilkan juga semakin naik. Dan dengan jumlah pasangan magnet dan jari – jari kumparan yang sama maka semakin besar garis tengah kumparan kopling maka semakin besar juga tegangan yang dihasilkan. Semakin besar jumlah pasangan magnet yang dipasang maka semakin besar juga tegangan yang dihasilkan dan semakin besar jari – jari kumparan maka data tegangan yang diperoleh juga semakin besar. Serta semakin besar garis tengah kumparan kopling maka akan semakin besar tegangan yang dihasilkan.

(22)

(23)

BAB V KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan antara lain bahwa:

 Faktor yang mempengaruhi tegangan diantaranya kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi

 Semakin besar jumlah magnet maka semakin besar tegangan yang dihasilkan, semakin besar jari – jari kumparan maka semakin besar tegangannya dan semakin besar garis tengah kumparan kopling maka semakin besar tegangannya juga karena jumlah magnet, jari – jari kumparan, dan garis tengah kumparan kopling berbanding lurus dengan tegangan. Dan begitu pula sebaliknya.

(24)

DAFTAR PUSTAKA

Bueche, F. 2006. "Fisika Universitas Edisi Kesepuluh" . Jakarta: Erlangga.

Fisika, D.-D. 2012. "Fisika I". Surabaya: Yanasika Fmipa ITS.

Haliday, D. 1996. "Fisika Universitas II". Jakarta: Erlangga.

Ishaq, M. 2007. "Fisika Dasar Elektisitas dan Magnetisme". Yogyakarta: Graha Ilmu.

Tipler, P. 2008. "Physics for Scientist volume 2". New York: WH Freeman and Company.

Young, H. 2002. "Fisika Universitas". Jakarta: Erlangga.

Zemansky, S. 2012. "University Physics volume 13th"_._{USA: Inc : Pearson}