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.

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.

Latihan !1.   Apakah   pengaruh   arah   arus   listrik terhadap arah medan magnet?2.   Bagaimanakah pola medan magnet dari kawat berarus listrik?3.   Di manakah titik yang memiliki medan magnet  paling  kuat    pada  kawat  me lingkar berarus listrik?4.   Tentukan letak kutub utara dan 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.

Latihan1.   Apakah yang dimaksud elektromagnet?2.   Sebutkan tiga cara memperbesar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet.

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 besarb.   dapat  mengangkat/memindahkan  bongkahan  besi  yang  tanpa rantaic .   membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan feromagnetik.

Latihan

1.   Mengapa menambah jumlah lilitan dapat menghasilkan kemagnetan yang lebih besar?2.   Bagaimana  cara  penentuan  elektromagnet?

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 ADitanya:   F = ... ?Jawab:    F = B x I x l                  = 20 x 0,4 x 2                  = 16 N

Arah gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arah medan  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.

Latihan !1. Sebutkan  tiga  cara  memperbesar  gaya Lorentz  yang  ditimbulkan kawat  berarus dalam medan magnet !2. Berdasarkan gambar berikut, tentukan besarnya gaya Lorentz. (I = 4 A, B = 8 T, l = 10 m) 

3. Tentukan arah gaya Lorentz gambar berikut. 

Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakan pada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.

Istilah - istilah pentinginteruptor :  pemutus  arus.kemagneta n :  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.relai :  alat yang bekerja atas dasar penggunaan arus yang kecil untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar.

Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamu

1.  Sebutkan  sifat-sifat  dua  kutub  magnet yang saling berdekatan.2.  Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi besar  medan  magnet  yang  dihasilkan oleh elektromagnet.3.  Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi besarnya gaya Lorentz.4.  Sebuah kawat panjangnya 10 m berada tegak lurus dalam medan magnet sebesar 60   tesla.   Jika   kuat   arus   listrik   yang mengalir pada kawat 2 A, tentukan be- sarnya gaya Lorentz.5.  Ke  manakah  arah  medan  magnet,  bila arah  gaya  Lorentz  dan  arah  arus  ditun- jukkan gambar berikut?

Read more: