Konsep Gaya Magnet

Istilah magnet sering Sobat Pintar gunakan dalam kehidupan sehari-hari, bahkan kamu juga sering menggunakan magnet.

Menurut Sobat Pintar apa yang disebut dengan magnet?

Kata magnet berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki). Di wilayah tersebut terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu.

Penentuan kutub magnet batang dapat dilakukan dengan percobaan sederhana. Letakkan magnet batang di atas gabus lalu apungkan di permukaan air, maka ujung magnet yang menunjuk ke arah utara adalah kutub utara magnet, dan ujung magnet yang menunjuk arah selatan adalah kutub selatan magnet.

Magnet selalu memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub yang senama bila didekatkan akan saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda nama bila didekatkan akan saling tarik-menarik. Kutub-kutub ini selalu ada pada setiap magnet walaupun magnet tersebut dipotong menjadi potongan magnet kecil.

Cara Membuat Magnet

Pernahkan Sobat Pintar mencoba untuk mengubah besi menjadi magnet?

Benda-benda yang dapat ditarik kuat oleh magnet termasuk pada kelompok benda feromagnetik, misal besi, baja, kobalt, dan nikel. Benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet termasuk pada kelompok benda paramagnetik, misal magnesium, molibdenum, dan lithium. Benda-benda yang tidak ditarik oleh magnet termasuk kelompok benda diamagnetik, misal perak, emas, tembaga, dan bismut.

Besi dapat dijadikan magnet dengan cara menggosok. Besi digosok dengan arah yang tetap, agar magnet elementer dapat diatur untuk menuju ke satu arah saja.

Ujung kutub utara magnet yang digosokkan dari ujung besi B ke A akan mengubah besi menjadi magnet dengan kutub utara pada ujung B dan kutub selatan pada ujung A.

Jadi, ujung batang besi yang pertama kali digosok akan memiliki kutub yang sama dengan kutub magnet yang menggosoknya.

Baja dan besi dapat dijadikan magnet dengan cara menginduksi atau mendekatkannya dengan magnet selama beberapa waktu. Sifat magnet menunjukkan bahwa magnet akan saling tarik menarik jika kutub yang berbeda didekatkan, dan tolak-menolak jika kutub yang sama, sehingga ujung B akan menjadi kutub utara dan ujung A akan menjadi kutub selatan.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa ujung besi atau baja yang berdekatan dengan kutub magnet batang akan memiliki kutub yang berlawanan dengan kutub magnet penginduksinya.

Magnet juga dapat dibuat dengan cara meliliti besi atau baja dengan kawat penghantar yang dialiri arus DC. Magnet yang dibuat dengan cara demikian disebut elektromagnet.

Mengapa arus DC? Karena arus DC dapat menyamakan arah magnet elementer pada besi atau baja.

Teori Kemagnetan Bumi

Sobat Pintar, bumi adalah magnet raksasa. Bumi memiliki kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, dan kutub selatan magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi.

Mengapa demikian? Ketidaktepatan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi disebut deklanasi. Selain adanya ketidak tepatan penunjukan arah kutub utara dan kutub selatan magnet bumi, ternyata medan magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal bumi, atau yang disebut dengan sudut inklinasi.

Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik (partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya) yang mengancam kesehatan. Namun, karena adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi hanya akan masuk ke kutub-kutub bumi.

Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut diionisasi (peristiwa lepasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan agar elektron terlepas dari nukleon). Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian dikenal sebagai aurora.

Tahukah kamu di mana sajakah kita dapat melihat aurora?

Gaya Lorentz

Sobat Pintar, kita coba ahami tengang Gaya Lorentz.

Kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut dengan Gaya Lorentz. Adanya Gaya Lorentz dalam percobaan menimbulkan simpangan pada alumunium foil. Semakin banyak baterai yang dipasang pada rangkaian, maka semakin besar arus listrik dan besar Gaya Lorentz-nya.

Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik sebanding dengan gaya yang ditimbulkan, demikian juga dengan perubahan medan magnet yang diberikan. Akibat dari arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus, maka secara matematis, besarnya Gaya Lorentz dituliskan sebagai berikut.

F = B.I.L

Keterangan:
F = gaya Lorentz (Newton)
B = medan magnet tetap (Tesla)
I = kuat arus listrik (Ampere)
L = panjang kawat berarus yang masuk ke dalam medan magnet (meter)

Penentuan arah Gaya Lorentz, dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Perhatikan gambar berikut.

Selanjutnya, Sobat Pintar coba kerjakan latihan soal untuk menguji pemahaman kalian.

Latihan 1

Magnet hanya akan menarik bahan yang mempunyai kandungan partikel besi. Ada 3 jenis sifat bahan logam dilihat dari sifat kemagnetannya, logam aurum temauk dalam sifat …..

A. Feromagnetik

B. Diamagnetik

C. Auromagnetik

D. Paramagntik

Latihan 2

Jika magnet batang dipotong menjadi 3 bagian, maka bagian yang tengah....

A. hanya memiliki kutub selatan

B. mempunyai kutub utara dan selatan

C. tidak bersifat magnet

D. hanya memiliki kutub utara

Pendahuluan

Sobat Pintar, kita sudah mendiskusikan tentang beberapa fenomena yang berkaitan dengan listrik dan magnet.

Misal, di sekitar kawat berarus listrik terjadi medan magnet (induksi magnetik). Jika kamu ingat tentang kegiatan untuk memahami Gaya Lorentz, tentunya kamu ingat bahwa gaya dapat terjadi pada arus listrik di sekitar medan magnet.

Pembahasan lebih lanjut tentang elektromagnetik dilakukan dengan membahas konsep perubahan medan magnet dapat menghasilkan listrik, yang disebut induksi elektromagnetik.

Generator dan Dinamo AC-DC

Pernahkah Sobat Pintar mendengar istilah generator?

Generator adalah alat yang digunakan untuk merubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, energi air, dan sebagainya.

Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak-balik dengan cara menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah).

a) Generator AC    b) Generator DC

Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Mengapa lampu sepeda kayuh dapat menyala meskipun tidak diberi baterai? Mengapa nyala lampu akan semakin terang apabila kita mengayuh pedal sepeda dengan lebih cepat?

Ternyata pada sepeda terdapat dinamo yang berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyalakan lampu. Dinamo adalah alat yang berfungsi untuk merubah energi gerak menjadi listrik.

Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak pada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam).

Saat sepeda dikayuh dengan cepat, kumparan pada dinamo akan bergerak cepat sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat dan energi listrik yang dihasilkan menjadi lebih banyak.

Selain dengan mempercepat putaran kumparan, penggunaan magnet yang kuat, memperbanyak jumlah lilitan, dan penggunaan inti besi lunak dalam dinamo juga dapat mengakibatkan GGL induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat.

Transformator

Masih ingatkah Sobat Pintar bahwa sebelum dialirkan ke rumah-rumah penduduk, tegangan listrik dari PLN harus diturunkan? Bagaimana cara menurunkan atau menaikkan tegangan listrik?

Salah satu caranya adalah dengan menggunakan transformator. Berdasarkan penggunaannya, transformator dibagi menjadi dua jenis, yaitu transformator step-down dan transformator step-up. Transformator step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik, sedangkan transformator step-up berfungsi untuk  menaikkan tegangan listrik.

a) Transformator Step Down, b) Transformator Step Up

Besar kecilnya tegangan keluaran yang dihasilkan transformator sangat dipengaruhi oleh jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder. Jika jumlah lilitan primernya lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder juga akan lebih kecil daripada tegangan pada kumparan sekunder, dan transformator tersebut disebut transformator step down.

Namun, jika jumlah lilitan primernya lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan pada kumparan primer, dan transformator tersebut disebut transformator step up.

Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder. Hal ini mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:
W_p = energi primer
W_s = energi sekunder
I_p = arus primer
I_s = arus sekunder
N_p = lilitan primer
N_s = lilitan sekunder
V_p = tegangan primer
Vs = tegangan sekunder

Pada kenyataannya, tidak pernah dapat dibuat transformator dengan efisiensi sebesar 100% (ideal). Karena sebagian energi yang masuk ke dalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. Perhitungan efisiensi trafo yang tidak ideal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut.

Keterangan:
P_out = daya listrik pada kumparan sekunder.
P_in = daya listrik pada kumparan primer.

Sobat Pintar, jangan lupa mencoba untuk mengerjakan latihan soal ya....

Latihan 1

Peralatan di bawah ini yang menggunakan sifat induksi elektromagnetik yaitu....

A. solder listrik

B. televisi

C. dinamo sepeda

D. kipas angin

Latihan 2

Besar GGL induksi tidak dipengaruhi oleh....

A. besarnya kuat arus yang digunakan

B. jumlah lilitan kumparan

C. kecepatan gerakan keluar masuk magnet

D. kekuatan magnet yang digunakan

Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari-hari

Apa saja yang Sobat Pintar ketahui tentang penerapan elektromagnet dalam kehidupan kita?

Gejala elektromagnet sering digunakan masyarakat dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa penerapan elektromagnet tersebut dapat ditemui pada bel listrik, saklar listrik, dan telepon kabel. Jika di sekitarmu tidak terdapat benda-benda tersebut, tidak perlu risau, cermatilah penjelasan berikut!

Bel listrik

Coba perhatikan bel listrik yang ada di sekitarmu (jika ada). Selidiki cara kerja bel listrik tersebut! Pada saat tombol bel listrik ditekan, rangkaian arus menjadi tertutup dan arus mengalir pada kumparan. Aliran arus listrik pada kumparan ini mengakibatkan besi di dalamnya menjadi elektromagnet yang mampu menggerakkan lengan pemukul untuk memukul bel sehingga berbunyi.

Telepon Kabel

Tahukah kamu bahwa telepon kabel juga menggunakan prinsip kemagnetan? Saat menggunakan telepon, seseorang akan menerima pesan (mendengar) sekaligus mengirim pesan (berbicara).

Prinsip kerja telepon pada dasarnya mengubah energy listrik menjadi energi bunyi. Pada saat ada pembicaraan, energi listrik mengalir pada kabel telepon menimbulkan efek elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah sehingga mampu menggetarkan diafragma besi lentur pada speaker telepon.

Getaran pada speaker inilah yang akhirnya menggetarkan udara di sekitarnya dan memberikan efek “dengar” bagi telinga kita.

Kereta Maglev

Maglev merupakan kependekan dari magnetically levitated atau kereta terbang. Kereta maglev diterbangkan kurang lebih 10 mm di atas relnya. Meskipun rel dan kereta tidak menempel, kereta maglev yang super cepat yakni mampu melaju hingga 650 km/jam, tidak akan terjatuh dan tergelincir.

Hal ini disebabkan kereta maglev menerapkan prinsip gaya tolak menolak magnet serta didorong dengan menggunakan motor induksi.

Kereta maglev telah menjadi alat transportasi masal di beberapa negara maju seperti Jepang, Amerika, China, dan beberapa Negara di Eropa seperti Prancis, Jerman, dan London. Di Jepang, kereta yang menggunakan prinsip ini, yaitu kereta Shinkansen yang menghubungkan kota Tokyo, Nagoya, dan Osaka.

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

Apakah Sobat Pintar pernah melihat reaktor nuklir?

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan energi nuklir. Kerja pembangkit listrik konvensional, misalnya pembangkit listrik dengan menggunakan batubara, air dipanaskan menggunakan bahan bakar batubara hingga menguap.

Uap yang dihasilkan akan digunakan untuk menggerakkan turbin yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan generator. Cara ini, selain dapat mengurangi jumlah sumber daya alam yang tak terbaharui juga dapat mencemari lingkungan akibat pembakaran yang menghasilkan asap karbon, sulfur, dan nitrogen.

Pada PLTN panas diperoleh dari reaksi pemecahan inti atom (fisi) dalam suatu reaktor nuklir. Panas yang dihasilkan mampu mencapai 1,5 juta derajat celcius, hingga tidak ada satupun bahan di bumi yang mampu menahan energi panasnya. Agar partikel panas tersebut tidak menyebar ke lingkungan, digunakan botol magnet dengan medan magnet yang sangat besar.

Pemanfaatan nuklir sebagai sumber energi masih menjadi banyak perdebatan, Kira-kira apa ya penyebabnya?

Latihan 1

Peran magnet pada reaktor nuklir adalah....

A. Sumber energi

B. Penggerak turbin

C. Mengurangi polusi

D. Menahan partikel panas

Latihan 2

Prinsip kerja telepon adalah memanfaatkan berbagai energi berikut, kecuali....

A. Listrik

B. Magnet

C. Panas

D. Bunyi