PENGENALAN MEDAN ELEKTROMAGNETIK

(1)

Praktikum Mesin-Mesin Listrik

Lab. Mesin-mesin Listrik

RESPONSI

(2)

PRAKTIKUM I

PENGENALAN MEDAN ELEKTROMAGNETIK

1. TUJUAN

▪ Mendeteksi bidang magnetik menggunakan kompas.

▪ Mengetahui visualisasi pola medan medan magnetik

▪ Mengetahui medan magnetik yang dihasilkan oleh arus listrik

2. ALAT –ALAT YANG DIGUNAKAN

▪ Power Supply

▪ Avometer

▪ Kompas

▪ Resistor 10 Ω

▪ Bubuk besi

▪ Selenoid

▪ batang besi, diameter 6mm, panjang 40mm 2 buah

▪ Kabel penghubung

▪ Kertas

▪ Penggaris

▪ Pensil

3. DASAR TEORI

Listrik dan magnet adalah dua hal yang tidak dapat dipisahkan, setiap ada listrik tentu ada magnet dan sebaliknya. Misalnya ada gulungan kawat tembaga dan pada gulungan tersebut kita alirkan listrik, maka akan timbul medan magnet, sebaliknya apabila kita menggerakkan magnet dekat gulungan tersebut, akan timbul listrik dalam gulungan itu.

(3)

Pada tahun 1820 seorang ilmuwan Denmark, Oersted, mengatakan bahwa arus listrik yang mengalir dalam sebuah kawat penghantar dapat menggerakkan jarum pada kompas. Dengan kata lain, medan magnet dihasilkan dari arus listrik.

Kompas terdiri dari jarum magnet yang diikat dengan gesekan yang dapat diabaikan ke poros. Salah satu ujung jarum kompas selalu mengarah ke bagian tertentu dari magnet penghasil medan, yang secara konvensional diidentifikasi sebagai kutub utara. Pada saat yang sama ujung lain dari jarum kompas terus-menerus ditarik oleh bagian lain dari benda magnetis yang sama yang diidentifikasi sebagai kutub selatan.

Magnet alami adalah sepotong bahan yang memiliki sifat khusus untuk menghasilkan medan gaya di ruang sekitarnya yang disebut medan magnetik. Salah satu sifat magnet adalah memiliki gaya tarik. Artinya apabila magnet diletakkan berdekatan dengan jenis-jenis logam tertentu akan menarik dan mempertahankan logam tersebut untuk tetap menempel padanya. Benda-benda logam apa saja yang ditarik oleh magnet disebut bahan magnetik, sedangkan benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet disebut bahan non magnetik

Sifat benda yang dapat ditarik oleh magnet terdapat tiga macam yaitu feromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik.

a. Feromagnetik adalah benda-benda yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet.

Contohnya adalah baja, besi, kobalt, dan nikel. Semua bahan paramagnetik memiliki sifat tetap termagnetisasi pada gilirannya ketika terkena medan magnet yang kuat dalam waktu yang cukup lama. Fenomena ini disebut Magnetisasi.

Magnetisasi dapat bersifat permanen atau sementara tergantung pada jenis bahan, bentuk dan ukuran potongan, dll. Magnetisasi, bahkan pada magnet permanen, dapat dibatalkan apabila magnet bersuhu tinggi.

b. Paramagnetik adalah benda-benda yang lemah ditarik oleh magnet. Jadi kalau ditarik tidak menempel dengan kuat alias mudah dipisahkan dari magnet. Contoh benda paramagnetik adalah alumunium, seng, dan platina.

c. Diamagnetik adalah benda-benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet. Contoh benda diamagnetik adalah kayu, kertas, air, dan plastik.

(4)

Medan magnet memiliki sifat menarik potongan bahan tertentu dengan kekuatan variabel tergantung pada jenis bahan. Contohnya adalah Besi, Baja, Kobalt, Nikel, Kromium, dll. Bahan lain ditolak oleh medan magnet contohnya adalah Bismut.

Medan magnet pada umumnya mengitari bagian-bagian kutub magnet. Medan magnet terdiri dari garis-garis fluks imajiner yang berasal dari partikel bermuatan listrik yang bergerak atau berputar

Secara garis besar ada dua jenis magnet berdasarkan bagaimana medan magnetnya tercipta, yaitu:

a. Magnet Permanen

Sifat kemagnetan pada magnet permanen adalah mampu menarik benda lain disekitarnya. Magnet terbagi menjadi dua macam yaitu yang pertama magnet permanen yang mampu mempertahankan kekuatan gaya magnet dalam waktu lama. Kedua adalah magnet sementara dimana gaya magnet akan timbul apabila diletakkan didalam medan magnet.

b. Elektromagnet

Elektromagnet adalah magnet yang medan magnetnya tercipta karena adnya arus listrik yang mengalir. Semakin besar arus yang diberikan, maka semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan.

Bagian-Bagian Magnet 1. Kutub Magnet

Kutub magnet adalah bagian magnet yang mempunyai gaya tarik menarik terbesar yang banyak dilekati serbuk besi. Kutub magnet terbagi menjadi dua kutub, yaitu: utara (N) dan selatan (S).

2. Sumbu Magnet

Sumbu magnet yaitu garis yang menghubungkan antara kedua kutub magnet.

3. Magnet Elementer

Magnet elementer adalah magnet yang paling kecil yang berupa atom.

Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai

(5)

arah yang cenderung sama/ beraturan dan benda yang tidak mempunyai sifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang).

Pada benda bukan magnet, magnet-magnet elementernya tersusun dengan arah yang berlainan atau arah yang acak sehingga tidak menimbulkan kutub magnet. Karena arahnya acak, gaya tarik-menarik dan tolak-menolak antar magnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet).

Bentuk-Bentuk Medan Magnet 1. Medan Magnet Pada Kawat Lurus

Bentuk garis medan magnet pada kawat panjang yang dialiri arus listrik berbentuk lingkaran konsentris mengelilingi kawat tersebut. Arah dari medan magnetnya tegak lurus terhadap kawat dan searah dengan jari-jari pada tangan kanan yang ditekuk, dan arah arusnya sesuai dengan arah ibu jari.

Gambar 1.3.1 Garis Medan Magnet Pada Kawat Lurus 2. Medan Magnet Pada Kawat Berbentuk Loop

Arus listrik yang mengalir pada kawat berbentuk loop menghasilkan medan magnet lebih terpusat pada bagian tengah dibandingkan pada bagian luar loop.

Gambar 1.3.2 Medan magnet pada kawat loop

(6)

3. Medan Magnet Pada Magnet Batang

Gambar 1.3.3 Medan magnet pada magnet batang 4. Medan magnet pada solenoid

Solenoid adalah kawat berarus listrik berbentuk loop yang biasanya dililitkan pada inti dari besi sehingga menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang seragam dihasilkan pada pusat solenoid, sedangkan medan magnet yang terbentuk diluar solenoid lebih lemah.

Gambar 1.3.4 Medan magnet pada solenoid Medan Magnet Pada Selenoid

Solenoid adalah kawat berarus listrik berbentuk loop yang biasanya dililitkan pada inti dari besi sehingga menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang seragam dihasilkan pada pusat solenoid, sedangkan medan magnet yang terbentuk diluar solenoid lebih lemah. Besar dari medan magnet yang dihasilkan sangat bergantung pada jumlah lilitan dan juga panjang dari solenoid.

Besar medan magnet di pusat solenoid:

(7)

Besar medan magnet di ujung solenoid:

Medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah solenoida memiliki pola yang sama dengan medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah batang dari bahan magnet yang memiliki panjang dan diameter yang sama. Adapun intensitas medan di dalam solenoida dirumuskan

Keterangan : N = Jumlah lilitan I = Arus

L = Panjang Selenoid

Persamaan Maxwell diterbitkan oleh ilmuwan “James Clerk Maxwell” di tahun 1860. Persamaan ini menceritakan bagaimana atom atau elemen dikenakan memberikan kekuatan listrik serta gaya magnet untuk setiap satuan muatan. Energi untuk setiap satuan muatan disebut sebagai medan.

Persamaan Maxwell adalah kumpulan dari empat persamaan, di mana setiap persamaan menjelaskan satu fakta Sejalan. Semua persamaan ini tidak ditemukan oleh Maxwell; Namun, ia menggabungkan empat persamaan yang dibuat oleh Faraday, Gauss, dan Ampere.

a. Hukum pertama adalah hukum Gauss yang ditujukan untuk medan listrik statis, mendefinisikan bahwa fluks listrik dari permukaan yang tertutup akan sebanding dengan seluruh muatan yang tertutup di permukaan.

b. Hukum kedua adalag hukum Gauss yang ditujukan untuk medan magnet statis, mendefinisikan bahwa derifasi medan magnet sama dengan nol. Hukum ini berlaku untuk fluks magnet melalui permukaan tertutup.

(8)

c. Hukum ketiga adalah hukum Faraday yang memberi tahu perubahan medan magnet akan menghasilkan medan listrik, mendefinisikan n bahwa bagaimana waktu mengubah medan magnet akan menciptakan medan listrik.

d. Hukum keempat adalah hukum Ampere Maxwell mengenai perubahan medan listrik akan menghasilkan medan magnet, yang mendefiniskan pembangkitan medan magnet dapat dilakukan dalam dua metode yaitu dengan arus listrik serta dengan mengubah medan listrik.

(9)

PENGENALAN MEDAN ELEKTROMAGNETIK

Medan Elektromagnetik

Medan elektromagnetik adalah medan yang terjadi akibat pergerakan arus listrik.

Arus listrik statis hanya akan menghasilkan medan listrik. Apabila arus listrik tersebut bergerak dari sumber menuju ke bebanakan dihasilkan pula medan magnet. Medan listrik juga dapat terbentuk akibat perubahan medan magnet. Medan magnet yang bergerak dapat menginduksi arus listrik bolak-balik dan sebaliknya arus listrik ini juga dapat menghasilkan medan magnet. Interaksi antara medan listrik dan medan magnet tersebut menghasilkan medan elektromagnet. Jadi medanelektromagnet dihasilkan oleh medan magnet dan medan listrik. Medan elektromagnet dapat berasal dari arus bolak-balik (AC).Medan listrik dihasilkan oleh muatan listrik yang muncul ketika potensial listrik muncul dan dapat menginduksi arus listrik.Medan elektromagnet muncul ketika arus listrik mengalir. Medan elektromagnetik yaitu semua partikel yang bermuatan listrik dan dikelilingi oleh medan listrik pula. Partikel yang bermuatan dan bergerak menghasilkan medan magnet. Ketika kecepatan perubahan partikel bermuatan makan medan elektromagnetik diproduksi. Pertamakali bidang elektromagnetik ditemukan pada abad ke 19, ketika fisikawan menyadari bahwa busur listrik (percikan api) dapat direproduksi dari kejauhan dan tanpa menghubungkan kabel diantara keduanya. Hal ini membuat ilmuan percaya bahwa ada kemungkinan bisa berkomunikasi jarak jauh tanpa menggunakan kabel. Pemancar radio yang pertamakali memanfaatkan busur listrik ini dan penerima yang terkait adalah sebagai menarik untuk orang-orang pada awal abad ke-20 sebagai internet pada saat ini. Ini adalah awal dari yang biasa kita sebut nirkabel komunikasi. Medan elektromagnetik (ME) biasanya dihasilkan dari arus (alternating AC) dalam konduktor listrik.

Frekuensi dari arus dapar berkisar dari satu siklus dalam ribuan tahun pada ekstrim yang rendah ke triliun atau quadrillions siklus per detik (pada suhu yang sangat tinggi).

Unit standar elektromagnetik adalah hertz. Sebuah frekuensi 1000 Hz adalah onekilohertz (kHz). Frekuensi 1000 kHz adalah salah satu megahertz (MHz).

Frekuensi 1000 MHz adalah salah satu gigahertz (GHz). Panjang gelombang elektromagnetik adalah terkait dengan frekuensi. Jika frekuensi F dari gelombang

(10)

elektromahnetik ditentukan dalam megahertz, dan W panjang gelombang ditentukan dalam meter (m). Maka dalam ruang bebas, keduanya berhubungan melalui rumus w

= 300 / f. Contohnya sebuah sinyal pada 100 MHz yang mmiliki panjang gelombang 3 m, atau sekitar 10 m. Rumus yang sama ini berlaku apabila frekuensi dalam GHz dan panjang gelombang ditentukan dalam milimeter (mm). Dengan demikian, sinyal pada 30 GHz akan memiliki panjang gelombang 10 milimeter atau sedikit kurang dari setengah inchi. Memang sulit menghitung melalui rumus seperti itu, apalagi bagi orang-orang yang tidak mengetahuinya. Akan lebih mudah jika kita mempunyai alat yang bisa mengukur medan magnet elektromagnetik tersebut. Sekarang sudah ada alat yang berguna untuk mengukur medan elektromagnetik, yaitu Emf Tester. Anda bisa mendapatkannya melalui website Alat Ukur Indonesia. Bidang energi EM disebut spektrum radiasi elektromagnetik . Dalam teori, ini memanjang dari panjang gelombang panjang untuk panjang gelombang pendek. Sementara dalam ilmu fisika elektromagnetisme, sebuah medan elektromagnetik adalah sebuah medan terdiri dari gabungan antara dua medan vektor yang berhubungan yaitu : medan listrik dan medan magnet [6].

Medan elektromagnetik merupakan gelombang yang dihasilkan oleh adanya sumber arus dan tegangan. Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh sumber listrik dibedakan atas medan listrik dan medan magnet. Medan listrik adalah suatu medan atau ruangan yang dapat menimbulkan gaya pada partikel di dalam medan tersebut. Medan listrik dapat timbul karena adanya partikel yang bermuatan listrik, sehingga medan listrik mempunyai arah sesuai dengan jenis muatan listrik penyebabnya, positif atau negatif. Suatu kawat penghantar yang bertegangan dan dialiri oleh arus listrik akan dilingkupi medan elektromagnetik. Partikel atau benda yang bermuatan listrik, di sekitarnya akan timbul medan listrik. Pada medan listrik, garis medannya mempunyai bagian awal dan akhir, yaitu berawal dari kawat penghantar yang bertegangan sebagai sumbernya dan berakhir pada struktur konduktif, misalnya tanah atau permukaan benda-benda yang berada di atas tanah dan merupakan titik akhir garis medan listrik tersebut . Medan magnet adalah suatu medan atau ruangan yang dapat menimbulkan gaya pada benda-benda magnet atau partikel bermuatan listrik. Medan magnet terbesar berada di dekat kawat penghantar dan akan

(11)

semakin kecil jika jarak semakin jauh. Dengan kata lain, kuat medan magnet makin melemah jika jarak dari sumber semakin jauh. Medan magnet akan menembus dan tidak dapat dihalangi oleh benda-benda yang tidak permeabel seperti tubuh manusia, bangunan, tanah dan pepohonan. Radiasi adalah suatu cara perambatan energi dari sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium, misalnya perambatan panas, perambatan cahaya, dan perambatan gelombang radio. Kehadiran medan listrik dan medan magnet di sekitar kehidupan manusia tidak dapat dirasakan oleh indera manusia, kecuali jika intensitasnya cukup besar dan terasa hanya bagi orang yang hipersensitif saja. Medan listrik dan medan magnet dibangkitkan oleh alam dan sudah ada sejak bumi serta alam semesta ini diciptakan. Medan listrik dan medan magnet yang dibangkitkan peralatan buatan manusia muncul sejak ditemukan energi listrik.

Secara teoritis elektron yang membawa arus listrik pada jaringan tinggi akan bergerak lebih cepat bila perbedaan tegangannya semakin tinggi. Elektron yang membawa arus listrik pada jaringan interkoneksi dan jaringan transmisi akan menyebabkan timbulnya medan magnet maupun medan listrik. Elektron bebas yang terdapat dalam udara di sekitar jaringan tegangan tinggi, akan dipengaruhi oleh adanya medan magnet dan medan listrik, sehingga gerakannya akan semakin cepat dan dapat menyebabkan timbulnya ionisasi di udara. Ionisasi dapat terjadi karena elektron sebagai partikel yang bermuatan negatif dalam gerakannya akan bertumbukan dengan molekul-molekul udara. Proses ini akan berjalan terus selama ada arus pada jaringan tegangan tinggi dan akibatnya ion dan elektron akan semakin berlipat ganda. Udara yang lembab karena adanya pepohonan di bawah jaringan tegangan tinggi akan lebih mempercepat terbentuknya pelipatan ion dan elektron yang disebut avalanche. Akibat yang ditimbulkan adalah akan menimbulkan korona berupa percikan busur cahaya yang sseringkali disertai dengan suara mendesis dan bau khusus yang disebut bau ozon [7].

Medan listrik adalah suatu medan yang mempunyai besar dan arah yang di sebabkan oleh adanya tegangan (volt).Kekuatan medan listrik bergantung pada tegangan di sumber atau jarak saluran di atas tanah. Besarnya kuat medan listrik berkurang dengan bertambahnya jarak dari sumber. Medan listrik di ukur dalam satuan volt per meter (V/m) atau kilo volt per meter (kV/m) [1 kV/m =1000 V/m].

(12)

Medan magnet adalah suatu medan yang mempunyai besar dan arah yang dibangkitkan oleh adanya arus listrik yang mengalir.Kekuatan medan magnet tergantung pada kuat arus yang dialirkan (dalam ampere) serta jarak dari sumbernya.

Induksi medan magnet berkurang dengan cepat jika makin jauh dari sumber. Jalur medan magnet biasanya melingkari sumbernya (konduktor) ukuran atau parameter yang digunakan untuk menyatakan keberadan medan magnet adalah kuat medan magnet (H) yang dinyatakan dalam satuan Ampere/meter atau (A/m) atau rapat fluksi magnet atau induksi magnet (B) yang dinyatakan dalam satuan Tesla (T) atau mili Tesla (mT) atau mikro Tesla (µT) [1 T = 1000 mT =1000000 µT].

Pemerintah telah mengatur kuat medan listrik dan induksi medan magnet di tempat kerja melalui surat keputusan Menteri Kesehatan RI No 261 tanggal 27 Februari tahun 1988 tentang Persyaratan Kesehatan Lingkugan kerja dengan besaran sebagai berikut :

1. Medan listrik : - Sepanjang hari kerja : 10 kV/m - Waktu singkat : 30 kV/m (s/d 2 jam per hari)

2. Medan Magnet - Sepanjang hari kerja : 0,5 Mt - Waktu singkat : 5 mT (s/d 2 jam per hari) -Tungkai dan lengan : 25 mT

Menurut Hukum Coulomb, gayatarik menarik antara dua muatan titik adalah berbanding lurus dengan besar tiap muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan dan arahnya terletak pada garis lurus yang menghubungkan antara kedua muatan dan besarnya tergantung pada medium dimana muatan berada [8].

Magnet

Magnet adalah material bahan yang memiliki sifat- sifat khusus untuk menghasilkan gaya Tarik maupun gaya tolak jika ditemukan dengan bahan atau material khusus lainnya. Awalnya magnet ditemukan dari dari pertambangan logam yang ditemukan logam dengan kemampuan menarik logam lainnya, meskipun tidak semua material logam dapat tertarik. Dari penemuan tersebut kemudian ada logam ada yang menarik kuat, lemah, dan tidak tertarik sama sekali. Istilah magnet berasal dari

(13)

bahasa Yunani magnitis lithos yang artinya batu magnesia. Wilayah Magnesia di Yunani tersebut menjadi wilayah yang memiliki kandungan batu magnet sangat banyak. Saat ini daerah tersebut bernama Manisa. Jika material magnet ada di antara serbuk besi, maka akan muncul banyak serbuk besi yang menempel di kedua magnet tersebut. Semakin ke bagian tengah maka serbuk besi tersebut akan semakin sedikit menempelnya karena magnet memiliki dua sudut yakni bagian di mana memiliki gaya Tarik yang paling kuat. Sehingga bagian tengah memiliki gaya Tarik yang lebih lemah dan cenderung netral. Berdasarkan asal materialnya, magnet memiliki berbagai jenis, yakni magnet alami dan buatan. Berikut ini jenis-jenis magnet yang perlu Grameds ketahui:

1. Magnet Alami

Magnet alami adalah material batu yang ditemukan pertama kali di wilayah Magnesia, Yunani dahulu kala. Magnet alami ini sudah memiliki sifat kemagnetan dari asalnya tanpa diolah dengan cara tertentu. Biasanya magnet alami berbentuk batu-batuan dengan ciri khas yang bersifat permanen. Itulah sebabnya magnet alami sulit dihilangkan sifat kemagnetannya. Magnet ini ditemukan sudah memiliki kemampuan gaya menarik benda disekitarnya tanpa campur tangan manusia, yakni terbentuk secara alami.

2. Magnet Buatan

Magnet buatan diciptakan karena disesuaikan dengan kebutuhan manusia dengan mengfungsikan sifat- sifat magnet. Tidak semua material dapat dijadikan magnet dimana bahan atau material yang memiliki magnet elementer saja yang bisa dijadikan magnet. Magnet itu terdiri dari dominan atau magnet yang elementer.

Magnet buatan juga dikategorikan menjadi beberapa jenis, seperti berikut ini:

a. Magnet Buatan Berdasarkan Lamanya Kekuatan Magnet dibagi menjadi magnet tetap dan magnet sementara yang memiliki fungsi dan sifat-sifatnya. Magnet tetap memiliki kemagnetan yang tetap jika domain atau magnet elementernya juga teratur. Misalnya baja yang magnet elementernya teratur secara tetap.

Sedangkan magnet sementara adalah magenta yang memiliki elementer yang mudah berantakan atau berserakan. Misalnya besi yang elementernya mudah diatur, namun mudah pula kekuatan magnetnya menghilang dan berserakan.

(14)

b. Magnet Berdasarkan Bahan dibagi menjadi tiga, yakni feromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik. Ketiga jenis magnet ini memiliki kekuatan magnet yang berbeda. Bahan magnet yang paling kuat adalah feromagnetik, sedengkan yang paling lemah adalah bahan paramagnetic. Bahan diamagnetic adalah bahan yang tidak bisa sama sekali dibuat menjadi magnet karena sifat material bahannya tidak memiliki sifat magnet elementer.

Karena buatan, ada cara untuk membuat magnet tersebut, seperti dengan cara digosok, arus listrik, dan cara induksi. Cara membuat magnet juga disesuaikan dengan kebutuhan pada material tertentu, termasuk pada kekuatan gaya magnet yang dihasilkan. Misalnya gaya magnet pada mesin industri kecil akan lebih lemah dibandingkan gaya magnet yang dibuat untuk peralatan industri besar, contohnya untuk mengangkat besi dan sebagainya [9].

Medan Magnet

Medan magnet adalah suatu ruangan atau suatu daerah yang dipengaruhi oleh gaya magnetik. Magnet memiliki garis-garis atau pola-pola medan magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan. Gelombang elektromagnetik merupakan interaksi antara medan listrik dan medan magnet. Selama abad ke delapan belas, banyak filsuf alam yang mencoba menemukan hubungan antara listrik dan magnet.

Muatan listrik yang stasioner dan magnet tampak tidak saling mempengaruhi. Tetapi pada tahun 1820, Hans Christian Oersted (1777-1851) menemukan bahwa ketika jarum kompas diletakkan di dekat kawat berarus listrik, jarum mengalami penyimpangan. Apa yang ditemukan Oersted adalah bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet. Salah satu contoh medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik adalah selonoida. Selonoiadal adalah nama lain dari kumparan yang dipanjangkan, seperti pada gambar di atas. Kuat medan magnet pada titik yang berada di pusat sumbu selonoida memenuhi persamaan berikut. Rumus induksi magnetik ditengah solenoid :

𝑩 = ^{𝝁₀ 𝒊 𝑵}

𝑳

Rumus induksi magnetik di ujung solenoid :

(15)

𝑩 = 𝝁₀ 𝒊 𝑵 𝟐𝑳 Keterangan :

Bp = medan magnet induksi (T) I = kuat arus (A) Wb/Am

N = jumlah lilitan

L = panjang solenoida (m)

Magnet memiliki dua buah kutub magnet yaitu kutub utara dan selatan. Dua kutub sejenis akan tolak menolak dan dua kutub yang tidak sejenis akan tarik-menarik.

Fenomena itu terjadi akibat adanya medan magnet. Medan magnet adalah daerah atau ruang di sekitar magnet dimana magnet lain atau benda lain yang mudah dipengaruhi magnet akan mengalami gaya magnetik jika diletakkan dalam ruang tersebut. Medan magnet dapat ditimbulkan dari kawat berarus listrik. Pada tahun 1820 seorang ilmuan Denmark Hans Christian Oersted (1777-1857) menemukan suatu gejala yang menarik.

Dalam percobaannya, ia menggunakan sebuah kompas jarum untuk menunjukkan bahwa ketika arus listrik mengalir pada seutas kawat, jarum kompas yang diletakkan pada daerah medan magnetik yang dihasilkan oleh kawat berarus menyebabkan jarum Kompas menyimpang dari arah utara selatan. Kemudian disimpulkan bahwa di sekitar kawat berarus timbul medan magnet. Medan magnet oleh kawat berarus inilah yang dinamakan dengan induksi magnet. Induksi magnet merupakan besran vector arahnya dapat ditentukan dengan menggunakan kaedah tangan kanan. Ibu jari sebagai arah arus I dan empat jari lain sebagai arah induksi magnet B. Sedangkan besar induksi magnetnya dipengaruhi oleh kuat arusnya I, jarak titik ke penghantar dan bentuk penghantarnya. Arah Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Berarus Listrik. Genggam kawat lurus dengan tangan kanan sedemikian hingga ibu jari menunjukkan arah kuat arus listrik. Maka arah putaran keempat jari yang dirapatkan akan menyatakan arah lingkaran garis-garis medan magnetik. Atau, apabila kawat berbentuk lingkaran maka arah putaran keempat jari yang dirapatkan akan menunjukkan arah putaran arus listrik, demikian sehingga ibu jari menyatakan arah garis-garis medan magnet [10].

(16)

Lab. Mesin-mesin Listrik 4. PROSEDUR PERCOBAAN

Percobaan I

1. Ambil selembar kertas kosong. Gambar garis sejajar horizontal dan vertikal dengan jarak 20mm.

2. Tempatkan kertas pada permukaan horizontal datar (atas meja) dengan batang di tengahnya, dengan sumbu sejajar dengan sumbu utama lembaran.

3. Tempatkan kompas secara berurutan pada setiap persilangan dari garis yang ditarik dan catat dengan panah arah yang ditunjukkan oleh kompas.

Percobaan II

1. Pertahankan kotak secara horizontal.

2. Ketuk dengan lembut sisi kotak dengan pensil untuk mendapatkan distribusi serbuk besi yang halus.

3. Tempatkan batang magnet pada kotak dan ketuk kembali sisi kotak hingga serbuk besi terdistribusi sedemikian rupa untuk menampilkan garis gaya medan magnet.

Percobaan III

1. Siapkan sistem pengujian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.4.1.

Pastikan inti besi dari solenoid (diameter silinder 6mm, panjang 40mm) berada di tempatnya.

Gambar 1.4.1

2. Periksa apakah kenop Penyesuaian Tegangan pada catu daya minimal, lalu hidupkan dan angkat kenop selama kira-kira 1A.

(17)

3. Dengan bantuan kompas, periksa pola medan magnet. Amati letak kutub utara dan selatan solenoida.

4. Putar kenop tegangan ke nol. Alihkan kabel output ke catu daya solenoida dengan arus negatif. Naikkan arus ini ke 1A. Dengan kompas menemukan kutub solenoida lagi.

Percobaan IV

1. Gunakan satu solenoid saja Gambar 1.4.2. Catu daya satu belitan hanya pada 0,5A DC. Lihat bagaimana batang besi ditarik ke arah bagian dalam solenoida.

Situasi yang berbeda terjadi dengan menggunakan inti aluminium dan kuningan. Naikkan arus magnetisasi menjadi 1A untuk melihat peningkatan gaya tarik pada inti besi.

Gambar 1.4.2

2. Hubungkan dua belitan solenoida secara seri Gambar 1.4.3 dan catu daya pada 1A DC.

Gambar 1.4.3

3. Dalam pengaturan kasus sebelumnya, balikkan koneksi salah satu dari dua belitan (Gbr. 7C). Efek magnetisasi dari dua belitan cenderung saling meniadakan.

(18)

Gambar 1.4.4

4. Catu daya belitan tunggal dari dua solenoida secara seri (Gbr. 7D). Lihat seberapa kuat inti besi tertarik menuju posisi tengah antara dua solenoida.

Gambar 1.4.5

5. Balikkan catu daya ke salah satu dari dua solenoida Gambar 1.4.6. Sekarang batang besi memiliki dua posisi stabil hanya di dekat ujung bebas masing- masing solenoida. Di bagian tengah, inti bagian tengah kedua selsnoid kosong karna adanya tindakan dari selenoid dan umumnya akan keluar ke salah satu dari dua ujung yang berlawanan.

Gambar 1.4.6

(19)

Lab. Mesin-mesin Listrik 5. TUGAS DAN JAWABAN

1. Buatlah contoh elektromagnetik sederhana (dengan gambar)!

2. Jelaskan keunggulan elektromagnetik dibanding magnet permanen!

3. Sebutkan 5 alat yang menggunakan prinsip elektromagnetik!

4. Jelaskan bagaimana cara memperkuat medan elektromagnetik!

5. Gambar denah dari rumah sampai ke UNSRI (Fakultas Teknik)!

6. Foto di Tugu FMIPA!

Jawaban :

1. Contoh elektromagnetik sederhana yaitu dengan menggunakan baterai, kawat tembaga, paku.

2. Keunggulan dari elektromagnetik dibandingkan dengan magnet permanen, diantaranya :

• Sifat kemagnetannya dapat diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah lilitan atau memperbesar arus listrik.

• Kekuatan magnetnya dapat diubah-ubah dengan mengatur besar aliran arus listrik.

• Sifat kemagnetannya dapat dihilangkan dengan cara memutus arus listrik, dan dapat ditimbulkan kembali dengan cara menyambung arus listrik.

• Kutub-kutub magnet dapat ditukar dengan cara mengubah arah arus listrik.

(20)

3. Contoh alat-alat yang menggunakan prinsip elektromagnetik, diantaranya :

• Televisi

• Radio

• Telepon Seluler

• Kompas

• Oven

4. Terdapat tiga buah cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat atau memperbesar medan magnet yang dihasilkan pada elektromagnetik, yaitu :

• Membuat inti besi pada kumparan

Cara yang pertama untuk memperbesar medan magnet yaitu dapat dilakukan dengan membuat inti besi di dalam kumparan yang dialiri listrik.

Besi yang dililit dengan kumparan, dan kemudian kumparan dialiri arus listrik maka besi tersebut akan menjadi magnet tidak tetap atau magnet permanen. Karena besi ini menjadi magnet maka gaya medan magnet yang dihasilkan akan menjadi besar sehingga besarnya medan magnet total yang dihasilkan ini didapat dari penjumlahan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan ditambah dengan medan magnet yang dihasilkan oleh inti besi.

• Menambah jumlah kumparan

Cara yang kedua yang dapat dilakukan untuk memperbesar medan magnet adalah dengan menambah jumlah lilitan pada kumparan. Kumparan yang dialiri listrik akan menghasilkan medan magnet sehingga bila lilitan pada kumparan semakin banyak maka akan membuat medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan tersebut semakin besar. Kuat meda magnet pada kumparan merupakan jumlah total dari medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing lilitan pada kumparan.

• Memperbesar arus listrik yang mengalir pada kumparan

Cara yang ketika untuk memperbesar medan magnet yaitu dapat dilakukan dengan memperbesar arus listrik yang mengalir pada kumparan. Besarnya arus listrik yang mengalir pada kumparan akan berbanding lurus dengan medan magnet yang dihasilkan.

(21)

Arus listrik merupakan banyaknya elektron yang mengalir setiap detik.

Elektron-elektron yang mengalir pada penghantar akan menghasilkan medan magnet. Dengan kata lain, bila arus listrik yang mengalir pada kumparan semakin besar maka medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan tersebut semakin besar pula dan sebaliknya semakin kecil arus yang mengalir pada kumparan maka semakin kecil pula medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan tersebut.

5. Denah dari rumah sampai ke UNSRI Fakultas Teknik.

6. Foto di Tugu FMIPA

(22)

(23)

6. ANALISA HASIL PERCOBAAN

Praktikum kali ini berjudul “Pengenalan Medan Elektromagnetik”, kami menggunakan alat-alat seperti power supply, avometer, kompas, resistor 10Ω, bubuk besi, solenoid, batang besi, kabel penghubung, kertas, penggaris, dan pensil. Pada percobaan pertama, kami melakukan percobaan pertama ini dengan tujuan untuk mengetahui bidang magnetik di sekitaran kompas. Sebelumnya kami menggambar terlebih dahulu garis-garis sejajar horizontal dan vertikal sehingga terbentuk beberapa kotak dengan jarak 2 cm. Kemudian diletakkan batang magnet tepat di tengah-tengah kertas. Selanjutnya kompas diletakkan dibawah batang magnet, tidak lupa juga kami menentukan kutub utara dan kutub selatan pada magnet tersebut, dengan mengingat bahwa kutub yang berbeda akan saling tarik menarik begitupun sebaliknya. Percobaan dilakukan dengan menggeser kompas dengan jarak satu kotak secara berurutan serta memberi tanda silang sesuai dengan arah jarum yang ditunjukkan pada kompas sehingga akan menghasilkan bentuk medan magnetnya atau daerah bidang magnetik yang didapat. Selanjutnya pada percobaan kedua, dilakukan percobaan dengan tujuan untuk memvisualisasikan pola medan-medan magnetik yaitu dengan cara meletakkan batang magnet diatas kotak wadah yang berisi serbuk besi, kemudian kotak wadah tersebut kami ketuk-ketuk dari atas kotak dan sisinya sehingga secara perlahan serbuk besi tersebut membentuk garis-garis gaya medan magnet yang terbukti pada percobaan ini sesuai dengan tujuan yaitu memvisualisasikan pola medan magnet. Pada percobaan ketiga, kami menggunakan solenoida dan inti besi yang terhubung dengan sebuah power supply serta menggunakan multimeter untuk mengetahui tegangan yang dialirkan. Arus listrik yang dialirkan ke power supply akan mengalir ke rangkaian solenoida sehingga akan terbentuk medan elektromagnetik pada solenoida, jarum kompas bergerak saat tegangan semakin ditingkatkan secara perlahan pula, perubahan pada jarum kompas dapat terlihat dengan gerak jarum yang bergerak semakin jauh.

Pada percobaan terakhir yaitu keempat, ketika A1 dihubungkan dengan power supply positif dan A2 ke negatif dan arus mula-mula dinaikkan ke 0,5 A, solenoida tidak saling tarik menarik pada inti besi. Maka diperlukan arus sebesar 1 A untuk menarik inti besi pada solenoida, kemudian saat 2 belitan solenoida dihubungkan secara seri A1-A2 dan B1-B2, hanya dibutuhkan arus sebesar 0,6 A untuk menggerakan inti besi.

(24)

Lab. Mesin-mesin Listrik 7. KESIMPULAN

1. Kutub yang berbeda dari dua magnet akan saling tarik menarik namun kutub yang sama akan saling tolak menolak satu sama lain.

2. Medan magnet paling kuat adalah di sekitar kutub magnet yang ditunjukkan oleh rapatnya garis-garis yang dibentuk oleh serbuk besi.

3. Semakin banyak jumlah lilitan pada kumparan, semakin besar pula gaya medan magnet yang dihasilkan.

4. Semakin besar arus yang diinput, semakin besar pula medan magnet yang dihasilkan.

.

(25)

DAFTAR PUSTAKA

Tim Asisten Laboratorium Mesin-Mesin Listrik, Modul Praktikum Mesin-Mesin Listrik. Unsri : Laboratorium Mesin-Mesin Listrik Teknik Elektro, 2023

[6] A. Prasetyo, D. Notosudjono, and H. Soebagja, “Studi Potensi Penerapan dan Pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Angin di Indonesia,” 2019.

[7] B. D. Syahputra, “UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Poliklinik UNIVERSITAS SUMATERA UTARA,” J. Pembang, 2019. https://text- id.123dok.com/document/dzx555j4q-pengertian-medan-elektromagnetik-radiasi- medan-eletromagnetik.html (accessed Sep. 29, 2023).

[8] A. I. A. Pramito, S. Haryati, and M. D. Bustan, “Pengaruh Medan Elektromagnetik terhadap Densitas dan Vikositas pada Vacuum Residue,” J. Rekayasa Proses, 2019.

https://pdfs.semanticscholar.org/d884/c8b1853939d842098a692e9c5c1903923c6e .pdf (accsessed Sep. 29, 2023).

[9] L. Nilawanti, “5 Sifat Magnet, Ini Penjelasan Pengertian, Jenis, Dan Bentuk Lengkapnya,” Gramedia, 2021. https://www.gramedia.com/literasi/sifat-magnet/

(accessed Sep. 29, 2023).

[10] A. A. Ardiansyah, R. Ardianti, and D. Nana, “MEDAN MAGNET,” Tasikmalaya, 2019.

(26)

LAMPIRAN 1.1 Lampiran Alat

Batang besi Modul B1103-F

Magnet permanen

Avometer digital

Ampereme ter

Power Suplay

(27)

Batang Besi Selenoid

Inti Besi+Selenoida Resistor 10 Ω

(28)

Lab. Mesin-mesin Listrik 1.2 Lampiran Percobaan

1.2.1 Percobaan 1

1.2.2 Percobaan 2

1.2.3 Percobaan 3

1.2.3.1 Kompas mulai bergerak pada tegangan 1,54 V

(29)

1.2.3.2 Kompas mulai bergerak pada tegangan 5,27 V

1.2.4.3 1½ Selenoid pada 0,46 A (Tarik Menarik) 1.2.4 Percobaan 4

1.2.4.1 ½ Selenoid pada 0,98 A (Tarik menarik)

1.2.4.2 1 Selenoid pada 0,5 A (Tarik menarik)

(30)