Elektromagnet

Posted on July 14, 2016        Written by Ade

Pada jaman dahulu, sekitar 2000 tahun sebelum masehi, di sebuah daerah di Yunani bernama Magnesia ditemukan sebuah batu yang unik yang mana batuan itu dapat menarik benda-benda tertentu di sekitarnya.

s

Pada tahun 1600, William Gilbert menemukan medan magnet bumi, menemukan cara untuk membuat magnet dari besi dan bagaimana panas dapat menghilangkan sifat magnet dari suatu magnet. Magnet memiliki bagian yang sangat kuat kemagnetannya disebut medan magnet. Pada magnet batang, medan magnet terletak di daerah ujung-ujung magnet batang tersebut.

t

Untuk mengamati medan magnet dari sebuah magnet batang, kita dapat melakukan eksperimen dengan menggunakan sebuah magnet batang dan beberapa kompas yang berukuran kecil atau menggunakan pasir besi. Eksperimen ini dilakukan dengan menempatkan kompas-kompas tersebut atau pasir besi di sekitar magnet. Perhatikanlah bagaimana jarum-jarum kompas menunjuk ke arah tertentu di sekitar magnet.

u

Kemudian dengan menggunakan dua buah magnet, yang didekatkan kedua ujungnya, perhatikan bagaimana persebaran pasir besi apabila kutub-kutub yang didekatkan adalah kutub-kutub yang berlainan jenis dan kutub-kutub yang sejenis. Kutub magnet yang sejenis akan tolak – menolak. Kutub magnet yang berlainan jenis akan tarik – menarik.

v

Banyak sekali bentuk magnet yang ada di sekitar kita, dimulai dari magnet yang berbentuk batang, huruf U, silinder, bahkan bumi yang kita tempati ini memiliki medan magnet. Medan magnet bumi ini dapat mengakibatkan partikel-partikel bermuatan yang berasal dari matahari mengalami gaya yang mampu mengubah arah gerak mereka dan menghasilkan cahaya yang indah disebut aurora.

w

Agar sebuah magnet batang dapat bertahan lama sifat kemagnetannya maka kita dapat menyimpannya dengan menggunakan bantuan batang-batang besi untuk menghubungkan kedua kutubnya seperti pada gambar di bawah. Lebih menarik lagi, apabila kita potong sebuah magnet menjadi bagian-bagian yang lebih kecil maka kita akan mendapatkan magnet-magnet yang lebih kecil yang memiliki kutub-kutub utara dan selatan.

x

Perkembangan listrik dan magnet berjalan hampir bersamaan. Namun, sebelum sebuah percobaan yang dilakukan oleh Oersted (1777-1851), para ilmuwan masih beranggapan bahwa antara listrik dan magnet tidak memiliki hubungan. Suatu ketika ketika Oersted melakukan sebuah eksperimen yang berhubungan dengan listrik, dimana ia mengalirkan arus listrik melewati sebuah penghantar, secara tidak sengaja, di meja percobaannya ada sebuah kompas. Oersted mengamati bahwa jarum kompas tersebut bergerak ke arah tertentu. Oersted hampir tidak mempercayai apa yang sedang diamatinya, dia mengulang percobaan ini dan mendapati hasil yang sama. Dari percobaan Oersted inilah kemudian kita mengenal bahwa antara listrik dan magnet adalah berhubungan erat.

y

Untuk menentukan medan magnet di sekitar kawat yang dialiri arus listik, kita  dapat menggunakan aturan tangan kanan sebagai berikut, apabila ibu jari menunjukkan arah dari arus listrik maka putaran dari jari-jari yang lain menunjukkan arah dari medan magnet yang ada di sekitar kawat tersebut.

z

Besar medan magnet di tempat berjarak r disekitar kawat lurus panjang.

a1

Kitapun dapat menghasilkan medan magnet yang lebih kuat dengan cara membuat kawat penghantar tersebut melingkar dan terdiri dari banyak lilitan. Hal ini membuat medan magnet yang dihasilkan akan terkonsentrasi di pusat kawat yang dilingkarkan / digulung tersebut. Kawat penghantar yang digulung memanjang ini dinamakan solenoida.

a

Tidak lama setelah penemuan Oersted tersebut, Ampere (1775-1836) melakukan penyelidikan lebih lanjut dengan listrik dan magnet yang membawanya kepada sebuah penemuan yang tidak kalah penting. Ampere menemukan gaya yang terjadi antara dua kawat penghantar yang dialiri arus dan besarnya medan magnet yang dikarenakan oleh arus listrik yang mengalir.

b

Besar gaya magnet yang bekerja di suatu penghantar yang berada di dalam daerah bermedan magnet adalah F = B.I.l, dimana l adalah panjang kawat penghantar tersebut. Secara umum, Gaya magnet yang bekerja pada kawat penghantar ini adalah gaya yang sama yang terjadi pada partikel bermuatan listrik yang bergerak di daerah bermedan magnet.

Gaya magnet tersebut mengakibatkan lintasan gerak partikel mengalami pembelokkan dan kemudian melengkung membentuk suatu lingkaran. Gaya magnet tersebut menuju ke pusat lingkaran dan menjadi gaya centripetal dari partikel tersebut.

c

Hal ini telah dimanfaatkan untuk membelokkan partikel-partikel bermuatan listrik di laboratorium pusat pemercepat partikel bermuatan listrik.

Induksi Elektromagnetik

Percobaan yang dilakukan oleh Oersted memperlihatkan bahwa di sekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik terdapat medan magnet. Setelah percobaan Oersted tersebut, banyak ilmuwan berlomba-lomba untuk melakukan percobaan yang menggunakan magnet. Salah seorang yang berhasil memberikan sumbangan yang berarti adalah Michael Faraday. Pada tahun 1831, Faraday melakukan percobaan dengan menggerakkan suatu magnet ke dalam sebuah gulungan kumparan. Faraday mengamati ketika magnet tersebut bergerak keluar dan masuk di dalam kumparan, maka dihasilkan arus listrik

d

Prinsip sederhana dari percobaan Faraday adalah dimulai dengan pemahaman tentang besaran yang bernama fluks magnetik. Apabila sebuah medan magnet menembus suatu bidang penghantar, maka akan ada fluks magnetik yang menembus bidang itu dengan nilai yang besarnya :

e

Apabila ada komponen dalam fluks magnetik (B, A, dan θ) mengalami perubahan maka akan dihasilkan suatu tegangan listrik yang dinamakan GGL (gaya gerak listrik).Secara matematis,

f

Perhatikan contoh di bawah ini. Sebuah magnet didekatkan ke suatu kumparan dengan kutub utara menghadap ke arah kumparan. Pada saat medan magnet mendekati kumparan maka fluks magnet pada kumparan akan bertambah besar. Hal ini akan mengakibatkan timbulnya arus induksi pada kumparan tersebut. Arus induksi yang tim bul pada kumparan ini menghasilkan medan magnet induksi pada kumparan tersebut. Jika fluks yang timbul bertambah besar maka medan magnet induksi akan melawan fluks tersebut. Namun, apabila fluks yang timbul berkurang maka medan magnet induksi akan menarik fluks tersebut. Hal ini dikenal kemudian sebagai Hukum Lenz.

g

Hukum Lenz

Heinrich Lenz menyatakan bahwa jika suatu kumparan diletakkan di suatu medan magnet maka dapat menghasilkan listrik yang menghasilkan medan magnet induksi yang melawan medan magnet mula-mula.

h

Induktansi

i

Pada saat yang hampir bersamaan saat Faraday menemukan induksi elektromagnet di Inggris. Adalah Joseph Henry, salah seorang ilmuwan berkebangsaan Amerika juga berhasil menemukan prinsip yang sama. Namun, Faraday adalah orang yang pertama mempublikasikan penemuan induksi elektromagnet tersebut. Henry menemukan satu properti dari rangkaian listrik selain hambatan listrik dan kapasitas listrik, dinamakan induktansi. Untuk menghormati jasanya, maka satuan dari induktansi suatu rangkaian listrik (kumparan) diberi nama henry (H).

j

1 henry sama dengan induktansi yang menghasilkan tegangan sebesar 1 volt dari perubahan arus tiap waktu 1 Ampere/detik. Secara matematik, hubungan antara besar tegangan induksi, induktansi dan perubahan arus per satuan waktu adalah sebagai berikut:

Peristiwa-peristiwa yang menghasilkan induksi elektromagnetik

k

Kita telah memahami bahwa ketika suatu medan magnet digerakkan mendekati atau menjauhi suatu kumparan maka akan dihasilkan suatu tegangan induksi (GGL). Banyak peristiwa yang dapat menghasilkan tegangan induksi ini

    1. Menggerakkan magnet menjauhi dan mendekati sebuah kumparan.
    2. Menggerakkan sebuah kumparan yang terhubung dengan sumber arus menjauhi dan mendekati kumparan
    3. Menempatkan kumparan ke dalam kumparan lain, kemudian membuka dan menutup rangkaian listrik pada kumparan yang lebih dalam.

Tegangan induksi (GGL) dapat dihasilkan dengan metode-metode di atas karena besar medan magnet yang menginduksi mengalami perubahan. Selain dengan mengubah besar medan magnet yang menginduksi, tegangan induksi (GGL) dapat dihasilkan dengan mengubah luas bidang kumparan yang diinduksi (A).

Gambar di bawah ini merupakan sebidang kumparan yang ditembus oleh suatu medan magnet B.

m

Salah satu bagian dari bidang kumparan ini adalah kawat penghantar yang dapat digerakkan dengan kecepatan v. Pada saat kawat tersebut digerakkan maka luas bidang kumparan tersebut mengalami perubahan. Hal inilah yang dapat menghasilkan tegangan induksi (GGL). Arah arus induksi pada kawat penghantar yang bergerak dapat ditentukan menggunakan aturan tangan kanan di bawah ini. Kini dapat dibayangkan, kawat penghantar yang bergerak dengan kecepatan v ini seperti sebuah sumber tegangan (baterai) dimana memiliki beda tegangan sebesar B.L.v.

Selanjutnya selain dengan mengubah besar B, besar A, maka untuk menghasilkan suatu tegangan induksi dapat dilakukan dengan mengubah sudut θ yang dibentuk antara normal bidang kumparan A dengan arah medan magnet B. Proses ini dapat dijumpai pada generator listrik yang prinsipnya adalah mengubah energi gerak menjadi energi listrik.

n

Besar tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik yang diputar secara sinusoidal akan memenuhi persamaan

o

Untuk dapat menghasilkan tegangan yang polaritas (kutubnya) tidak berubah, maka pada kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sebuah cincin belah untuk membalik arah arus yang dihasilkan kumparan.

Transformator

Ada satu komponen elektronika yang dapat berfungsi untuk mengubah tegangan bolak balik menjadi lebih besar atau lebih kecil, dinamakan transformator (trafo). Trafo yang digunakan untuk menaikkan tegangan disebut trafo step-up dan trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan disebut trafo step-down. Pada trafo terdapat kumparan primer yang memiliki jumlah lilitan primer sebanyak Np dan kumparan sekunder yang memiliki jumlah kumparan sekunder sebanyak Ns. Kumparan primer terhubung dengan suatu sumber tegangan primer Vp dan kumparan sekunder nantinya akan menghasilkan suatu tegangan yang dinamakan tegangan sekunder (Vs).

p

q

Pada sebuah trafo berlaku hubungan antara kumparan primer dan kumparan sekunder sebagai berikut

r

Pada trafo terjadi transfer daya listrik dari kumparan primer kepada kumparan sekunder dimana trafo memiliki suatu efisiensi yang merupakan perbandingan antara daya yang dihasilkan di kumparan sekunder dengan daya pada kumparan primer.

s

Trafo ideal adalah trafo yang memiliki efisiensi 100 %.

Tentang Michael Faraday

Faraday (1791-1867) dilahirkan dari keluarga seorang tukang besi yang miskin. Ia tidak pernah menempuh pendidikan formal, seperti sekolah pada umumnya. Pada usia 13 tahun ia menjadi seorang penjilid buku dan dari pekerjaan inilah Faraday mulai tertarik kepada buku dan mempelajari banyak hal. Kemudian Faraday menjadi seorang asistan dari ilmuwan bernama Humphry Davy untuk menulis catatan kuliah yang disampaikan oleh Davy. Setelah penemuan Oersted di tahun 1820 dan penemuan Ampere tentang gaya yang bekerja pada penghantar yang berarus listrik, Faraday melakukan eksperimen yang membawanya ke penemuan akan prinsip motor listrik. Pada umumnya, motor listrik menggunakan magnet dan kawat penghantar listrik yang tersusun sedemikian rupa sehingga dapat berputar. Selain menemukan prinsip motor listrik, di tahun 1834 Faraday juga melakukan penyelidikan induksi elektromagnetik, yang secara terpisah juga dilakukan oleh seorang ilmuwan bernama Joseph Henry (1797-1878). Selain itu, Faraday adalah orang yang memperkenalkan konsep garis gaya yang menekankan peranan media penghantar efek gaya, yang kemudian membawa kepada konsep tentang medan (daerah yang memiliki pengaruh suatu gaya).

t



Leave a Reply


Calendar

September 2017
M T W T F S S
« May    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

Support Us

Galileo To Einstein is entirely supported and maintained by generous people who are very passionate about education. We will always improve its service and keep it for free for

View details

Sitemap