MEDAN MAGNET INDUKSI
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat
ini hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu
kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap
memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya,
benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak
hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain
seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik,
atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan?
Peralatan
yang lain seperti Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah
konsep gelombang elektromagnetik. Dan, konsep gelombang elektromagnetik
ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja,
melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari
di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar,
atau sinar-x.
1.2 Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan medan magnet induksi adalah: menghitung konstanta puntiran kawat tembaga ( torsional )
1.3 Batasan Percobaan
Dalam
percobaan yang dilakukan hanya akan membahas mengenai besarnya
konstanta puntiran kawat tembaga yang digunakan dalam praktikum
1.4 Manfaat percobaan
Manfaat dari percobaan ini adalah sebagai berikut:
Ø Bagi
mahasiswa, percobaan diharapkan dapat membantu mahasiswa dalam memahami
materi yang sudah disampaikan dalam kelas dan membantu mendapatkan data
dan hasil yang akan dilaporkan dalam laporan.
Ø Bagi
dosen, percobaan ini diharapkan dapat membantu dalam memberiakn nilai
kepada mahasiswa yang mengambil matakuliah eksperimen fisika.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Medan Magnet
Sebuah
benda yang bergetar akan mengalami redaman yang disebabkan oleh medan
magnet bumi. Untuk mendapatkan getaran yang bebas dari redaman digunakan
medan magnet induksi yang terjadi karena kumparan kawat dialiri arus
listrik. Megnet batang yang ditempatkan dalamdaerah medan magnet induksi
akan bergetar selarqa dan tidak terendam. Bila perioda getaran
diketahui, maka konstanta puntiran kawat dapat dihitung dari:
Dengan: I = konstanta inersia benda ( magnet batang )
K = konstanta puntiran
Gejala
timbulnya medan magnet oleh arus listrik pertama kali diselidiki oleh
Hans Christian Oersted (1777-1851) yang melakukan percobaan penyimpangan
magnet jarum ketika diletakkan sejajar dengan kawat penghantar berarus
listrik.
Arah garis-garis medan magnet arah induksi magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik ditentukan dengan kaidah tangan kanan atau kaidah sekrup putar kanan, seperti gambar di bawah ini :
3.2 Rumus Biot-Savart
Besarnya induksi magnet di sebuah titik P yang berjarak r dari sebuah elemen arus i yang sangat kecil yang panjangnya Dl dapat ditulis dalam bentuk persamaan :
dengan :
k = 
= 10-7 weber/ampere.meter
= 10-7 weber/ampere.meter
m0 = permeabilitas magnet dalam ruang hampa atau udara
= 4p.k =12,57 x 10-7weber/ampere.meter
sehingga rumus Biot-Savart dapat ditulis sebagai :
Beberapa rumus yang merupakan hasil penurunan rumus Biot-Savart antara lain digunakan untuk menentukan ;
a. Induksi magnet di dekat kawat lurus panjang berarus listrik
dengan :
B = induksi magnet pada suatu titik (wb/m2 atau tesla)
m0 = 4p x 10-7 wb/Am
i = kuat arus (A)
a = jarak titik ke kawat berarus (m)
b. Induksi magnet di sekitar arus melingkar
- Induksi magnet di titik P yang berada pada sumbu kawat melingkar berarus
- Induksi magnet di pusat lingkaran O
dengan N jumlah lilitan kawat (tipis)
c. Induksi magnet pada solenoida dan toroida
- Solenoida adalah suatu lilitan atau kumparan yang rapat dan tebal.
Induksi magnet pada ujung solenoida
dengan 
adalah banyaknya lilitan per satuan panjang solenoida.
adalah banyaknya lilitan per satuan panjang solenoida.
Induksi magnet di tengah-tengah solenoida
- Toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbu-sumbunya membentuk suatu lingkaran.
Induksi magnet pada sumbu toroida
dengan R = jari-jari toroida.
3.3 Gaya Magnetik
Gaya magnetik atau gaya Lorentz adalah gaya interaksi antara arus atau muatan listrik yang bergerak dengan medan magnet homogen yang mempengaruhinya.
Arah gaya magnetik ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan, seperti gambar di bawah ini.
Besarnya gaya magnetik pada penghantar yang panjangnya l dan dialiri arus i dengan i membentuk sudut q terhadap medan magnet homogen B adalah :
F = B.i.l sinq
Untuk muatan listrik q yang bergerak dengan dengan kecepatan v dalam medan magnet homogen B, gaya magnetik yang mempengaruhi muatan adalah :
F = B.q.v sinq
Keterangan :
B = medan magnet homogen (wb/m2 atau tesla)
i = arus listrik (Ampere)
l = panjang kawat penghantar (meter)
q = sudut (i, B) atau (v, B)
q = muatan listrik (Coulomb)
v = kecepatan gerak muatan (m/s)
F = gaya magnetik (Newton)
3.4 Penerapan Gaya Magnetik
Gaya magnetik digunakan dalam pembuatan motor listrik atau elektromotor yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berdasarkan prinsip kerja momen kopel.
Kawat PQRS akan berputar pada sumbu O-O oleh momen kopel
s = F.d
maka : s = F.(PS) = (B.i.PQ).(PS)
s = B.i.A
Bila PQRS membentuk sudut a dengan B maka : s = B.i.A sina
Bila PQRS terdiri dari N lilitan maka :
s = N.B.i.A sina
3.5 Sifat Kemagnetan Bahan
Hukum Coulomb untuk magnet dapat dituliskan sebagai :
dengan :
F = gaya magnetik (N)
m = kuat kutub magnet (A.m)
r = jarak antara kedua kutub (m)
k = tetapan pembanding = = 10-7 wb/Am
= 10-7 wb/Am
Sedangkan rumus kuat medan magnet adalah
Hubungan kuat medan magnet dengan induksi magnet atau rapat fluks magnet dinyatakan dengan :
m adalah permeabilitas bahan, untuk hampa udara atau udara m = 1, sedangkan untuk bahan-bahan lain m >1.
Sifat kemagnetan bahan
Bahan ferromagnetik yaitu jenis bahan yang sangat mudah dipengaruhi medan magnet, contoh : kobal, besi, nikel, gadolinium. Sifat kemagnetan bahan ini akan hilang bila suhunya mencapai suhu Curie.
Bahan paramagnetik
yaitu jenis bahan yang dapat dipengaruhi medan magnet tetapi lebih
sulit dibandingkan bahan ferromagnetik dan tidak dapat dibuat menjadi
magnet permanen, contoh : mangaan, platina, aluminium, magnesium, timah,
wolfram, oksigen, dan udara.
Bahan
diamagnetik yaitu jenis bahan yang sulit dipengaruhi medan magnet
bahkan bersifat melawan kemagnetan luar, contoh : bismut, timbal,
antimon, air raksa, emas, perak, air, posfor, dan tembaga.
3.6 Induksi Elektromagnetik
Induksi
elektromagnetik adalah gejala terjadinya arus listrik dalam suatu
penghantar akibat perubahan medan magnet di sekitar kawat penghantar
tersebut. Arus listrik yang terjadi disebut arus imbas atau arus induksi. Gejala ini pertama kali diselidiki oleh Michael Faraday.
Jarum
galvanometer menyimpang selama magnet batang digerakkan mendekati atau
menjauhi kumparan dan sebaliknya kumparan yang digerakkan mendekati atau
menjauhi magnet batang, yang berarti arus induksi timbul selama terjadi
perubahan garis-garis gaya medan magnet dalam kumparan. Sedangkan bila kedua-duanya diam, jarum galvanometer tidak menyimpang, yang berarti tidak terjadi arus induksi.
Dalam
percobaan di atas, arus induksi timbul karena adanya beda potensial
antara ujung-ujung kumparan yang disebut dengan gaya gerak listrik
induksi (ggl induksi).
Arah arus induksi ditentukan dengan hukum Lenz atau kaidah tangan kanan, yang berbunyi : “arah
arus induksi dalam suatu penghantar itu sedemikian sehingga
menghasilkan medan magnet baru yang melawan perubahan garis-garis gaya
magnet semula yang menimbulkannya”.
Besarnya ggl induksi dari sebuah kawat penghantar yang digerakkan di dalam medan magnet dinyatakan dengan persamaan :
e = -B.l.v
dengan :
e = ggl induksi (volt)
B = induksi magnet (tesla)
L = panjang kawat (m)
v = kecepatan gerak kawat (m/s)
atau dengan persamaan :
e = ggl induksi (volt)
N = jumlah lilitan
= cepat perubahan fluks magnetik (wb/s)
Fluks magnetik f dirumuskan sebagai perkalian induksi magnet (kerapatan garis gaya B) dengan luas daerah A yang dilingkupinya.
f = B. A
3.7 Penerapan Induksi Elektromagnetik
Konsep induksi elektromagnetik banyak diterapkan dalam beberapa peralatan listrik, misalnya :
- Arus pusar(arus Eddy) pada tungku induksi (setrika listrik, kompor listrik, solder listrik, dan sebagainya) dan rem magnetik
- Dinamo
- Alternator
- Transformator
Transformator
Transformator
atau trafo adalah alat untuk memperbesar atau memperkecil tegangan
listrik bolak-balik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Transformator penurun tegangan disebut trafo step down sedangkan yang menaikkan tegangan disebut trafo step up.
Simbol transformator
(V1,N1) (V2,N2)
kumparan kumparan
primer sekunder
karena 
dan 
dan
maka 
dengan :
V1 = tegangan pada kumparan primer
V2 = tegangan pada kumparan sekunder
N1 = jumlah lilitan pada kumparan primer
N2 = jumlah lilitan pada kumparan sekunder
Apabila pengubahan tegangan tidak menimbulkan pengurangan energi, maka transformator tersebut merupakan trafo ideal, dengan daya input pada primer sama dengan daya output pada sekunder.
P1 = P2
V1.i1 = V2.i2
Tetapi biasanya pengubahan tegangan pada transformator selalu menimbulkan kehilangan energi yang disebabkan oleh :
- Pemanasan joule, yaitu panas yang terjadi karena adanya hambatan listrik pada penghantar berupa kumparan
- Pemanasan arus pusar, yaitu panas yang timbul karena adanya arus pusar.
Sehingga
pada transformator dikenal adanya efisiensi yang merupakan prosentase
daya output terhadap daya input, yang ditulis dengan persamaan :
dapat juga dituliskan sebagai :
hV1.i1 = V2.i2
dengan :
h = efisiensi trasformator
V1 = tegangan primer (volt)
V2 = tegangan sekunder (volt)
i1 = arus primer (A)
i2 = arus sekunder (A)
N1 = jumlah lilitan primer
N2 = jumlah lilitan sekunder
P1 = daya sekunder (watt)
P2 = daya primer (watt)
BAB III
METODE EKSPERIMEN
3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan Percobaan
Percobaan medan magnet induksi ini dilakukan oleh praktikan pada:
Hari / tanggal : Selasa / 23 juni 2009
Waktu : 10.00 WIB
Tempat : laboratorium fisika UNIVERSITAS BENGKULU
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang dugunakan dalam percobaan ini adalah:
- kumparan 800 lilitan dengan diameter kawat 1mm
- magnet batang
- stopwach ( menggunakan HP yang ada stopwatch_nya)
- sumber tegangan
- kabel merah dan hitam 2 pasang
- ampere meter
3.3 langkah kerja
1. disusun alat yang diperlukan seperti dalam petunjuk yang dikemukakan oleh asisten
2. dilakukan ujicoba pada praktikum untuk mendapatkan data
3. digunakan sumber tegangan untuk mendapatkan arus listrik ke kumparan
4. dihitung banyaknya getaran yang dihasilkan pada magnet batang sebanyak 20 ayunan
5. digunakan stopwatch untuk menghitung waktu yang digunakan dalam 20 ayunan
6. diamati fenomena apa yang terjadi
7. dilengkapi tabel yang disediakan dalam modul
3.4 Teknik Analisa Data
Untuk mengolah data diperlukan data-data percobaan medan magnet induksi. Data-data yang diambil dimasukkan dalam rumus:
→untuk mendapatkan periode yang dibutuhkan
dan
→ untuk mendapatkan k, maka akanmenjadi: 
Dimana: T = periode yang digunakan
t = waktu
n = jumlah ayunan
k = konstanta puntiran
I = moment inersia benda
π = konstanta 3,14
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Data praktikum:
Massa magnet batang = 77,8 g
Ukuran magnet batang, panjang = 7,5 x 10-2 m; lebar = 1,5 x 10-2 m; tebal =1 x 10-2 m
Momen inersia magnet batang = 3,7908 x 10-5 kgm2
Besar arus listrik yang digunakan = 2 mA
No
|
n ( jumlah ayunan)
|
t (waktu)
|
T ( perioda )
|
1
|
20
|
11,09
|
0,55
|
2
|
20
|
11,40
|
0,57
|
3
|
20
|
12,12
|
0,60
|
4
|
20
|
13,00
|
0,65
|
5
|
20
|
10,70
|
0,53
|
6
|
20
|
10,50
|
0,52
|
7
|
20
|
11,13
|
0,55
|
8
|
20
|
10,62
|
0,53
|
9
|
20
|
11,11
|
0,55
|
10
|
20
|
11,45
|
0,57
|
Tabel1
Analisa data:
# dengan menggunakan program Microsoft exell
No
|
T
|
T2
|
4 x π2
|
I
|
k
|
1
|
0,55
|
0,3025
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,004942251
|
2
|
0,57
|
0,3249
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,004601511
|
3
|
0,6
|
0,36
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,004152864
|
4
|
0,65
|
0,4225
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,003538535
|
5
|
0,53
|
0,2809
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,005322289
|
6
|
0,52
|
0,2704
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,00552896
|
7
|
0,55
|
0,3025
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,004942251
|
8
|
0,53
|
0,2809
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,005322289
|
9
|
0,55
|
0,3025
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,004942251
|
10
|
0,57
|
0,3249
|
39,4384
|
0,000037908
|
0,004601511
|
Tabel2
# secara matematis / manual
No
|
T
|
k
|
1
|
0,55
|  |
2
|
0,57
|  |
3
|
0,6
|  |
4
|
0,65
|  |
5
|
0,53
|  |
6
|
0,52
|  |
7
|
0,55
| |
8
|
0,53
| |
9
|
0,55
| |
10
|
0,57
| |
Tabel3
# data ralat
No
|
K
|
krata-rata
|
(K-krata-rata)
|
(K-krata-rata)2
|
1
|
0,0049
|
0,00476
|
0,00014
|
0,000000019
|
2
|
0,0046
|
0,00476
|
-0,00016
|
0,000000026
|
3
|
0,0041
|
0,00476
|
-0,00066
|
0,000000436
|
4
|
0,0035
|
0,00476
|
-0,00126
|
0,000001587
|
5
|
0,0053
|
0,00476
|
0,00054
|
0,000000291
|
6
|
0,0055
|
0,00476
|
0,00074
|
0,000000547
|
7
|
0,0049
|
0,00476
|
0,00014
|
0,000000019
|
8
|
0,0053
|
0,00476
|
0,00054
|
0,000000291
|
9
|
0,0049
|
0,00476
|
0,00014
|
0,000000019
|
10
|
0,0046
|
0,00476
|
-0,00016
|
0,000000026
|
jumlah
|
0,0476
|
-
|
0
|
0,00000328
|
rata-rata
|
0,00476
|
-
|
Tabel4
Dari data yang diperoleh, dapat dikemukakan beberapa hal:
Magnet batang yang digunakan dalam percobaan ada;ah 77,8 gr dan ukurannya adalah : panjang = 7,5 x 10-2 m; lebar = 1,5 x 10-2 m; tebal =1 x 10-2 m; Momen inersia magnet batang = 3,7908 x 10-5 kgm2;
Besar arus listrik yang digunakan = 2 mA, setelahy dialiri arus listrik
dalam kumparan menghasilkan ayunan ( magnet bergerak). Ini disebabkab
oleh kumparan yang dgunakan dan terjadi aliran arus listrik. Disini kita
bisa mengambil data berupa jumlah ayunan yang ditetapkan dengan waktu
yang dibutuhkan dalam n ayunan akan menghasilkan perioda selanjutnya
dengan mnggunakan rumus: akan
mendapatkan suatu konstanta puntiran kawat tembaga. Data yang
dihasilkan bisa dilihat dalam tabel2 dan tabel3. pada tabel 2 digunakan
perhitungan dengan menggunakan microsoft exell dan pada tabel 3
dugunakan perhitungan secara manual dan ternyata hasilnya tidak berbeda
besarnya.
akan
mendapatkan suatu konstanta puntiran kawat tembaga. Data yang
dihasilkan bisa dilihat dalam tabel2 dan tabel3. pada tabel 2 digunakan
perhitungan dengan menggunakan microsoft exell dan pada tabel 3
dugunakan perhitungan secara manual dan ternyata hasilnya tidak berbeda
besarnya.
Sebagaimana yang telah dibahas bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan kemagnetan.
Pertama, 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 elektromagnet. 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 hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian
Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu
dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini
kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan
kemagnetan.
Jadi,
prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu
dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan
oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum
Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.
Dari
ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell
melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap
waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap
waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat
menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu
maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika
medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar)
di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang.
Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
Pada
mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell
yang dengan intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan
dan kemagnetan, sebagaimana telah dibahas di atas. Kenyataan ini
menjadikan J C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus dasar-dasar
gelombang elektromagnetik.
Ramalan
Maxwell tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar
terbukti. Adalah Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang
elektromagnetik melalui eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa
pembangkitan gelombang elektromagnetik dari sebuah dipol listrik (dua
kutub bermuatan listrik dengan muatan yang berbeda, positif dan negatif
yang berdekatan) sebagai pemancar dan dipol listrik lain sebagai
penerima. Antena pemancar dan penerima yang ada
saat ini menggunakan prinsip seperti ini. Melalui eksperimennya ini
Hertz berhasil membangkitkan gelombang elektromagnetik dan terdeteksi
oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa
gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritis
dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell
tentang gelombang elektromagnetik
BABV
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Arus mengalir melalui sepotong kawat membentuk suatu medan magnet (M) disekeliling kawat. Medan tersebut terorientasi menurut aturan tangan kanan.
Medan Magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.
Besarnya konstata puntiran yang digunakan adalah 0,00476 yang ditemukan dalam praktikum.
5.2 SARAN
ü sebaiknya
modul penuntun praktikum diberikan sebelum praktikum dimulai sehingga
praktikan mempekajari terlebih dahulu konsep/langkakh kerja yang ada
ü sebainya
assisten lebih jeli dan memahami atau mempelajari terlebih dahulu
percobaan yang dilakukan sehingga lebih mudah saat membantu praktikan
ü sebaiknya praktikun ini diadakan pertengan semester sehingga lebih konsen dalam melakukan praktikum dan mendapatkan data.
ü Terimakasih
kepada ibu Henny Johan selaku dosen pembimbing dan asisten yang
membantu praktikan dalam mendapatkan data dan hasil ini
