Memahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari

KATA PENGANTAR

Dalam rangka peningkatan mutu pendidikan di SMP Terbuka, perlu adanya penyempurnaan modul sesuai dengan kurikulum yang berlaku saat ini. Oleh karena itu Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Pertama berupaya melakukan penyempurnaan modul SMP  agar sesuai dengan tuntutan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta

dapat memenuhi kebutuhan siswa, keadaan sekolah dan masyarakat sekitar.

Seiring dengan dinamika penyempurnaan tersebut, ditetapkanlah Peraturan MenteriPendidikan Nasional nomor 22 tahun 2006 tentang Standar Isi dan Peraturan MenteriPendidikan Nasional nomor 23 tahun 2006 tentang Standar Kompetensi Lulusan untukSatuan Pendidikan Dasar dan Menengah. Kedua peraturan tersebut merupakan pedomandalam penyusunan Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP).

Modul sebagai sumber belajar utama dalam proses pembelajaran bagi siswa SMP Terbukaini telah disusun sesuai dengan Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP). Dalampembahasannya modul ini telah mencakup seluruh Standar Kompetensi dan KompetensiDasar untuk mencapai kompetensi lulusan minimal tingkat Sekolah Menengah Pertama (SMP). Dengan disempurnakannya modul SMP ini diharapkan siswa memilikikompetensi yang memadai sesuai dengan tuntutan kurikulum yang berlaku.

Mengingat Kurikulum yang digunakan dalam penulisan modul ini adalah KurikulumTingkat Satuan Pendidikan (KTSP), maka masukan dan saran dari lapangan sangatdiharapkan untuk penyempurnaan baik isi maupun perwajahan modul ini di masa yangakan datang. Semoga modul ini dapat dimanfaatkan secara optimal sehingga mutu pendidikan SMP mengalami peningkatan sesuai dengan tuntutan jaman.

Substansi isi yang diuraikan pada setiap pokok bahasan menawarkan berbagai gagasan untuk dapat diuraikan siswa menjadi pemikiran-pemikiran yang mampu menumbuhkan inovasi baru. Dengan menggunakan buku ajar ( modul ), siswa akan dapat belajar dengan banyak cara dan mampu memaksimalkan potensi dirinya. Melalui upaya belajar marilah kita bersama-sama mempersiapkan diri menjemput era yang mutu dan berkualitas.

Semarang, juni 2011

Penulis

DAFTAR ISI

Kata Pengantar.........................................................................................................1

Daftar Isi...................................................................................................................3

Petunjuk Belajar.......................................................................................................4

TujuanPembuatanModul…......................................................................................5

Pendahuluan………………..........……………………..………………………….7

ISI

A.      Gejala kemagnetan dan cara membuat magnet ..........................................8

1.      Sifat kutub magnet….......................................................................8

2.      Kemagnetan bumi…….....................................................................14

B.      Pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi.......................................15

1.      Medan magnet di sekitar penghantar berarus listrik...............................15

2.      Pemanfaatan kemagnetan....................................................................19

3.      Gaya Lorentz.....................................................................................21

C.      Induksi elektromagnetik..........................................................................23

1.      Gaya gerak listrik induksi…..............................................................23

2.      Generator dan dinamo......................................................................28

3.      Transformator..........................................................................................29

Uji Kompetensi......................................................................................................31

Kunci Jawaban.................................................................................................35

DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................39

PETUNJUK BELAJAR

Buku ini memuat sepuluh modul untuk mata pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam Kelas IX Semester 2. Modul ini harus Kamu pelajari dan selesaikan dalam jangka waktu satu semester, baik melalui kegiatan belajar di TKB (Tempat Kegiatan Belajar) maupun belajar di luar TKB. Dalam mempelajari modul ini supaya diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

1. Belajar dengan modul keberhasilannya tergantung dari kedisiplinan dan ketekunan Kamu dalam memahami dan mematuhi langkah-langkah belajarnya.

2. Belajar dengan modul dapat dilakukan secara mandiri atau kelompok, baik di TKB atau diluar TKB.

3. Langkah-langkah yang perlu Kamu ikuti secara berurutan dalam mempelajari modul ini adalah sebagai berikut :

a. Usahakan Kamu (bila memungkinkan) memiliki buku paket Ilmu Pengetahaun Alam Kelas IX sebagai bahan pengayaan atau pendalaman materi, karena dalam modul ini diutamakan pada materi esensial/materi pokok/materi utama.

b. Baca dan pahami benar-benar tujuan yang terdapat dalam modul ini. Perhatikan materi pokoknya dan uraian materinya.

c. Bila dalam mempelajari tersebut mengalami kesulitan, diskusikan dengan temanteman yang lain. Dan bila inipun belum terpecahkan sebaiknya Kamu tanyakan pada guru pamong di TKB atau guru bina pada waktu tatap muka.

d. Setelah Kamu merasa memahami materi pelajaran tersebut, kerjakanlah tugas-tugas yang tercantum dalam modul ini, dalam lembar jawaban yang terpisah atau pada buku tulis Kamu.

e. Periksalah hasil penyelesaian tugas tersebut melalui kunci yang tersedia. Dan bila ada jawaban yang belum betul, pelajari sekali lagi materi yang bersangkutan. Bila semua kegiatan dalam satu modul sudah dapat diselesaikan dengan baik Kamu berhak mengikuti tes akhir modul yang diselenggarakan oleh guru bina atau guru pamong. f. Bila dalam tes akhir modul Kamu dapat mencapai nilai 65 Kamu dapat mempelajari modul berikutnya.

4. Urutan kegiatan di atas Kamu taati, agar Kamu lebih cepat berhasil mempelajari modul ini.

Selamat Belajar!

TUJUAN PEMBUATAN MODUL

Adapun tujuan dari pembuatan modul ini, antara lain :

v  Memudahkan siswa dan guru dalam belajar dan memahami materi pokok bahasan.

v  Memuat tentang rangkuman materi yang singkat, padat dan jelas.

v  Membantu siswa untuk mengembangkan evaluasi belajar.

MODUL SMP

Mata Pelajaran          : Ilmu Pengetahuan Alam

Kelas                        : IX

Semester                  : 2

Waktu                      : 12 x 40 menit

KEGIATAN SISWA

KEMAGNETAN

Penulis:

Muhmmad Anis Zakaria                (09330111)

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

2011

A.   PENDAHULUAN

Selamat atas keberhasilanmu dalam menyelesaikan modul Energi dan Daya Listrik, semoga tetap siap dan sehat wal’afiat untuk kembali mempelajari modul.

Pada modul ini akan dibahas tentang magnet dan sifat-sifatnya, terdiri dari 3 kegiatan :

Kegiatan 1 : gejala kemagnetan dan cara membuat magnet

Waktu untuk mempelajari 4 x 40 menit

                        

Kegiatan 2 : pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi

Waktu untuk mempelajari 4 x 40 menit

Kegiatan 3 : konsep induksi elektromagnetik

Waktu untuk mempelajari 4 x 40 menit               

Waktu : Dalam ke tiga kegiatan tersebut, sudah termasuk waktu untuk

mengerjakan tugas dan tes akhir modul

Untuk mempelajari kegiatan-kegiatan ini Kamu harus menyiapkan alat dan bahan seperti magnet, benda-benda logam dan bukan logam (besi, plastik), penggaris kompas, paku besar, paku kecil,kawat tembaga, baterai. dan tiang pendek (statif) untuk menggantungkan magnet. Supaya Kamu dapat menguasai materi dalam modul ini bacalah dengan teliti dan mempraktekkannya. Kamu pasti bisa mempelajarinya dengan cepat, karena materinya mudah dan pasti menyenangkan. Sekarang mari kita mulai dengan kegiatan yang pertama.

Selamat belajar.

            KEMAGNETAN

1. Kegiatan 1

Standar Kompetensi

Memahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar

Menyelidiki gejala kemagnetan dan cara membuat magnet.

Indikator

1.      Menunjukkan sifat kutub magnet.

2.      Menjelaskan cara membuat magnet dan sebab-sebab hilangnya sifat kemagnetan suatu bahan.

3.      Memaparkan teori kemagnetan bumi.

KEMAGNETAN BAHAN

Kita   dapat   menggolongkan   benda   berdasarkan   sifatnya. Pernahkah kamu melihat benda yang dapat menarik benda logam lain? Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada di dekatnya   disebut   kemagnetan.   Berdasarkan   kemampuan   benda menarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda  bukan  magnet.  Namun,  tidak  semua  benda  yang  berada  di dekat magnet dapat ditarik. Benda yang dapat ditarik magnet disebut benda  magnetik.  Benda  yang  tidak  dapat  ditarik  magnet  disebut benda nonmagnetik.Benda yang dapat ditarik magnet ada yang dapat ditarik kuat, dan   ada   yang   ditarik   secara   lemah.   Oleh   karena   itu,   benda dikelompokkan  menjadi  tiga,  yaitu  benda  feromagnetik,  benda paramagnetik, dan benda diamagnetik. Benda yang ditarik kuat oleh magnet  disebut  benda  feromagnetik.  Contohnya  besi,  baja,  nikel, dan kobalt. Benda yang ditarik lemah oleh magnet disebut benda paramagnetik. Contohnya platina, tembaga, dan garam. Benda yang ditolak  oleh  magnet  dengan  lemah  disebut  benda  diamagnetik. Contohnya timah, aluminium, emas, dan bismuth.

Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan magnet.  Benda  itu  ada  yang  mudah  dan  ada  yang  sulit  dijadikan magnet.  Baja  sulit  untuk  dibuat  magnet,  tetapi  setelah  menjadi magnet sifat kemagnetannya tidak mudah hilang. Oleh karena  itu, baja digunakan untuk membuat magnet tetap (magnet permanen). Besi mudah untuk dibuat magnet, tetapi jika setelah menjadi magnet  sifat  kemagnetannya  mudah  hilang.  Oleh  karena  itu,  besi digunakan untuk membuat magnet sementara.

 

Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Cobalah mengingat kembali teori partikel zat di kelas VII. rinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara membuat magnet, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.

1.      Membuat Magnet dengan Cara Menggosok

Besi  yang  semula  tidak  bersifat  magnet,  dapat  dijadikan magnet. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap. Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada  besi  letaknya  menjadi   teratur  dan  mengarah  ke  satu  arah.

2.   Membuat Magnet dengan Cara Induksi

Besi  dan  baja  dapat  dijadikan  magnet  dengan  cara  induksi magnet.  Besi  dan  baja  diletakkan  di  dekat  magnet  tetap.  Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi  magnet  tetap  yang  menyebabkan  letaknya   teratur  dan mengarah ke satu arah. Besi atau  baja akan menjadi magnet sehingga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.

Ujung  besi  yang  berdekatan  dengan  kutub  magnet  batang, akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi  menjadi kutub utara atau sebaliknya.

3.   Membuat Magnet dengan Cara Arus Listrik

_

Selain  dengan  cara  induksi,  besi  dan  baja  dapat  dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihu- bungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan  terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah  ke  satu  arah.  Besi  atau  baja  akan  menjadi  magnet  dan dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebut magnet listrik atau elektromagnet.

Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutub magnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan. Jika  arah  arus  berlawanan  jarum  jam  maka  ujung  besi  tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam  maka  ujung  besi  tersebut  terbentuk  kutub  selatan.  Dengan demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.

Setelah  kita  dapat  membuat  magnet  tentu  saja  ingin  menyimpannya. Agar sifat kemagnetan sebuah magnet dapat tahan lama, maka dalam menyimpan magnet diperlukan angker (sepotong besi) yang dipasang pada kutub magnet. Pemasangan angker bertu- juan untuk mengarahkan magnet elementer hingga membentuk rantai tertutup. Untuk menyimpan dua buah magnet batang  diperlukan dua  angker yang dihubungkan dengan dua kutub magnet yang berlawanan.  Jika berupa magnet U untuk menyimpan diperlukan satu angker yang dihubungkan pada kedua kutubnya.

 

Kita  sudah  mengetahui  benda  magnetik  dapat  dijadikan magnet. Sebaliknya magnet juga dapat dihilangkan kemagnetannya. Bagaimana  caranya?  Sebuah  magnet  akan  hilang  sifat  kemagnetannya jika magnet dipanaskan, dipukul-pukul, dan dialiri arus listrik bolak-balik.  Magnet  yang  mengalami  pemanasan  dan  pemukulan akan   menyebabkan   perubahan   susunan   magnet   elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah. Penggunaan arus AC menyebabkan arah arus  listrik  yang  selalu  berubah-ubah.  Perubahan  arah  arus  listrik memengaruhi letak dan arah magnet elementer. Apabila letak dan arah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang.

KUTUB MAGNET

Di awal bab ini kamu sudah mengenal istilah kutub magnet. Selanjutnya di bagian ini kamu akan lebih memperdalam sifat-sifat kutub magnet. Jika magnet batang ditaburi serbuk besi atau paku- paku kecil, sebagian besar serbuk besi maupun paku akan melekat pada kedua ujung magnet. Bagian kedua ujung magnet akan lebih banyak serbuk besi atau paku yang menempel daripada di bagian tengahnya. Hal itu menunjukkan bahwa gaya tarik magnet paling kuat  terletak  pada  ujung-ujungnya.  Ujung  magnet  yang  memiliki gaya  tarik  paling  kuat  itulah  yang  disebut  kutub  magnet.  Bagai- manakah menentukan jenis kutub magnet? Sebuah magnet batang yang tergantung bebas dalam keadaan setimbang,  ujung-ujungnya  akan  menunjuk  arah  utara  dan  arah selatan bumi. Ujung magnet yang menunjuk arah utara bumi disebut kutub utara magnet. Sebaliknya, ujung magnet yang menunjuk arah selatan bumi disebut kutub selatan magnet. Setiap  magnet  memiliki  dua  kutub,  yaitu  kutub  utara  dan kutub selatan.

Alat yang digunakan untuk menunjukkan arah utara bumi atau geografis disebut kompas. Kompas merupakan magnet jarum yang dapat bergerak bebas pada sebuah poros. Pada keadaan setimbang salah satu ujung magnet jarum menunjuk arah utara dan ujung lainnya menunjuk arah selatan. Kamu  sudah  mengetahui  bahwa  magnet  mempunyai  dua kutub,  yaitu  kutub  utara  dan  kutub  selatan.  Apabila  dua  kutub magnet didekatkan akan saling mengadakan interaksi. Jenis interaksi bergantung jenis-jenis kutub yang berdekatan.  Apakah yang terjadi jika  kutub  utara  sebuah  magnet    didekatkan  dengan  kutub  utara magnet lain? Atau sebaliknya, apakah yang terjadi jika kutub utara sebuah magnet  didekatkan dengan kutub selatan  magnet lain?

Untuk mengetahui interaksi antarkutub dua magnet, cobalah melakukan   kegiatan   berikut   secara   berkelompok.   Sebelumnya, bentuklah  satu  kelompok  yang  terdiri  4  siswa;  2  laki-laki  dan  2 perempuan.

Tujuan: Mengetahui interaksi antarkutub

Alat dan Bahan:

-   Magnet batang alnico

-   Benang

-   Spidol

-   Statif

- benang

- magnet

- magnet kertas

Cara Kerja:

1.  Ikatlah  sebuah  magnet  batang  di  tengah-tengahnya  dan gantungkan pada statif.

2.  Setelah dalam keadaan seimbang, dekati kutub magnet dengan kutub sejenis magnet yang lain.

3.  Amatilah keadaan magnet.

4.  Ulangi  cara  kerja  nomor  2-3,  tetapi  menggunakan  kutub magnet yang berlawanan jenis.

Pertanyaan:

1.  Apa  yang  terjadi  jika  dua  kutub  sejenis  berinteraksi  atau berdekatan?

2.  Apa yang terjadi jika dua kutub berlawanan jenis berinteraksi?

3.  Nyatakan kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu.

Kamu  sudah  melakukan  kegiatan  berupa  menginteraksikan dua magnet; jika kutubnya senama akan saling menolak tetapi jika kutubnya  berbeda  akan  saling  menarik.  Pada  saat  dua  magnet terpisah jarak yang jauh, belum terasa adanya gaya tarik atau gaya tolak. Makin dekat kedua magnet, makin terasa kuat gaya tarik atau gaya tolaknya.

Jika di sekitar magnet batang diletakkan benda-benda mag- netik, benda-benda itu akan ditarik oleh magnet. Makin dekat dengan magnet, gaya tarik yang dialami benda makin kuat. Makin jauh dari magnet makin kecil gaya tarik yang dialami benda. Ruang di sekitar magnet  yang  masih  terdapat  pengaruh  gaya  tarik  magnet  disebut medan magnet. Pada tempat tertentu benda tidak mendapat penga- ruh gaya tarik magnet. Benda yang demikian dikatakan berada di luar medan  magnet.  Medan  magnet  tidak  dapat  dilihat  dengan  mata. Namun, keberadaan dan polanya dapat ditunjukkan.

Garis-garis  yang  menggambarkan  pola  medan  magnet  di- sebut  garis-garis  gaya  magnet.  Garis-garis  gaya  magnet  tidak pernah  berpotongan  satu  sama  lainnya.  Garis-garis  gaya  magnet keluar dari kutub utara, masuk (menuju) ke kutub selatan. Makin banyak  jumlah  garis-garis  gaya  magnet  makin  besar  kuat  medan magnet yang dihasilkan. Apapun bentuknya sebuah magnet memiliki medan magnet yang digambar berupa garis lengkung.

Dua kutub magnet yang tidak sejenis saling berdekatan pola medan  magnetnya  juga  berupa  garis  lengkung  yang  keluar  dari kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet. Bagaimanakah kerapatan pola medan magnet dua kutub magnet yang makin berdekatan?

Pada  dua  kutub  magnet  yang  tak  sejenis,  garis-garis  gaya magnetnya  keluar  dari  kutub  utara  dan  masuk  ke  kutub  selatan magnet lain. Itulah sebabnya dua kutub magnet yang tidak sejenis saling tarik-menarik.

Pada dua kutub magnet yang sejenis, garis-garis gaya magnet yang  keluar  dari  kutub  utara  masing-masing  cenderung  saling menolak. Mengapa? Karena arah garis gaya berlawanan, terjadilah tolak-menolak  antara    garis-garis  gaya  yang  keluar  kedua  kutub utara magnet. Hal itulah yang menyebabkan dua kutub yang sejenis saling menolak.

Latihan

1.   Apakah  perbedaan  antara  kutub  utara dan kutub selatan sebuah magnet?

2.   Sebutkan  dua  sifat-sifat  kutub  magnet yang saling berdekatan.

3.   Apakah yang dimaksud medan magnet?

4.   Bagaimanakah  pengaruh  jumlah  garis gaya  magnet  terhadap  kekuatan  magnet?

KEMAGNETAN BUMI

1.   Bumi Sebagai Magnet

Kamu   sudah   mengetahui   sebuah   magnet   batang   yang tergantung  bebas  akan  menunjuk  arah  tertentu.  Pada  bagian  ini, kamu akan mengetahui mengapa magnet bersikap seperti itu. Pada umumnya   sebuah   magnet   terbuat   dari   bahan   besi   dan   nikel. Keduanya memiliki sifat kemagnetan karena tersusun oleh magnet- magnet  elementer.  Batuan-batuan  pembentuk  bumi  juga  mengan- dung  magnet  elementer.  Bumi  dipandang  sebagai  sebuah  magnet batang yang besar yang membujur dari utara ke selatan bumi. Mag- net bumi memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan bumi. Adapun kutub  selatan  magnet  bumi  terletak  di  sekitar  kutub  utara  bumi. Magnet  bumi  memiliki  medan  magnet  yang  dapat  memengaruhi jarum kompas dan magnet batang yang tergantung bebas.

Medan magnet bumi digambarkan dengan garis-garis leng- kung yang berasal dari kutub selatan bumi menuju kutub utara bumi. Magnet  bumi  tidak  tepat  menunjuk  arah  utara-selatan  geografis. Penyimpangan magnet bumi ini akan menghasilkan garis-garis gaya magnet  bumi  yang  menyimpang  terhadap  arah  utara-selatan  geografis. Adakah pengaruh penyimpangan magnet bumi terhadap jarum kompas?

2.   Deklinasi  dan  Inklinasi

Ambillah sebuah  kompas dan letakkan di atas meja dengan penunjuk  utara (N) tepat menunjuk arah utara. Amatilah kutub utara jarum kompas. Apakah kutub utara jarum kompas tepat menunjuk arah utara (N)? Berapakah sudut yang dibentuk antara kutub utara jarum kompas dengan arah utara (N)?

Jika kita perhatikan kutub utara jarum kompas dalam keadaan setimbang tidak tepat menunjuk arah utara dengan tepat.  Penyim- pangan jarum kompas itu terjadi karena letak kutub-kutub magnet bumi tidak tepat berada di kutub-kutub bumi, tetapi menyimpang terhadap letak kutub bumi. Hal ini menyebabkan   garis-garis gaya magnet bumi mengalami penyimpangan terhadap arah utara-selatan bumi.  Akibatnya  penyimpangan  kutub  utara  jarum  kompas  akan membentuk sudut terhadap arah utara-selatan bumi (geografis). Sudut  yang  dibentuk  oleh  kutub  utara  jarum  kompas  dengan  arah utara-selatan geografis disebut deklinasi (Gambar 11.15). Pernahkah kamu memerhatikan mengapa kedudukan jarum kompas tidak mendatar. Penyimpangan jarum kompas  itu terjadi ka- rena garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi (bidang horizontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas me- nyimpang naik atau turun terhadap permukaan bumi. Penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap bidang datar permukaan bumi. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan bidang datar disebut inklinasi (Gambar 11.16). Alat yang digunakan untuk menentukan besar inklinasi disebut inklinator.

Kegiatan 2

Standar Kompetensi

Memahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar                                         

Mendeskripsikan pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi.

Indikator

1.      Menjelaskan cara kerja elektromagnetik dan penerapannya dalam beberapa produk teknologi.

2.      Menemukan penggunaan gaya Lorentz pada beberapa alat listrik sehari-hari.

3.      Menyadari pentingnya pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi

Materi

MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS LISTRIK

Tujuan belajarmu adalah dapat:

menjelaskan sifat medan magnet di sekitar kawat berarus listrik.

Arah  penyimpangan magnet   jarum   kompas ketika  berada  di  sekitar arus listrik dapat diterang- kan sebagai berikut.

Anggaplah arus listrik terletak  di  antara  telapak tangan kanan dan magnet jarum  kompas.  Jika  arus listrik   searah   dengan keempat  jari,  kutub  utara magnet  jarum  akan  me- nyimpang  sesuai  ibu  jari. Cara penentuan arah sim- pangan magnet jarum kom- pas  demikian  disebutkai- dah telapak tangan kanan.

Medan  magnet  di  sekitar  kawat  berarus  listrik  ditemukan secara tidak sengaja oleh  Hans Christian Oersted (1770-1851), ke- tika akan memberikan kuliah bagi mahasiswa. Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akan bergerak (menyimpang). Penyimpangan magnet jarum kompas akan makin  besar  jika  kuat  arus  listrik  yang  mengalir  melalui  kawat diperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arus listrik yang mengalir dalam kawat.

Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidak dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi.

Perubahan   arah   arus   listrik   ternyata   juga   memengaruhi perubahan  arah  penyimpangan  jarum  kompas.  Perubahan  jarum kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.

Bagaimanakah  menentukan  arah  medan  magnet  di  sekitar penghantar berarus listrik?

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompas menyimpang berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub utara menuju kutub selatan, kutub utara jarum kompas menyimpang searah dengan arah putaran jarum jam.

1.   Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Gejala  penyimpangan  magnet  jarum  di  sekitar  arus  listrik membuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet.

Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat diterangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu peng- hantar berarus listrik digenggam tangan kanan. Perhatikan Gambar

11.18. Jika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang timbul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikian disebut kaidah tangan kanan menggenggam.

Tugas Individu !

Rancanglah suatu kegiatan untuk membuktikan adanya medan magnet  di  sekitar  penghantar  berarus  listrik.  Peralatan  yang  tersedia antara lain serbuk besi, penghantar, kertas, dan baterai. Gambarlah sketsa model kegiatanmu.

2.   Solenoida

Pada  uraian  sebelumnya  kamu  sudah  mempelajari  medan magnet yang timbul

pada penghantar lurus. Bagaimana jika peng- hantarnya  melingkar  dengan  jumlah  banyak?  Sebuah  penghantar melingkar jika dialiri arus listrik akan menghasilkan medan listrik seperti Gambar 11.19. Penghantar  melingkar  yang  berbentuk  kumparan  panjang disebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoida akan lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah penghantar melingkar,  apalagi  oleh  sebuah  penghantar  lurus.  Tahukah  kamu mengapa demikian?

Jika  solenoida  dialiri  arus  listrik  maka  akan  menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan solenoida berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan. Garis-garis gaya magnet pada solenoida merupakan gabungan dari garis-garis gaya magnet dari kawat melingkar. Gabungan itu akan menghasilkan  medan  magnet  yang  sama  dengan  medan  magnet sebuah   magnet   batang   yang   panjang.   Kumparan   seolah-olah mempunyai  dua  kutub,  yaitu  ujung  yang  satu  merupakan  kutub utara  dan  ujung  kumparan  yang  lain  merupakan  kutub  selatan.

ELEKTROMAGNET

Tujuan belajarmu adalah dapat:

menjelaskan  cara  kerja elektromagnet dan penerapannya dalam bebera- pa teknologi.

Masih ingatkah kamu cara membuat magnet menggunakan arus listrik? Di bagian ini kamu akan lebih mendalami tentang magnet listrik   tersebut.   Magnet   listrik   atau   elektromagnet   sangat   erat hubungannya dengan solenoida.

Medan magnet yang dihasilkan oleh solenoida berarus listrik tidak terlalu kuat. Agar medan magnet yang dihasilkan solenoida berarus listrik bertambah kuat, maka di dalamnya harus dimasukkan inti besi lunak. Besi lunak merupakan besi yang tidak dapat dibuat menjadi magnet tetap. Solenoida berarus listrik dan dilengkapi de- ngan besi lunak itulah yang dikenal sebagai elektromagnet.

1.   Faktor  yang  Memengaruhi  Kekuatan  Elektromagnet

Apakah  yang  memengaruhi  besar  medan  magnet  yang  dihasilkan elektromagnet? Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi.

Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medan magnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besi yang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalam solenoida,  makin  besar  medan  magnet  yang  dihasilkan  elektromagnet. Jadi kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung   besar kuat  arus  yang  mengalir,  jumlah  lilitan,  dan  besar  inti  besi  yang digunakan.

Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektromagnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

Dibandingkan magnet biasa, elektromagnet banyak mempu- nyai  keunggulan.  Karena  itulah  elektromagnet  banyak  digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa keunggulan elektromagnet antara lain sebagai berikut.

a.    Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi.

b.   Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan dengan  cara  memutus  dan  menghubungkan  arus  listrik  meng- gunakan sakelar.

c .   Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki.

d.   Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah arah arus listrik.

Kekuatan elektromagnet akan bertambah, jika:

a.  arus yang melalui kumparan bertambah,

b.  jumlah  lilitan  diperbanyak,

c.  memperbesar/memperpanjang inti besi

2.   Kegunaan  Elektromagnet

Beberapa  peralatan  sehari-hari  yang  menggunakan  elektromagnet antara lain seperti berikut.

a.   Bel  listrik

Bel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap solenoida  dililitkan  pada  arah  yang  berlawanan  (perhatikan  Gambar11.21).

Apabila sakelar ditekan, arus listrik akan mengalir melalui solenoida. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik  kepingan besi lentur dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan bunyi. Tarikan kepingan besi lentur oleh elektromagnet akan me- misahkan titik sentuh dan sekrup pengatur yang berfungsi sebagai interuptor.  Arus  listrik  akan  putus  dan  teras  besi  hilang  kemag- netannya. Kepingan besi lentur akan kembali ke kedudukan semula. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik  kepingan besi lentur dan  pengetuk  akan  memukul  bel  (lonceng)  menghasilkan  bunyi kembali. Proses ini berulang-ulang sangat cepat dan bunyi lonceng terus terdengar.

b.   Relai

Relai berfungsi sebagai sakelar untuk menghubungkan atau memutuskan  arus  listrik  yang  besar  pada  rangkaian  lain  dengan menggunakan arus listrik yang kecil. Ketika sakelar  S ditutup arus listrik  kecil  mengalir  pada  kumparan.  Teras  besi  akan  menjadi magnet  (elektromagnet)  dan  menarik  kepingan  besi  lentur.  Titik sentuh  C  akan  tertutup,  menyebabkan  rangkaian  lain  yang  mem- bawa arus besar akan tersambung. Apabila sakelar S dibuka, teras besi hilang kemagnetannya, keping besi lentur kembali ke kedudukan semula. Titik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lain terputus.

c.    Telepon

Telepon   terdiri   dari   dua   bagian   yaitu   bagian   pengirim (mikrofon)  dan  bagian  penerima  (telepon).  Prinsip  kerja  bagian mikrofon  adalah  mengubah  gelombang  suara  menjadi  getaran- getaran  listrik.  Pada  bagian  pengirim  ketika  seseorang  berbicara akan  menggetarkan  diafragma  aluminium.  Serbuk-serbuk  karbon yang  terdapat  pada  mikrofon  akan  tertekan  dan  menyebabkan hambatan  serbuk  karbon  mengecil.  Getaran  yang  berupa  sinyal listrik akan mengalir melalui rangkaian listrik.

Prinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang bunyi. Sinyal listrik yang dihasilkan mikrofon diterima oleh pesawat telepon. Apabila sinyal  listrik berubah-ubah mengalir  pada  kumparan,  teras  besi  akan  menjadi  elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah (perhatikan Gambar 11.23). Dia- fragma  besi  lentur  di  hadapan  elektromagnet  akan  ditarik  dengan gaya yang berubah-ubah. Hal ini menyebabkan diafragma bergetar. Getaran  diafragma  memengaruhi  udara  di  hadapannya,  sehingga udara akan dimampatkan dan direnggangkan. Tekanan bunyi yang dihasilkan sesuai dengan tekanan bunyi yang dikirim melalui mi- krofon.

d.   Katrol  Listrik

Elektromagnet  yang  besar  digunakan  untuk  mengangkat sampah logam yang tidak terpakai. Apabila arus dihidupkan katrol listrik akan menarik  sampah besi dan memindahkan ke tempat yang dikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, sampah besi akan jatuh. Dengan cara ini sampah yang berupa tembaga, aluminium, dan seng dapat dipisahkan dengan besi.

Kebaikan katrol listrik adalah:

a.    mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besar

b.   dapat  mengangkat/memindahkan  bongkahan  besi  yang  tanpa rantai

c .   membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan feromagnetik.

GAYA LORENTZ

Di   depan   telah   dijelaskan   bahwa   kawat   berarus   listrik menimbulkan medan magnet. Apakah yang terjadi jika kawat berarus listrik berada dalam medan magnet tetap?

Interaksi  medan  magnet  dari  kawat  berarus  dengan  medan magnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa ini terdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gaya magnet.  Hubungan  besaran-besaran  itu  ditemukan  oleh  fisikawan Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853-1928). Dalam penyelidikan- nya  Lorentz  menyimpulkan  bahwa  besar  gaya  yang  ditimbulkan berbanding  lurus  dengan  kuat  arus,  kuat  medan  magnet,  panjang kawat dan sudut yang dibentuk arah arus listrik dengan arah medan magnet.  Untuk  menghargai  jasa  penemuan  H.A.  Lorentz,  gaya tersebut disebut gaya Lorentz. Apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan.

Dengan: F = B . I . l

F = gaya Lorentz satuan newton (N)

B = kuat medan magnet satuan tesla (T).

l = panjang kawat satuan meter (m)

I = kuat arus listrik satuan ampere (A)

Berdasarkan rumus di atas tampak bahwa apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz bergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar. Kawat panjangnya 2 m berada tegak lurus dalam medan magnet 20 T. Jika kuat arus listrik yang mengalir 400 mA, berapakah besar gaya Lorentz yang dialami kawat?

Penyelesaian:

Diketahui:   l = 2 m

B = 20 T

I = 400 mA = 0,4 A

Ditanya:   F = … ?

Jawab:    F = l .  I . B

= 2  . 0,4 .20

= 16 N

Arah gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arahmedan  magnet.

 Untuk  menentukan  arah  gaya  Lorentz  digunakan kaidah  atau  aturan  tangan  kanan.  Caranya  rentangkan  ketiga  jari yaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian hingga membentuk sudut 90 derajat  (saling tegak lurus). Jika ibu jari menunjukan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (B) maka arah gaya Lorentz searah jari tengah (F). Dalam bentuk tiga dimensi, arah yang tegak lurus mendekati pembaca diberi simbol. Adapun arah yang tegak lurus menjauhi pembaca diberi simbol. Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalam medan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat yang menerapkan gaya Lorentz adalah motor listrik dan alat-alat ukur listrik. Motor listrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dan komputer.  Adapun,  contoh  alat  ukur  listrik  yaitu  amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter.

Istilah – istilah penting

interuptor :  pemutus  arus.

kemagnetan :  gejala fisika pada bahan yang memiliki kemampuan menimbulkan medan magnet.

kutub magnet :  kedua ujung besi (magnet) yang paling kuat daya tariknya.

magnet elementer :  bagian terkecil dari magnet yang masih mempunyai sifat magnet.

motor listrik :  alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

solenoida :  kumparan yang panjang.

Kegiatan 3

Standar Kompetensi

Memahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar

Menerapkan konsep induksi elektromagnetik untuk menjelaskan prinsip kerja

 beberapa alat yang memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik.

Indikator

1.    Menjelaskan hubungan antara pergerakan garis medan magnetik dengan terjadinya gaya gerak listrik induksi melalui percobaan.

2.    Menjelaskan prinsip kerja generator dan dinamo secara sederhana.

3.    Menjelaskan secara kualitatif prinsip sederhana cara kerja transformator.

4.    Mendeskripsikan kegunaan trafo dalam kehidupan sehari-hari.

Materi

Arus Induksi

Pada pembahasan mengenai magnet telah kita pelajari tentang penemuan Oersted bahwa disekitar penghantar berarus listrik terdapat medan magnet. Penemuan tersebut menunjukkan ada hubungan antara arus listrik dengan medan magnet. Michael Faraday berhasil menemukan adanya arus listrik yang ditimbulkan oleh medan magnet. Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnet yang dapat digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan tersebut.

Ø  Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis-garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan.

Ø  Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer.

Ø  Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak.

Apabila kutub sebuah magnet dimasukkan ke dalam sebuah kumparan. Maka garis-garis gaya magnetyang masuk ke dalam kumparan itu bertambah banyak. Sebaliknya bila kutub magnet dikeluarkan dari dalam kumparan, garis-garis gaya magnet di dalam kumparan berkurang. Dengan adanya perubahan jumlah garis gaya yang masuk ke dalam kumparan menyebabkan pada ujung-ujung kumparan timbul GGL induksi.

Dari penjelasan di atas disimpulkan bahwa GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnetdisebut induksi elektromagnetik. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir sehingga menggarakkan jarum galvanometer.

Melalui percobaannya Faraday menemukan bahwa jika jumlah garis-garis gaya magnet yang melingkupi sebuah kumparan berubah banyaknya maka pada ujung-ujung kumparan akan terjadi gaya gerak listrik (GGL)  atau beda potensial listrik. Selanjutnya jika ujng-ujung kumparan itu dihubungkan dengan penghantar maka melalui penghantar akan mengalir arus listrik bolak-balik (AC). GGL yang ditimbulkan sebagai akibat induksi magnet disebut GGL induksi, dan arus listrik yang mengalis karena adanya GGL induksi disebut arus listrik induksi.

1.      Gaya Garak Induksi (GGL) Induksi

Fluks magnetik (Φ = phi) adalah jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu bidang secara tegak lurus.

Menurut Michael Faraday “jika terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet yang terkurung di dalam kumparan menyebabkan timbulnya beda potensial pada ujung-ujung kumparan yang dinamakan GGL induksi.”

GGL induksi adalah beda potensial pada ujung-ujung penghantar yang ditimbulkan oleh adanya perubahan jumlah garis gaya magnet (fluks magnetik) yang masuk ke dalam kumparan. GGL induksi dapat menimbulkan arus induksi yang arahnya bolak-balik (arus AC).

1)      Faktor-faktor yang mempengaruhi GGL induksi :

a.       Jumlah lilitan kawat kumparan

Semakin banyak jumlah lilitan kumparan, maka GGL induksi yang ditimbulkan semakin besar.

b.      Kecepatan gerak magnet (perubahan jumlah fluks magnetik)

Semakin besar perubahan jumlah garis gaya magnet/fluks magnetik dalam kumparan, maka GGL induksi yang ditimbulkan semakin besar.

c.       Kekuatan magnet (intensitas magnet)

Semakin besar intensitas magnet yang digunakan, maka GGL induksi yang ditimbulkan semakin besar.

d.      Inti besi dalam kumparan

Adanya inti besi dalam kumparan, akan memperbesar GGL induksi yang ditimbulkan.

2)      Cara memperbesar GGL induksi

GGL induksi dapat diperbesar dengan cara :

a.       Menambah jumlah lilitan

b.      Memperbesar gerak magnet

c.       Memperbesar medan magnet

d.      Menambah inti besi lunak dalam kumparan

3)      Besar GGL induksi

Besar GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan dapat dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut :

Rumus GGL induksi :

εind = −N

Keterangan :

εind     = GGL induksi (volt) 

 N      = jumlah lilitan

      = perubahan jumlah garis gaya magnet ( weber)

        = selang waktu (sekon)  

4)      Cara-cara menimbulkan GGL induksi

a.       Menggerakkan magnet masuk dan keluar kumparan

Dengan menggerakkan magnet batang masuk dan keluar kumparan, menyebabkan garis gaya magnet yang masuk ke dalam kumparan berubah banyaknya. Perubahan jumlah garis gaya magnet tersebut menyebabkan timbulnya GGL induksi pada ujung-ujung kumparan.

b.      Memutar magnet di depan kumparan

Dengan memutar magnet di depan kawat kumparan menyebabkan perubahan jumlah garis gaya magnet, yang masuk ke dalam kumparan sehingga menimbulkan GGL induksi.

c.       Memutar kumparan di dalam medan magnet

Dengan memutar kumparan dalam medan magnet, menyebabkan adanya perubahan jumlah garis gaya magnet yang mempengaruhi kumparan sehingga terjadi GGL induksi.

d.      Menyambung dan memutus arus searah (DC) atay mengalirkan arus bolak-balik pada kumparan primer untuk menginduksi kumparan sekunder

Dengan cara menyambung dan memutus arus searah (DC) atau mengalirkan arus bolak-balik (AC) padsa kumparan primer maka pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul GGL induksi.

5)      Cara menentukan arah arus induksi

Jika magnet batang didekatkan, pada ujung kumparan timbul kutub magnet yang melawan/menolak kutub magnet dari batang (pada ujung kumparan yang didekati timbul kutub yang sejenis dengan kutub magnet yang didekatkan).

Jika magnet batang dijauhkan pada ujung kumparan timbul kutub magnet yang menarik kutub magnet batang (pada ujung kumparan timbul kutub yang berlawanan dengan magnet batang).

2.      Generator / Dinamo

Generator / dinamo adalah alat pembangkit arus bolak-balik (AC) dan alat untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.

Bagian-bagian dinamo adalah sebagai berikut :

a.       Rotor : bagian yang bergerak/berputar

b.      Stator : bagian yang diam

Prinsip kerja dinamo adalah kumparan berputar di dalam medan magnet atau magnet berputar diantara kumparan.

1)      Macam-macam generator/dinamo

a.      Generator arus bolak-balik (AC)

Komponen-komponennya :

Ø  Kutub-kutub magnet sebagai stator

Ø  Kumparan sebagai rotor

Ø  2 buah cincin

Ø  2 sikat karbon

b.      Generator arus searah (DC)

Pada generator arus searah (DC), 2 bagian cincin geser diganti dengan cincin belah (komutator). Cara memperbesar GGL induksi pada generator/dinamo :

·         Mempercepat putaran rotor

·         Memperbanyak jumlah lilitan

·         Memperbesar kekuatan magnet

·         Memberi inti besi dalam kumparan

Untuk menggerakkan rotor pada generator atau mesin pembangkit listrik dapat menggunakan beberapa macam sumber energi, antara lain :

v  Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

v  Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU)

v  Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

v  Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

v  Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG)

v  Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTB)

3.      Transformator (Trafo)

Transformator adalah alat untuk mengubah (menaikkan / menurunkan ) tegangan arus bolak-balik. Ada 2 macam trafo yaitu :

1)      Trafo step-up : fungsinya untuk menaikkan tegangan

(dari tegangan rendah ke tegangan tinggi)

2)      Trafo step-down : fungsinya untuk menurunkan tegangan

(dari tegangan tinggi ke tegangan rendah)

Pada trafo ada 2 macam kumparan :

1)      Kumparan primer, yaitu kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan.

2)      Kumparan sekunder, yaitu kumparan yang menghasilkan arus

Bagian-bagian trafo / keterangan :

Vp = tegangan primer

Vs = tegangan sekunder

Np = jumlah lilitan kumparan primer

Ns = jumlah lilitan kumparan sekunder

Ip = kuat arus kumparan primer (arus input)

Is = kuat arus kumparan sekunder (arus output)

Perbedaan trafo step-up dengan trafo trafo step-down

Hubungan antara jumlah lilitan (N), tegangan (V) dan kuat arus (I) :

Jumlah lilitan (N) berbanding lurus dengan tegangan (V) :

Rumus :     =

         

Jumlah lilitan (N) dan tegangan (V) berbanding terbalik dengan kuat arus (I)

Rumus :      =           

Prinsip kerja transformator :

1)      Jika kumparan primer dihubungakan dengan sumber tegangan arus bolak-balik, maka pada kumparan primer timbul perubahan jumlah garis gaya magnet.

2)      Perubahan jumlah garis gaya magnet dari kumparan primer menginduksi kumparan sekunder sehingga timbul arus bolak-balik pada kumparan sekunder.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan transformator :

1)      Transformator tidak dapat digunakan untuk mengubah tegangan arus searah (DC)

2)      Transformator tidak dapat memperbesar daya listrik

Pada trafo ideal :

1)      Mempunyai efisiensi 100 %

2)      Energi yang masuk kumparan primer (Wp) = energi yang masuk kumparan sekunder (Ws)

Wp = Ws

3)      Daya pada kumparan primer (Pp) = daya pada kumparan sekunder (Ps)

Pp = Ps           Maka : Vp . Ip = Vs . Is  

4.      Efisiensi Trafo ( η )

Efisiensi trafo adalah perbandingan antara daya sekunder dengan daya primer, atau perbandingan antara energi sekunder dengan energi primer.

Efisiensi trafo dinyatakan dalam % (prosen)

                                                                                                

Rumus : η =  x 100 %                        η =  x 100 %                   η = x 100 %

Keterangan :

η     = efisiensi trafo (%)                          Vp  = tegangan primer (volt)             

Wp  = energi primer (joule)                      Vs  = tegangan sekunder (volt)

Ws   = energi sekunder (joule)                 Ip   = arus primer (A)

Pp    = daya primer (watt)                                    Is   = arus sekunder (A)

Ps     = daya sekunder (waat)

Penggunaan transformator :

1)      Pada alat-alat radio                

2)      Tape recorder

3)      Catu daya (power supply)

4)      Stabilisator

5)      Transmisi daya listrik jarak jauh

5.      Induktor Ruhmkorff

Alat untuk menghasilkan GGL induksi tegangan tinggi dengan menggunakan arus searah bertegangan rendah. Induktor Ruhmkorff terdiri atas :

a.       Kumparan primer

Ø  Jumlah lilitan sedikit

Ø  Kawat pendek dan besar (tebal)

Ø  Tegangan rendah dan arus searah (DC)

b.      Kumparan sekunder

v  Jumlah lilitan banyak

v  Kawat panjang dan kecil (tipis/halus)

v  Menghasilkan tegangan sangat tinggi dan arus DC

6.      Transmisi Daya Listrik Jarak Jauh

Transmisi daya listrik adalah pengiriman/penghantaran daya listrik jarak jauh. Untuk mentransmisikan daya listrik dari pusat pembangkit listrik ke konsumen yang jaraknya sangat jauh digunakan transformator (trafo) dan tegangan tinggi.

Tujuannya adalah :

1)      Agar kuat arus yang mengalir kecil

2)      Daya dan energi listrik yang hilang menjadi lebih kecil

3)      Kawat penghantar yang digunakan lebih kecil, sehingga biaya lebih murah

Manfaat trafo pada transmisi daya listrik jarak jauh adalah sebagai berikut :

1)      Memperbesar atau memperkecil potensial listrik

2)      Mengurangi energi yang hilang diperjalanan

3)      Memperkecil arus listrik sehingga diperlukan kawat yang relative kecil

4)      Dengan menggunakan kawat kecil maka biayanya juga semakin kecil

 

I.                   Pililah jawaban yang tepat dengan memberi tanda silang ( x ) pada jawaban yang benar !

1.      Daerah pada magnet yang gaya magnet- nya terkuat disebut ....

a.       magnet

b.      medan magnet

c.       kutub magnet

d.      garis gaya magnet

2.      Daerah di sekitar magnet yang terdapat gaya-gaya magnet disebut ....

a.       kutub magnet

b.      medan magnet

c.       garis gaya magnet

d.      magnet elementer

3.      Dari bahan-bahan berikut, yang bukan bahan magnetik adalah ....

a.       gelas                c. kobalt

b.      besi                  d. nikel

4.      Jika jarak antara dua kutub magnet dijauhkan, maka gaya magnet yang timbul ....

a.       tetap                c. bertambah

b.      menjadi nol     d. berkurang

5.      Jika magnet batang dipotong menjadi tiga bagian, maka bagian yang tengah ....

a.       tidak bersifat magnet

b.      hanya memiliki kutub utara

c.       hanya memiliki kutub selatan

d.      memiliki kutub utara dan selatan

6.      Perhatikan gambar di bawah ini.

Sifat magnet batang yang benar ditunjukkan gambar ....

a.       ii dan iii           c. i dan ii

b.      ii dan iv           d. i dan iv

7.      Perhatikan gambar di bawah ini,

Bagian yang menunjukkan sudut inklinasi adalah .... 

a.       1 dan 3

b.      1 dan 4

c.       2 dan 3

d.      3 dan 4

8.      Sudut antara jarum kompas dengan arah utara sebenarnya disebut ....

a.       inklinasi

b.      deklinasi

c.       kutub

d.      bumi

9.      Sebuah magnet batang dipotongpotong menjadi tiga bagian. Susunan kutub-kutub magnet yang benar adalah ....

10.  Gambar garis gaya magnet pada magnet batang yang benar ditunjukkan gambar ....

11.    Kegiatan yang tidak menambah kekuatan elektromagnet adalah ....

a.       memperbesar arus listrik

b.      mengubah arah arus listrik

c.       memberi inti besi pada kumparan

d.      menambah jumlah lilitan

12.    Peralatan yang memiliki magnet tetap serta kumparan yang terus berputar karena arah arus listriknya berubahubah adalah ....

a.        bel listrik        c. galvanometer

b.      solenoida         d. motor listrik

13.    Ilmuwan yang menemukan arus listrik dapat menghasilkan medan magnet adalah ....

a.       Faraday           c.  Henry

b.      Oersted           d. a dan c benar

14.    Peristiwa timbulnya arus listrik akibat perubahan medan magnet disebut ....

a.       induksi elektromagnetik

b.      elektromagnetik

c.       transformator

d.      generator

15.    Generator dapat dipandang sebagai kebalikan dari ....

a.       galvanometer

b.      transformator

c.       motor listrik

d.      elektromagnet

16. Sebelum arus listrik PLN dari jaringan transmisi memasuki rumahmu, arus tersebut melalui ....

a.       komutator

b.      transformator step up

c.       transformator step down

d. voltmeter

17.  Alat-alat di bawah ini menggunakan prinsip kerja elektromagnetik, kecuali ....

a.       bel listrik                     c. relai

b.      telepon                        d. setrika listrik

18.    Sebuah transformator dihubungkan dengan tegangan 120 volt. Jika lilitan primernya 40 dan lilitan sekundernya 160, maka besar tegangan sekunder adalah ....

a.       30 volt           c. 480 volt

b.      160 volt         d. 640 volt

19. Di bawah ini kegunaan induksi elektromagnetik, kecuali ....

a.       menimbulkan arus induksi

b.      mengubah arus bolak-balik

c.       mengubah energi gerak menjadi energi listrik

d.      membangkitkan gaya gerak listrik induksi

20. Gaya Lorentz yang terjadi pada kawat lurus berarus listrik dapat diperbesar dengan cara ....

a. memperpendek kawat

b. memperbesar kuat arus

c. diberi magnet yang lemah

d. memperbesardiameter kawat

21.    Perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder sebuah transformator 2 : 5. Jika tegangan sekunder 120 volt, maka tegangan primernya adalah . . . . . .

a.       300 volt

b.      b. 120 volt

c.       c. 50 volt

d.      d. 48 volt

22.    Berikut ini hubungan yang benar antara banyaknya lilitan (N) dengan tegangan (V) yang benar adalah . . . . . .

a.       Vp x Vs = Np x Ns                                       c. Vp : Ns = Vs x Np

b.      Vp x Ns = Vs x Np                                       d. Vp x Vs = Ns x Np

23      Sebuah trafo mempunyai perbandingan lilitan primer dsan sekunder 5 : 3. Jika arus primernya 6 A, maka besar arus sekunder adalah . . . . . .

a.       3,6 A                           b. 10 A                                    c. 18 A                                    d. 30 A

24.    Energi yang masuk melalui kumparan primer sebuah trafo 600 J. jika energi yang keluar dari kumparan sekunder 450 J, maka efisiensi trafo adalah . . . . . .

a.       130 %                          b. 100 %                      c. 75 %                        d. 60 %

25.    Efisiensi sebuah trafo 90 %. Kumparan primernya dihubungkan dengan tegangan 200 volt. Ternyata pada kimparan sekunder dapat menghasilkan daya 90 watt. Maka kuat arus yang mengalir pada kumparan tersebut adalah . . . . . .

a.       0,5 A                           b. 1 A                          c. 1,1 A                       d. 2 A

II.       Isilah titik-titik dibawah ini dengan jawaban yang benar !!

1.      Ilmuwan yang pertama kali menemukan gejala induksi elektromagnetik adalah . . . . . .

2.      Alat yang dapat menimbulkan GGL induksi dengan prinsip kerja menggerakkan magnet disekitar kumparan adalah . . . . . .

3.      Trafo ideal memiliki efisiensi trafo sebesar . . . . . .

4.      Jumlah garis gaya magnet yang menembus bidang secara tegak lurus disebut . . . . . .

5.      Kumparan yang berputar dalam dynamo dinamakan . . . . . .

6.      Perbedaan generator AC dengan generator DC terletak pada bagian ……

7.      Efisiensi transformator selalu kurang dari 100 %, karena sebagian energi listrik berubah menjadi energi . . . . . .

8.      Transformator digunakan untuk mengubah tegangan listrik menjadi arus . . . . . .

9.      Alat yang digunakan untuk menghasilkan GGL induksi dengan tinggi dari arus searah bertegangan rendah adalah . . . . . .

10.  Transformator yang digunakan untuk menurunkan tegangan listrik bolak-balik adalah . . . . . .

III.                                                                                                                            Jawablah soal-soal berikut !!

1.      Jelaskan apa yang dimaksud dengan GGL induksi dan arus induksi !

2.      Sebutkan 3 (tiga) cara untuk menimbulkan GGL induksi !

3.      Sebutkan 4 faktor yang mempengaruhi GGL induksi !

4.      Sebuah kumparan terdiri atas 800 lilitan. Mula-mula melingkupi garis gaya magnet 1200 weber, 5 sekon kemudian melingkupi 1500 webwe. Hitung berapa GGL induksi yang timbul pada ujung kumparan !

5.      Jika ingin mendapatkan tegangan 5000 volt dari tegangan 220 V, berapakah jumlah lilitran sekunder jika lilitran primernya 100 lilitan ?   

KUNCI JAWABAN

1. c                  6. d

2. d                  7. a

3. a                  8. b

4. d                  9. d

5. d                  10. B

11. b                6. c

12. b                17. d

13. b                18. c

14. a                19. c

15. c                20. c

26. D

27. A

28. A

29. C

30. C

II. 1. Michael Faraday

2. Dynamo sepeda

3. 100 %

4. Fluks magnet

5. Rotor

6. Cincin

7. Kalor

8. Bolak-balik

9. Indoktor Ruhmkorff

10. Trafo step-down

III. 1. GGL indukasi adalah beda potensial pada ujung-ujung penghantar yang ditimbulkan oleh adanya perubahan jumlah garis gaya magnetyang masuk ke dalam kumparan.

            Arus indukasi adalah arus listrik yang mengalir karena adanya GGL induksi.

        2. a. Menggerakkan magnet masuk dan keluar kumparan

            b. Memutar magnet di depan kumparan.

            c. Memutar kumparan di dalam medan magnet.

        3. a. Jumlah lilitan kawat kumparan.

            b. Kecepatan gerak magnet.

            c. Kekuatan magnet.

            d. Inti besi dalam kumparan.

        4. Diketahui :       N = 800 lilitan

                                    ΔΦ = 1500 – 1200 = 300

                                    Δt = 5 sekon

            Ditanyakan :    εind. . . . . . ?

Jawab :   εind = −N

                                    = −800 x

                             = −800 x 60

                                    = −48000 V

            Jadi : GGL induksi adalah −48000 V

5.Diketahui :   Vp = 5000 V

Vs = 220 V

Np = 100 lilitan

Ditanyakan : Ns. . . . . ?

Jawab :       =

               =

              5000  = 22000

                            =

                                = 4,4 lilitan

DAFTAR PUSTAKA

Adnan Adjis, dkk, 1989, Fisika III, Jakarta, Pustaka Ilmu Lembar Kerja Siswa, PLG IPA Fisika, Jakarta, Direktorat Pendidikan Menengah Umum Ditjen Dikdasmen, Depdiknas

Matchen Kanginan, 1991, IPA ElsE/ca SMP Jilis/, Jakarta, Erlangga

Kanginan, Marhten, 1991, IPA – Fisika SLTP Jilid 3 , Jakarta, Penerbit Erlangga.

Soepono, M. Sc, dkk, 1981. Zat dan Energi, Jakarta, Depdiknas

Sri Sukabdiah Dra, dkk,1993, Fisika Seri Keterampilan Proses IPA Semester 5, Jakarta,

Penerebit Yudistira.

Sri Sukabdiah, Dra, dkk, 1993, Fisika IB-SLTP, Yudistira

Sudaryanto, Drs, dkk, 2008, Seri IPA – Fisika untuk SLTP, Jakarta, Rasindo.

Sudaryanto, Drs, dkk,2009 Fisika III, Bina Budaya

Widagyo Mangunwiyoto dan Harjono, 1992, Pokok-pokok Fisika SLTP Jilid 3, Penerbit Erlangga.

Sudibyo Ellok,dkk.2008. Mari Belajar IPA 3 Untuk SMP/MTs Kelas IX.Jakarta: Pusat Departemen Pendidikan Nasional.