INDUKSI MAGNETIK
GUNAWAN UMAR
E1D1 11 024
FAKULTAS
TEKNIK
PROGRAM
STUDI S1 ELEKTRO
UNIVERSITAS
HALUOLEO
KENDARI
2 0 1 3
BAB I
PENDAHULUAN
Arus listrik dapat menghasilkan
(menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak
dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara
eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet
dikenal sebagai Hukum Ampere. Kedua, medan magnet yang berubah–ubah
terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan
listrik dalam bentuk arus listrik.Gejala ini dikenal sebagai gejala
induksi electromagnet.Konsep induksi elektromagnet ditemukan
secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry.
Hukum induksi elektromagnet
sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry. Dari kedua
prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri
yang berlaku dalam hukum alam , James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang
dikemukakan Maxwell , yaitu bahwa jika medan magnet yang
berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka sebaliknya boleh
jadi dapat terjadi.
Dengan demikian Maxwell mengusulkan
bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapatmenghasilkan (menginduksi)
medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang
menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan, dan gaya magnet ditumukan oleh
Lorentz sehingga dinamakan gaya Lorentz.
BAB II
PEMBAHASAN
A. MEDAN MAGNET
DI SEKITAR ARUS LISTRIK
1. Defenisi Medan Magnet
Medan magnet didefenisikan sebagai
daerah atau wilayah yang jika sebuah benda bermuatan listrik
berada pada atau bergerak didaerah itu maka benda tersebut akan mendapatkan
gaya magnetic. Adanya medan magnetic disekitar arus listrik dibuktikan oleh
Hans Christian Oersted melalui percobaan.(GIANCOLLI Jilid 2). Gaya yang
diberikan satu magnet terhadap yang lainnya dapat dideskripsikan sebagai
interaksi antara suatu magnet dan medan magnet dari yang lain. Sama seperti
kita menggambarkan garis-garis medan listrik, kita juga dapat menggambarkan
garis-garis medan magnet.
Garis-garis ini dapat digambarkan,
seperti garis-garis medan listrik, sedemikian sehingga:
1. Arah medan
magnet merupakan tangensial (garis singgung) terhadap suatu garis
dititik mana saja.
2. Jumlah garis
persatuan luas sebanding dengan besar medan magnet. (GIANCOLLI, Jilid 2).
Arah medan magnet pada suatu titik
bisa didefenisikan sebagai arah yang ditunjuk kutub utara sebuah jarum
kompas ketika diletakkan di titik tersebut. Gambar 1.1a menunjukkan
bagaimana suatu garis medan magnet ditemukan sekitar magnet batang dengan
menggunakan jarum kompas. Perhatikan bahwa karena defenisi kita, garis-garis
tersebut selalu menunjuk dari kutub utara menuju kutub selatan magnet (kutub
utara jarum kompas tertarik ke kutub selatan magnet).
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transformator&oldid=5250454"
Garis-garis medan magnet ditemukan
sekitar magnet Gambar Garis-garis medan magnet diluar magnet batang.
Arah kuat medan magnet Selama abad
kedelapan belas, banyak filsuf ilmu alam yang mencobamenemukan hubungan antara
listrik dan magnet. Muatan listrik yang stasioner danmagnet tampak tidak saling
mempengaruhi. Tetapi ketika pada tahun 1820, HansChritian Oersted adalah bahwa
arus listrik menghasilkan medan magnet. Ia telahmenemukan hubungan antara
listrik dan magnet. (GIANCOLLI, Jilid 2) Arah kuat medan magnetic di sekitar
arus listrik bergantung pada arah aruslistrik, dapat ditentukan dengan kaidah tangan
kanan. Perhatikan gambar berikut.
penentuan medan magnetic disekitar arus listrik dengan
kaidah tangan kanan Sesuai dengan aturan tangan kanan, bila ibu jari tangan .
menunjukkan araharus listrik maka arah jari-jari yang lain (yang digenggamkan)
menunjukkan arahgaris-garis medan magnet.
Induksi magnetik di sekitar kawat
berarus listrik a. Untuk kawat lurus dan panjang Medan magnet yang disebabkan
oleh arus listrik pada kawat lurus yangpanjang adalah sedemikian sehingga
garis-garis medan merupakan lingkarandengan kawat tersebut sebagai pusatnya
Anda mungkin mengharapkan bahwa kuat
medan pada suatu titik akan lebih besar jika arus yangmengalir pada kawat lebih
besar, dan bahwa medan akan lebih kecil pada titik yanglebih jauh dari kawat.
Hal ini memang benar. Eksperimen yang diteliti menunjukkan bahwa medan magnet B
pada titik didekat kawat lurus yang panjang berbanding lurus dengan arus I pada
kawat dan berbanding terbalik terhadap jarak r dari kawat,sehingga dirumuskan
sebagai : B Hubungan ini valid selama r, jarak tegak lurus ke kawat, jauh lebih
kecil dari jarak ke ujung-ujung kawat (yaitu, kawat tersebut panjang). Konstanta
pembanding dinyatakan sebagai , dengan demikian B=Nilai Konstanta µ0, yang
disebut permeabilitas ruang hampa, adalah µ0 = 4π x 10-7 Tm/A. (GIANCOLLI).
Kumparan Besar medan magnet dititik
: P di tengah-tengah sumbu kumparan, berarti 1 = 0 dan 2 = 180 B = µ0 . n . I P
di salah satu ujung kumparan, berarti 1 = 0 dan 2 = 90 : B= d. Untuk toroida
Toroida dapat dipandang sebagai solenoida yang dilengkungkan hingga sumbuhnya
berbentuk lingkaran (perhatikan gambar berikut ini).
Besar medan magnet didalam toroida :
B = µ0 . n .
I
n = Jumlah lilitan tiap satuan panjang n
N = Jumlah lilitan toroida
a = jari-jari kelengkungan sumbu toroida
B. GAYA MAGNET (GAYA LORENTZ)
1. Arah dan Besar Gaya Magnetik
Suatu penghantar arus listrik yang
berada dalam medan magnetic akan mengalami gaya yang disebut gaya
magnetic atau gaya Lorentz.Arah gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah (I)
dan arah induksi
magnetic (B).Besar gaya Lorentz dinyatakan oleh : F=I B
a.
Gaya Lorentz pada kawat berarus listrik
Apabila
kawat penghantar sepanjang L yang dialiri arus listrik I
ditempatkan pada daerah medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya
Lorentz yang besarnya dapat ditentukan oleh rumus : FL = B I sin α
Dengan :
FL = gaya
magnetic / gaya Lorentz (N) B = kuat medan magnet (T) I = Kuat arus listrik (A)
L = Panjang kawat (m).
b.
Gaya Lorentz pada kawat sejajar berarus listrik
Dua buah
kawat lurus berarus listrik yang diletakkan berdekatan akan mengalami gaya
Lorentz berupa gaya tarik – menarik bila bira arus listrik pada kedua kawat
tersebut searah , dan berupa gaya tolak – menolak bila arus listrik padakedua
kawat tersebut berlawanan arah. Besarnya gaya tarik – menarik atau tolak –
menolak diantara dua kawat sejajar berarus listrik yang terpisah sejauh a
seperti gambar diatas dapat ditentukan dengan rumus : F1 = F2 = F.
Dengan:
F1 = F2 = F
= gaya tarik-menarik atau tolak -menolak (N) µ0 = Permeabilitas vakum
( 4π x 10-7 Wb/Am) I1 = kuat arus pada kawat pertama (A) I2 = Kuat arus pada kawat kedua (A) = Panjang kawat penghantar
(m) a = jarak antara kedua kawat (m)c.
Gaya Lorentz
pada muatan yang bergerak dalam medan magnet Apabila muatan listrik q bergerak
dengan kecepatan v didalam medan magnet B,maka muatan listrik tersebut akan
mengalami gaya Lorentz yang besarnya ditentukan dengan rumus : FL = q v B sin α
Dengan :
q = Muatan
listrik (C)
V =
kecepatan gerak benda (m/s)
B = Kuat
medan magnet (T)
Α = Sudut
yang dibentuk oleh v dan B.
Arah gaya
Lorentz yang dialami sebuah partikel bermuatan q yang bergerak dalam sebuah
medan magnet adalah tegak lurus dengan arah kuat medan magnetdan arah dari
kecepatan partikel bermuatan tersebut.
Catatan :
Bila muatan q positif, maka arah v searah dengan arah
I Bila muatan q negatif, maka arah v berlawanan dengan I Apabila besarnya sudut
antara v dan B adalah 90o (v ┴ B), maka lintasan partikel bermuatan listrik
akan berupa lingkaran, sehingga partikel akan mengalami gaya sentripetal yang
besarnya sama dengan gaya Lorentz: FL = FS q v
B sin 90o = m R
Dengan :
R = jari – jari lintasan partikel
(m)
m = massa partikel (Kg)
v = kecepatan partikel (m/s)
B = Kuat medan magnet (T)
2. Definisi satuan
kuat arus listrik (Ampere)
Berdasarkan gaya antara dua kawat
sejajar yang dialiri arus listrik, kita bisa mendefinisikan besar arus satu
ampere. Misalkan dua kawat sejajar tersebut dialiri arus yang tepat sama, I1 =
I2 = I. Maka gaya per satuan panjang yang bekerja pada kawat 2 adalah F ,Jika I
= 1A dan a = 1m, maka : F = 2 x 10-7 N/m.
Dengan demikian kita dapat
mendefinisikan arus yang mengalir pada kawat sejajar besarnya satu amper jika
gaya per satuan panjang yang bekerja pada kawat adalah 2 x 10-7 N/m .
C. SIFAT
KEMAGNETAN SUATU BAHAN
Sifat kemagnetan suatu bahan di alam ini dapat di golongkkan
menjadi tiga, yaitu :
a. Bahan ferromagnetic, mempunyai
sifat : Ditarik sangat kuat oleh medan magnetic Mudah ditembus oleh medan
magnetic
b. Bahan paramagnetic, mempunyai
sifat : Ditarik dengan lemah oleh medan magnetik Dapat ditembus oleh medan magnetik
c.Bahan diamagnetik, mempunyai sifat
: Ditolak dengan lemah oleh medan magnetik Sukar, bahkan tidak dapat ditembus
oleh medan magnetik Sifat ferromagnetik
bahan pada umumnya dimiliki oleh bahan itu jika berada dalam fase padat.
Untuk fase cair, bahan-bahan seperti
besi dan tembaga tidak menunjukkan sifat ferromagnetik. Bahkan dalam bentuk
padat pun sifat ferromagnetik bahan bisa hilang jika suhunya dinaikkan melebihi
suhu cair. Diatas suhu cair, bahan ferromagnetik berubah sifatnya menjadi bahan
paramagnetik. Suhu cair untuk setiap bahan berbeda-beda, misalnya suhu cair
besi 770.C dan suhu cair nikel 368.C
D. GAYA
GERAK LISTRIK INDUKSI
1. Gejala
induksi elektromagnetik dalam kumparan.
Jika sebuah magnet batang digerakkan mendekati dan
menjauhi kumparan berulang-ulang, yang dihubungkan dengan galvanometer secara seri maka garis- garis gaya magnet yang
keluar masuk kumparan berubah-ubah. Karena adanya perubahan garis-garis gaya
magnet pada kumparan membuat timbulnya arus listrik dalam rangkaian.
Adanya arus ini ditunjukkan oleh
gerakan jarum galvanometer (G) yang naik turun. Arus dan gaya gerak listrik
yang timbul disebut arus dan gaya gerak listrik induksi, sedangkan gejalanya
disebut induksi elektromagnetik. Jadi, induksi elektromagnetik akan timbul kumparan
mengalami perubahan garis-garis gaya magnet (fluks magnetic).
2.Terjadinya
gaya gerak listrik induksi disekitar penghantar kawat penghantar ab bergerak
kekanan dengan kecepatan v memotong tegak lurus medan magnetic B.
Gerakan kawat ab tersebut akan menggerakkan
muatan-muatan listrik positif ke atas dan muatan-muatan negative kebawah. Akibatnya,
dia akan terkumpul muatan positif dan b akan terkumpul muatan negative.
Kejadian ini mirip dengan kutub
positif dan kutub negative baterai. Bila ujung a dan ujung b di hubungkan
dengan rangkaian luar sehingga terbentuk suatu rangkaian luar sehingga
terbentuk suatu rangkaian tertutup maka akan terjadi arus listrik (gerakan
muatan positif) kearah keluar dari a dan masuk ke b. jadi, penghantar yang
bergerak dalam medan magnetic dapat berfungsi sebagai sumber gaya gerak listrik
( seperti baterai ataupun akumulator).
Hukum faraday
Hubungan antara induksi magnetik
(B), panjang kawat (l ), dan kecepatan gerak(v), dengan gaya gerak listrik (E),
dapat dirumuskan sebagai berikut :
E = l . v .
B Sin cos
Keterangan:
Sin = sudut
antara v dan B
Cos = sudut antara F dan £4.
Hukum lenz
Hukum lenz tentang induksi
elektromagnetik menyimpulkan bahwa gaya listrik induksi yang terjadi akan
menghasilkan arus induksi yang arahnya sedemikian rupa,sehingga melawan
penyebab timbulnya gaya gerak listrik itu.
E. PENGARUH
PERUBAHAN FLUKS MAGNETIK TERHADAP GGL INDUKSI
1. Hukum Faraday-Henry
Besarnya GGL induksi (E) bergantung pada cepatnya
perubahan fluks magnetic ( ) yang dapat
dirumuskan sebagai berikut :
a. Untuk satu lilitan : E = -
b. Untuk N lilitan : E = -N
Ket :
tanda negative (-) pada rumus di
atas diambil sebagai upaya penyesuaian hukum lenz.
2. Fluks Magnetik
Fluks magnetic yang melalui suatu bidang dapat
didefenisikan sebagai besarnya induksi magnet (B) dikalikan dengan luas bidang
(A) yang tegak lurusterhadap medan magnet .
secara matematis dirumuskan sebagai berikut:
F = B . A Cos
Ket :
cos = wt = sudut antara medan magnetic dengan garis
normal bidang.
F. INDUKTANSI
1. GGL induksi akibat laju perubahan
arus
Perubahan GGL induksi (E) bergantung pada ceatnya
perubahan fluks (Ɵ) yang dapat
dirumuskan sebagai berikut : E = -L
Dengan:
L = induktansi diri
Arti induktansi diri (L) merupakan
konstanta kesebandingan antara perubahan fluks magnetic dan perubahan kuat
arus dan dirumuskan sebagai berikut : E = -N = -L L=N
Satuan induktsi diri adalah henry (H) dan dirumuskan
sebagai berikut: E = -L L=- N
Induktansi diri suatu penghantar dikatakan
1 henry (H) bila perubahan kuat arus 1 ampere tiap sekon menghasilkan GGL
induksi diri sebesar1 volt pada penghantar tersebut. (Intisari fisika SMA. :193)
Energi yang tersimpan dalam
konduktor Kerja total W untuk membangkitkan arus dalam rangkaian yang mengandug
kumparan hingga kuat arusnya sebesar I sama dengan energy yang tersimpan dalam
kumparan tersebut, yaitu sebesar : W = L I2 (Intisarifisika SMA. :194)
BAB III
PENUTUPAN
A.Kesimpulan
Adapun kesimpulan pada makalah ini adalah
1. Medan magnet
adalah daerah atau wilayah yang jika sebuah benda bermuatan listrik berada atau bergerak di daerah
itu maka benda tersebut akan mendapatkan gaya magnetik.
2. Arah kuat
medan magnetik disekitar arus listrik bergantung pada arah arus listrik dapat
ditentukan dengan kaidah tangan kanan.
3. Persamaan
induksi magnetik untuk kawat lurus dan panjang adalah: B=
4. Persamaan
induksi magnetik untuk kawat melingkar terbuka Dititik p a. Untuk sebuah
lilitan : B= b. Untuk N buah lilitan : B= Dititik 0, berarti a=r a. Untuk
sebuah lilitan: B= b. Untuk N buah lilitan : B=5. Persamaan induksi magnetik
umtuk kawat melingkar penuh dititik P a. Untuk sebuah lilitan B= Sin2 b. Untuk
N buah lilitan : B= Sin2. Di titik O,
berarti a = r dan sin = sin 90 = 1. a. Untuk sebuah lilitan : B= b. Untuk N
buah lilitan : B=3. Persamaan medan magnet yang terjadi dalam kumparan : B = 2π
k. n .I (cos - cos 2) B= I (cos 1 – cos 2) Besar medan magnet dititik : P di
tengah-tengah sumbu kumparan, berarti 1 = 0 dan 2 = 180 B µ0 . n . I P di salah
satu ujung kumparan, berarti 1 = 0 dan 2 = 90 : B=4. Persamaan medan magnet
yang terjadi dalam toroida:B=µ0.n.I
5. Arah gaya magnetik dapat ditentukan dengan
kaidah tangan kanan
6. Persamaan muatan listrik yang
bergerak dalam penghantar lurus FL = B I sin α
7. Persamaan muatan listrik yang
bergerak tanpa kawat FL = q v B sin α Tetapi bila tidak ada gaya lain yang memepengaruhi
maka berlaku rumus : FL = FS q v B sin 90o = m R=
8. Persamaan muatan listrik yang
bergerak pada dua kawat sejajar: F1 = F2 = F =
9. Hubungan antara induksi magnetik
(B), panjang kawat ( ), dan kecepatan gerak (v), dengan gaya gerak listrik (E),
dapat dirumuskan sebagai berikut : E = £ . v . B Sin cos
10.Besarnya GGL induksi (E)
bergantung pada cepatnya perubahan fluks magnetic ( ) yang dapat dirumuskan
sebagai berikut : Untukl satu lilitan : E=- Untuk N lilitan : E = -N
11.Fluks magnetik dapat di rumuskan
sebagai berikut : F = B . A Cos
12. GGL Induksi akibat laju
perubahan arus dirumuskan sebagai berikut: E = -L
13. Arti induktansi diri : E = -N =
-L L=N14.
DAFTAR PUSTAKA
Giancolli, Dauglas C.2001.Fisika Edisi v jilid II. Jakarta:
ErlanggaHalliday dan Resnick dkk.1997. Fisika jilid 2 Edisi 3. Jakarta :
Erlanggahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transformator&oldid=5250454”http//.www.google.sifat
kemagnetan bahan.co.idZaelani, Ahmad. 2006. Fisika Until SMA/MA.Bandung:
CV.YRAMAWIDYA
