Modul 7 Elektromagnet.docx

LANDASAN TEORI Elektromagnet adalah magnet yang terjadi karena aturan listrik pada kumparan berinti besi. Elektromagnet ini memiliki beberapa kelebihan dibanding magnet permanen. Kelebihan-kelebihan tersebut antara lain : 1.

Sifat kemagnetannya dapat diperbesar dengan cara memperbanyak

jumlah lilitan atau memperbesar arus listrik. 2.

Sifat kemagnetannya dapat dihilangkan dengan cara memutar arus

listrik, dan dapat ditimbulkan kembali dengan cara menyambung arus listrik, dan 3.

Kutub-kutub magnetnya dapat ditukar dengan cara mengubah arah

arus listrik. Besarnya medan magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik dipengaruhi oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil kuat medan magnetnya. Berdasarkan biotsavart, kuat medan magnet pada kawat lurus panjang tak terhingga adalah sebagai berikut :

𝐵=

μoI 2π𝑎

Untuk jumlah N lilitan, maka :

𝐵=

μoI N 2π𝑎

Keterangan : B= medan magnet dalam tesla(T) 𝜇𝑜 = 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑣𝑎𝑘𝑢𝑚(4𝜋. 10−7

wb/A.M)

I= kuat arus listrik dalam ampere(A) a= jarak titik p (tinjauan) dari kawat dalam meter(m)

Gambar medan magnet disekitar kawat lurus. Kemampuan catu daya mampu mensuplai arus hanya sekitar 5 A. Untuk mendapatkan arus yang besar digunakan bentuk kumparan melingkar beberapa lilitan. Dengan bentuk kumparan melingkar berapa lilitan, arus yang sama melewati titik yang sama beberapa kali yang akan ekivalen dengan arus besar melalui penghantar tunggal. Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat ditentukan dengan

𝐵𝑝 =

μoI a sin 𝜃 2r 2

𝐵𝑝 =

μoI a sin 𝜃 2r 2

Untuk sejumlah N lilitan, maka :

Keterangan : Bp= induksi magnet di p pada sumbu kawat melingkar dalam tesla(T) I= kuat arus pada kawat dalam ampere(A) a= jari-jari kawat melingkar dalam meter(m) r= jarak p kelingkaran kawat dalam meter(m) 𝜃 = 𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑟𝑎 𝑠𝑢𝑚𝑏𝑢 𝑘𝑎𝑤𝑎𝑡 𝑑𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠 ℎ𝑢𝑏𝑢𝑛𝑔 𝑝 𝑘𝑒 𝑡𝑖𝑡𝑖𝑘 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛 kawat dalam derajat(°) x= jarak titik p ke pusat lingkaran dalam meter(m)

Gambar medan magnet disekitar kawat melingkar. Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan. Apabila arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang. Solenoida adalah gabungan kawat melingkar dengan jumlah tertentu membentuk sistem yang disebut solenoida.

Gambar medan magnet disekitar solenoida. Besarnya medan magnet disumbu pusat solenoida dapat dihitung dengan rumus berikut :

𝐵0 =

μ0I N L

Keterangan : Bo= medan magnet pada pusat solenoid dalam tesla(T) 𝜇𝑜 = 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔 ℎ𝑎𝑚𝑝𝑎(4𝜋. 10−7 I= kuat arus listrik dalam ampere(A)

wb/A.M)

N= jumlah lilitan dalam solenoida L= panjang solenoid dalam meter(m) Hukum tangan kanan untuk menjelaskan terbentuknya garis gaya elektromagnet pada sebuah gulungan atau coil. Dimana sebuah gulungan kawat coil dialiri arus listrik maka arah arusnya ditunjukan sesuai dengan empat jari tangan kanan, sedangkan kutub magnet yang dihasilkan ditunjukkan dengan ibu jari untuk arah kutub utara dan kutub selatan arah lainnnya.

Gambar 7. Hukum tangan kanan. Untuk menguatkan medan magnet yang dihasilkan pada gulungan di pasangkan inti besi dan bahan elektrmagnet, sehingga garis yang elektromagnet menyatu. Aplikasinnya dipakai pada coil kontraktor atau relay. Elektromagnet adalah prinsip pembangkitan magnet dengan menggunakan arus listrik. Aplikasi praktisnya kita temukan pada motor listrik, speaker, relay dsb. Sebatang kawat yang diberikan listrik DC arahnya meninggalkan kita (tanda silang), maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet melingkar, lihat gambar 1. Sedangkan gambar visual garis gaya magnet didapatkan dari serbuk besi yang ditaburkan disekeliling kawat beraliran

listrik,

Gambar

1.

Prinsip elektromagnet.

Sebatang kawat pada posisi vertikal diberikan arus listrik DC searah panah, maka arus menuju keatas arah pandang (tanda titik). Garis gaya magnet yang membentuk selubung berlapis lapis terbentuk sepanjang kawat. Garis gaya magnet ini tidak tampak oleh mata kita, cara melihatnya dengan serbuk halus besi atau kompas yang didekatkan dengan kawat penghantar tsb. Kompas menunjukkan bahwa arah garis gaya sekitar kawat melingkar. Arah medan magnet disekitar penghantar sesuai arah putaran sekrup (James Clerk Maxwell, 1831-1879). arah arus kedepan (meninggalkan kita) maka arah medan magnet searah putaran sekrup kekanan. Sedangkan bila arah arus kebelakang (menuju

kita)

maka

arah

medan

magnet

adalah

Gambar 2. Garis magnet membentuk selubung seputar kawat berarus.

kekiri.

Gambar

3.

Prinsip

putaran

sekrup

Aturan sekrup mirip dengan hukum tangan kanan yang menggenggam, dimana arah ibu jari menyatakan arah arus listrik mengalir pada kawat. Maka keempat arah jari menyatakan arah dari garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan. Arah aliran arus listrik DC pada kawat penghantar menentukan arah garis gaya elektromagnet. Arah arus listrik DC menuju kita (tanda titik pada penampang kawat), arah garis gaya elektromagnet melingkar berlawanan arah jarum jam. Ketika arah arus listrik DC meninggalkan kita (tanda silang penampang kawat), garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan melingkar searah dengan jarum jam (sesuai dengan model mengencangkan sekrup). Makin besar intensitas arus yang mengalir semakin kuat medan elektro-magnet yang mengelilingi sepanjang kawat tersebut.

Gambar4.

Elektromagnet

sekeliling

kawat.

Elektromagnet pada Belitan Kawat Jika sebuah kawat penghantar berbentuk bulat dialiri arus listrik I sesuai arah panah, maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet yang arahnya secara gabungan membentuk kutub utara dan kutub selatan. Makin besar arus listrik yang melewati kawat, maka akan semakin kuat medan elektromagnetik yang ditimbulkannya.

Gambar 5. Kawat melingkar berarus membentuk kutub magnet

Jika beberapa belitan kawat digulungkan membentuk sebuah coil atau lilitan, dan kemudian dipotong secara melintang maka arah arus ada dua jenis. Kawat bagian atas bertanda silang (meninggalkan kita) dan kawat bagian bawah bertanda titik (menuju kita).

Gambar 6. Belitan kawat membentuk kutub magnet.

METODOLOGI PRAKTIKUM 1. Tujuan 1. Dapat

menggambarkan

sketsa

garis-garis

medan

listrik

disekitar

penghantar lurus, penghantar melingkar dan solenoida yang dialiri arus. 2. Mengetahui hubungan antara kuat arus dan garis-garis medan magnet yang terbentuk. 3. Mengidentifikasi perbedaan kuat medan magnet yang terbentuk disetiap penghantar dengan arus konstan. 2. Alat dan Bahan 2.2.1 Alat 1. catu daya 2. sakalar SPIT 3. kabel penghubung 4. penghantar lurus 5. penghantar melingkar 6. kompas perajah 2.2.2 Bahan 1. Solenoida 2. Serbuk besi 2.3 Tata Cara Praktikum 1. Siapkan alat-alat sesuai alat dan bahan 2. Susun pemakaian a) Sebelum perencanaan dimulai, pastikan catu daya mati dan saklar rangkaian terbuka, dan b) Pilih tegangan keluaran catudaya 2 V Oc. 3. Periksa kembali rangkaian yang sudah dibuat. 4. Taburkan serbuk besi pada penghantar lurus secukupnya. 5. Tempatkan beberapa kompas perajah pada permukaan kotak transparan mengitari kawat penghantar lurus. Amati arah semua jarum kompas perajah. 6. Nyalakan catu daya dan tutup saklar rangkaian. 7. Amati kembali arah jarum kompas perajah.

8. Pukul-pukul bagian pinggir atas penghantar lurus secara perlahan pada saat mengamati serbuk besi. Serbuk besi akan membentuk pola tertentu yang menunjukkan bentuk garis-garis medan magnet disektitar kawat lurus. 9. Naikkan arus secara perlahan pada catu daya dan amati perubahan yang terjadi. 10. Gambar pola garis-garis medan magnet disekitar kawat lurus pada lembar kerja. 11. Lakukan langkah-langkah 4-10 ntuk penghnantar melingkar dan solenoida. 12. Amati perbedaan pola garis-garais medan magnet yang terbentuk pada setiap penghantar.

PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 1. Pengumpulan data

2. Pengolahan data 1. Medan magnet penghantar lurus μo. I1 𝐵1 = 2π𝑎 4𝜋. 10−7 . 2,5 10−6 = = 2,5. 10−5 2𝜋. 0,02 0,04 𝐵1 =

μo. I2 2π𝑎

4𝜋. 10−7 . 5,0 2.10−6 = = 3. 10−5 2𝜋. 0,07 0,04 𝐵1 =

μo. I3 2π𝑎

4𝜋. 10−7 . 7,5 3.10−6 = = 7,5. 10−5 2𝜋. 0,02 0,04 2. Medan magnet penghantar melingkar μo. I1. a sin 𝜃 𝐵𝑚 = 2. 𝑟 2 =

4π. 10−7 . 1,25.0,02. sin 90 2. (0.02)2

10−8 Ω = = 1,25. 10−13 𝜋 8.10−4

𝐵𝑚 =

μo. I2. a sin 𝜃 2. 𝑟 2

=

4π. 10−7 . 5,0.0,022. sin 90 2. (0.02)2

=

4,4. 10−8 𝜋 = 5,5. 10−13 𝜋 8.10−4

𝐵𝑚 =

μo. I2. a sin 𝜃 2. 𝑟 2

=

4π. 10−7 . 7,5.0,022. sin 90 2. (0.02)2

=

6,6. 10−8 = 8,25. 10−13 𝜋 8.10−4

3. Solenoida (ujung) 𝜇𝑜.𝐼.𝑁 B(ujung) = L

=

4π. 10−7 . 1,25.20 7,5 10−5

= 7,5.10−8 𝜋 = 1.3. 10−8 𝜋 𝜇𝑜.𝐼.𝑁

B(ujung) = =

L

4π. 10−7 . 5.20 7,5. 10−2 4.10−5

= 7,5.10−3 = 5.3. 10−8 𝜋 𝜇𝑜.𝐼.𝑁

B(ujung) = =

L

4π. 10−7 . 7.5.20 7,5. 10−2 6.10−5

= 7,5.10−3 = 8. 10−8 𝜋

B(tengah) =

𝜇𝑜.𝐼.𝑁 2.L

=

4π. 10−7 . 1,25.20 2.3,5

=

4π. 10−7 . 1,25.20 7,5 10−5

= 7,5.10−2 = 1.3. 10−8 𝜋 B(tengah) =

𝜇𝑜.𝐼.𝑁 2.L

4π. 10−7 . 5.20 = 2.3,5 =

4π. 10−7 . 5.20 7,5. 10−2 4.10−5

= 7,5.10−2 = 5.3. 10−8 𝜋

B(tengah) =

𝜇𝑜.𝐼.𝑁 2.L

=

4π. 10−7 . 7,5.20 2.3,5

=

4π. 10−7 . 7,5.20 7,5. 10−2 6.10−5

= 7,5.10−2 = 8. 10−8 𝜋

ANALISA Dalam praktikum kali ini yaitu mengukur medan magnet penghnatar lurus, penghantar melingkar dan solenoida. Masing-masing pengukuran tersebut dilakukan dua kali pengukuran yaitu pengukuran sebelum diberi arus dan pengukuran setelah diberi arus. Masing-masing pengukuran tersebut juga menggunakan ampere(A) dan tesla(T), ampere tersebut antara lain yang pertama 2,5 ampere yang kedua 5,0 ampere dan yang ketiga7,5 ampere. Cara praktikumnya yaitu yang pertama psangkan catu daya ke medan magnet setelah itu amati medan magnet kemudian tabur medan magnet dan serbuk besi kemudiana amati. Pengukuran penghantar lurus didapat hasil 1,25. 2,5 dan3Ω pengantar melingkar 1,25, 2,5 dan3Ω. Hasilnya sama semua karena menggunakan ampere yang sama yaitu 2,5, 5,0 dan 7,5. Masing-masing pengukuran tersebut hasil dari tesla(B)nya adalah : 1. Penghantar lurus : 𝐵1 = 2,5.10−7 𝐵2 = 5.10−7 𝐵3 = 7,5.10−7 2. Penghantar melingkar : 𝐵1 = 1,25.10−13 Ω 𝐵2 = 5,0.10−13 Ω 𝐵3 = 8,25.10−13 Ω 3. Solenoida : 𝐵1 = 1,3.10−8 Ω 𝐵2 = 5,3.10−8 Ω 𝐵3 = 8.10−8 Ω Jumlah lilitan solenoida 20 lilitannya 1,5 panjangnya 7,5cm Io nya7,5.10−3 panjang ditengahnya 7,5 dibagi 2 jadi 3,5cm. Kemudian data-data tersebut diukur menggunakan rumus : 1. Medan magnet penghantar lurus : 𝐵 = 𝜇𝑜. 𝐼 Dilakukan 3 kali pengukuran hasilnya : 𝐵1 = 2,5.10−5 𝐵2 = 3.10−5 𝐵3 = 7,5.10−5

2. Medan magnet penghantar melingkar :

𝐵𝑚 =

𝜇𝑜. 𝐼. 𝑎 sin 𝜃 2. 𝑟 2

Dilakukan 3 kali pengukuran hasilnya : 𝐵1 = 1,25.10−13 π 𝐵2 = 5,5.10−13 𝜋 𝐵3 = 8,25.10−13 𝜋 3. Solenoida : ujung =

𝜇𝑜.𝐼.𝑁 𝐿

tengah= 𝜇𝑜. 𝐼. 𝑁 Dilakukan 3 kali pengukuran juga hasilnya : 𝐵1 = 1,3.10−8 𝐵2 = 5,3.10−8 𝐵3 = 8.10−8 Walaupun rumusnya beda tapi hasilnya tetap sama.

KESIMPULAN 1. Menggambar sketsa garis-garis medan listrik disekitar penghantar lurus, penghantar melingkar dan solenoida dapat dilakukan dengan cara menaburi serbuk besi ke medan listrik tersebut. 2. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya. 3. Medan magnet akan berbentuk jika diberi arus.