Metal Detector Loudspeaker Gaya Lorentz Penggunaan Konsep Gaya Lorentz Gaya Magnet

Kem agnet an 275 mengalir ke solenoida. Elektromagnetik yang dihasilkan akan menarik kunci besi ke dalam solenoida sehingga seorang di luar bisa membuka pintu.

5. Metal Detector

Sebuah detektor logam yang digunakan untuk mengecek senjata logam, terdiri atas kumparan besar yang dapat dialirimembawa arus listrik. Seseorang yang berjalan lewat di bawah pintu detektor yang membawa senjata logam dapat diketahui. Senjata logam dapat mengubah elektromagnetik yang dihasilkan oleh kumparan. Perubahan ini akan terdeteksi dan alarm akan berbunyi.

6. Loudspeaker

Loudspeaker adalah alat pengeras suara yang menggunakan prinsip elektromagnetik. Sinyal arus listrik diubah menjadi gelombang bunyi. Sinyal yang melalui kumparan dalam bentuk solenoida yang diletakkan di belakang speaker. Kumparan ini berlaku sebagai elektromagnetik dan ada magnet permanen yang ditempakan didekatnya. Arus yang lewat hanya satu arah, gaya magnet akan menekan elektromagnetik dan keluar ke speaker. Arus yang lewat berlawanan akan menarik speaker sehingga terjadi getaran. Getaran dari speaker menghasilkan gelombang bunyi.

G. Gaya Lo rentz d an P enggunaannya

1. Gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya yang terjadi pada sebuah penghantar berarus listrik di dalam medan magnet. Untuk menentukan arah gaya Lorentz dapat digunakan kaidah tangan kanan sebagaimana terlihat pada Gambar 12.15 Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 276 Dengan ketentuan sebagai berikut: a. Ibu jari menunjukkan arah arus listrik, I . b. Telu nju k m en un ju kkan arah medan magnet, B. c. Jari tengah menunjukkan arah gaya Lorentz, F. Besar gaya Lorentz sebanding dengan kuat medan magnet, arus listrik, dan panjang kawat. Jika kedudukan gaya, kuat medan magnet dan arus listrik saling tegak lurus, maka besarnya gaya Lorentz dapat dirumuskan: F = B I Dengan F adalah gaya Lorentz dinyatakan dalam newton, medan magnet dinyatakan dalam satuan N Am, weberm 2 atau tesla T, dan adalah panjang kawat penghantar dinyatakan dalam meter m.

2. Penggunaan Konsep Gaya Lorentz Gaya Magnet

Adanya gaya magnet pada penghantar berarus listrik di dalam medan magnet memungkinkan berputarnya kumparan penghantar berarus listrik di dalam medan magnet. Beberapa contoh penerapan konsep ini antara lain motor listrik dan alat ukur listrik.

a. M ot or list rik

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi kinetik. Dasar kerja motor listrik ini hampir sama dengan dasar kerja sebuah galvanometer. Apabila arus listrik dialirkan melalui kumparan, permukaan kumparan yang bersifat sebagai kutub utara bergerak menghadap selatan magnet. Permukaan yang bersifat sebagai kutub selatan bergerak menghadap ke kutub utara magnet. Setelah itu maka kumparan berhenti berputar. Untuk melanjutkan putaran, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus dalam kumpar an dibalik. Den gan I F B Gambar 1 2.15 Kaidah t angan kanan p ad a g ay a Lor en t z Di unduh dari : Bukupaket.com Kem agnet an 277 terbaliknya arah arus maka kutub utara kumparan berubah menjadi kutub selatan, kutub selatannya menjadi kutu b utara. Sekarang ku tub u tara kumparan berhadapan dengan kutub utara magnet. Kutub selatan kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet. Kutub-kutub itu menolak kumparan berputar setengah putaran sampai kutub utara kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet dan kutu b selatan ku mpar an ber- hadapan dengan kutub utar a magnet, pada saat itu arus dalam kumparan dibalik lagi. Akibat kumparan itu berputar setengah putaran lagi, demikian seterusnya, kumparan berputar terus, lihat Gambar 12.16

b. Ala t pe nguk ur list rik

Jenis alat pengukur listrik yang banyak digunakan adalah pengukur jenis kumparan berputar. Pada dasarnya alat pengukur ini terdiri atas: 1 Sebuah magnet tetap berbentuk U 2 Ruang di antara kutub-kutubnya berbentuk silinder. Di antara kutub-kutub itu terdapat sebuah inti besi lunak berbentuk silinder. Inti besi ini terpasang tetap pada tempat- nya, tidak dapat berputar. Di antara inti besi dan kutub-kutub magn et terdapat sebuah kumparan, K, yang dapat ber- putar ber sama dua batan g por o s. P ada tiap por o s itu dipasang sebuah pegas spiral. Gambar 12. 16 Car a kerj a m ot or list r ik J inti besi K P Poros Gambar 12. 17 Pengukur j enis kum paran b er p u t a r Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 278 B Perhatikan gambar di atas, jika besar arus 2 A dan panjang kawat 4 meter serta kuat medan magnet 25 tesla, hitung besar gaya Lorentz Pe nye lesaia n: Diketahui : I = 2 A = 4 m B = 25 tesla Ditanya : F = . . .? Ja w a b : F = B I = 250 tesla × 2 A × 4 m = 2000N = 2 × 10 3 N Pegas spiral, P, ini mengatu r agar jarum penunjuk, J menunjukkan angka nol, kalau tidak ada arus melalui K. Apabila kumparan dialirkan arus, maka kumparan itu berputar sebab salah satu permukaan kumparan bersifat sebagai kutub utara dan sebagai kutub selatan. Kumparan tidak dapat berputar terus karena ditahan oleh pegas spiral. Besar putarannya tergantung pada besarnya arus, di mana makin besar arus makin besar sudut putarnya. Prinsip kerja seperti ini banyak digunakan pada peralatan seperti: amperemeter, galvanometer, dan voltmeter. Contoh soal: I Di unduh dari : Bukupaket.com Kem agnet an 279 Refleksi Rangkuman 1. Sifat-sifat magnet antara lain: a. dapat menarik besi b. menimbulkan gaya satu sama lain tolak-menolak dan tarik menarik. 2. Penggolongan benda berdasarkan sifat magnetik: a. paramagnetik, b. diamagnetik, c. ferromagnetik. 3. Cara membuat magnet: a. menggosokkan magnet tetap, b. aliran arus listrik, c. induksi. 4. Cara menghilangkan sifat kemagnetan: a. dipukul, b. dipanaskan. 5. Deklinasi: penyimpangan dari arah utara selatan yang sebenarnya. 6. Inklinasi: sudut yang dibentuk oleh magnet dengan garis mendatar. 7. Medan magnet: suatu daerah di sekitar magnet dimana masih ada pengaruh gaya magnet. 8. Keuntungan magnet listrik: a. sifat kemagnetannya sangat kuat, b. kekuatan magnet dapat diubah dengan mengubah arus, c. kemagnetan dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listrik. 9. Peralatan yang menggunakan prinsip elektromagnetik: bel listrik, telepon, relai, kunci pintu listrik. 10. Penggunaan gaya Lorentz pada: motor listrik, amperemeter, galvanometer dan voltmeter. Mengapa arah jarum pada kompas selalu menunjuk ke arah utara dan selatan dengan sedikit penyimpangan? Jelaskan untuk bahan refleksi kalian menuju bab berikutnya Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 280

A. Pilihlah satu j awaban yang benar dengan m emberi tanda silang X pada huruf a, b, c, atau d

1. Menurut sifat kemagnetannya benda digolongkan menjadi dua macam yaitu benda bukan magnetik dan benda . . . . a. nonmagnetik b. magnetik c. ferromagnetik d. atletik 2. Berikut ini yang termasuk benda magnetik adalah . . . . a. aluminium, karet b. besi, kobalt c. besi, kertas d. kertas, karet 3. Arah garis gaya pada gambar di bawah ini yang benar adalah . . . . a. c. b. d. 4. Magnet tersusun oleh magnet-magnet kecil yang biasanya disebut . . . . a. magnet partikel b. magnet elementer c. magnet permanen d. magnet bagian Uji Ko mpetensi Di unduh dari : Bukupaket.com Kem agnet an 281 U S 5. Berikut ini bukan cara untuk membuat magnet adalah . . . . a. paku dililiti kawat berisolasi dan dialiri listrik b. besi lunak diletakkan di sekitar magnet c. besi digosok dengan magnet ke satu arah d. baja digosok-gosok dengan magnet ke segala arah 6. Bumi dianggap sebagai magnet batang yang sangat besar. Kutub utara magnet terletak di daerah . . . . a. kutub utara b. kutub selatan c. khatulistiwa d. permukaan bumi 7. Jika sebuah magnet batang dipotong menjadi dua, maka potongan- potongan magnet tersebut yang tidak benar adalah . . . . a. bersifat magnet b. memiliki dua kutub c. memiliki kutub utara dan selatan d. hanya memiliki kutub utara saja 8. Perhatikan gambar di bawah ini Sudut yang terbentuk oleh penyimpangan jarum kompas disebut . . . . a. inklinasi b. deklinasi c. aklin d. isoklin Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 282 i i i i B B B B 9. Arah medan magnet yang benar ditunjukkan oleh gambar di bawah adalah . . . . a. c. b. d. 10. Alat yang menggunakan prinsip elektromagnetik adalah . . . . a. bel listrik, pesawat telepon, dan telegraf b. bel listrik, TV, dan relai c. pesawat telepon, dan telegrap d. TV, radio listrik, dan telepon

B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas

1. Sebutkan sifat-sifat magnet 2. Sebutkan cara membuat magnet 3. Apakah yang dinamakan: a. gaya Lorentz b. garis gaya magnet? 4. Sebutkan alat listrik yang menggunakan prinsip elektromagnetik 5. Apakah yang dimaksud: a. benda Ferromagnetik, b. benda Paramagnetik, c. benda Diamagnetik? P r o y e k Bu atlah alatbahan sederhana yang men ggunakan sifat kemagnetan bersama kelompok kalian. Sebagai sumber referensi carilah informasinya dari internet. Di unduh dari : Bukupaket.com I nduk si Elek t r om ag net ik 283 P e t a K on se p Setelah kalian memahami peta konsep di atas, perhatikan kata-kata kunci berikut yang merupakan kunci dan cara memahami materi ini. • Induksi Elektromagnetik • GGL Induksi • Garis Medan Magnet • Generator • Dina mo • Transformator Hubungan antara Garis Medan Magnet dengan GGL Induksi 1. Dinamo DC 2. Dinamo AC 3. Generator Efisiensi Trafo: = × 100 K s p P P 1. Trafo Step-up 2. Trafo Step-down Karakteristik Trafo dan Penerapannya Prinsip Kerja Transfo rmator Prinsip Kerja Induksi Elektromagnetik ant ara lain didapat k an j enisnya m enj elask an Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini. Pada suatu malam, ketika Ani sedang belajar IPA. Tiba-tiba ayah Ani mendekat sambil bertanya kepada Ani. Apa bedanya arus listrik yang ditimbulkan oleh sebuah baterai dengan arus listrik dari PLN? Dan menggunakan alat apakah arus listrik dari pembangkit listrik yang bertegangan besar dapat digunakan di rumah-rumah dengan tegangan kecil? Ani diam sejenak, terlihat dari wajahnya bahwa ia sedang berpikir sambil menyatakan tegangan yang ditimbulkan oleh baterai itu kecil sehingga jika kesetrum tidak menyebabkan kecelakaan yang fatal sedang untuk PLN sebaliknya bisa terbakar dan meninggal. Oleh karena itu, untuk PLN mestinya ada alat yang bisa menurunkan tegangan. Bagaimana prinsip kerja alat tersebut, untuk lebih jelasnya bisa kalian pelajari pada Bab 13 ini. Induksi Elektromagnetik Bab 13 K a t a K u n ci Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 284

A. Hubungan an tara Pe rgerakan Garis Medan Magn et den gan Terj adinya

Gaya Ge rak Listrik Ind uksi

A. Tujuan

Mengetahui medan magnet dapat menghasilkan arus listrik.

B. Alat dan Bahan

1. Dua buah magnet batang 2. Galvanometer 3. Dua buah solenoida yang berbeda jumlah lilitannya

C. Cara Kerja

1. Susunlah alat seperti pada gambar. 2. Gerakkan kutub utara magnet batang masuk ke dalam kumparan. Amatilah jarum galvanometer, lihat gambar a, apa yang terjadi? 3. Diamkan magnet batang di dalam kumparan, amati galvanometer, apa yang terjadi? 4. Gerakkan kutub utara magnet batang keluar dari kumparan. Amati apa yang terjadi pada jarum galvanometer, lihat gambar b. 5. Ulangi dengan menggerakkan magnet batang masuk-keluar terus menerus. Amati jarum galvanometer, apa yang terjadi. 6. Ulangi langkah-langkah tersebut dengan mengganti magnet batang yang lebih kuat. Amati terus jarum galvanometer, apa yang terjadi. Kegiatan b a Di unduh dari : Bukupaket.com I nduk si Elek t r om ag net ik 285 7. Ulangi langkah-langkah tersebut dengan mengganti solenoida yang lebih banyak jumlah lilitannya. Amati apa yang terjadi pada jarum galvanometer. 8. Apabila yang digerakkan masuk-keluar adalah kutub selatan magnet batang. Bagaimana arah penyimpangan jarum galvanometer.

D. Hasil Pengamatan

Bagaimana kesimpulan kalian dari kegiatan di atas jika dikaitkan pengaruh medan dengan pergerakan galvanometer? Kalian telah mengetahui bahwa ada beberapa bentuk energi antara lain: energi kalor, energi kimia, energi cahaya, energi bunyi, dan energi listrik. Di antara bentuk-bentuk energi tersebut, energi listriklah yang paling mudah diubah menjadi bentuk energi lain. Oleh karena itu, energi listrik banyak digunakan untuk kepentingan manusia. Energi listrik diperoleh dari mesin pembangkit listrik yaitu generator. Generator menghasilkan energi listrik dengan beda tegangan yang sangat tinggi yaitu dalam orde megavolt, oleh sebab itu sebelum sampai ke rumah- rumah perlu ada alat penurun tegangan. Alat yang digunakan adalah trafo atau transformator. Dasar ker ja tr afo dan generato r adalah in du ksi elektromagnetik. Terjadinya GGL Induksi Seorang ilmuwan dari Jerman yang bernama Michael Faraday 1991 – 1867 memiliki gagasan dapatkah medan magnet menghasilkan arus listrik? Gagasan ini didasarkan oleh adanya penemuan dari Oersted bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Karena termotivasi oleh gagasan tersebut kemudian pada tahun 1822,Faraday memulai melakukan percobaan-percobaan. Pada tahun 1831 Faraday berhasil membangkitkan arus listrik dengan menggunakan medan magnet. Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 286 Alat-alat yang digunakan Faraday dalam percobaannya adalah gulungan kawat atau kumparan yang u ju ng-uju ngnya dihubu ngkan dengan galvanometer. Jarum galvanometer mula-mula pada posisi nol. Kalian pasti sudah mengetahui, bahwa galvanometer adalah sebuah alat untuk menunjukkan ada atau tidaknya arus listrik di dalam rangkaian. Percobaan Faraday untuk menentukan arus listrik dengan menggunakan medan magnet, dilakukan antara lain seperti kegiatan di atas. Pada kegiatan tersebut diketahui bahwa ketika kutub utara magnet bergerak ke dalam kumparan maka jarum galvanometer, menyimpang ke kanan. Ketika magnet ditarik dari dalam kumparan maka jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Pada saat kutub selatan bergerak masuk ke dalam kumparan, jarum galvanometer akan menyimpang ke kiri, sedangkan ketika kutub selatan ditarik dari dalam kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Dari hasil percobaan di atas maka dapat diambil kesimpulan bahwa arus induksi yang timbul dalam kumparan arahnya bo lak-balik seperti yang ditunjukkan oleh penyimpangan jarum galvanometer yaitu ke kanan dan ke kiri. Karena arus induksi selalu bolak-balik, maka disebut arus bolak-balik AC = Alt er nat in g Cur r ent . Faraday menggunakan konsep garis gaya magnet untuk menjelaskan peristiwa di atas. Perhatikan Gambar 13.1 1. Magnet didekatkan pada kumparan maka gaya yang melingkupi kumparan menjadi bertambah banyak, sehingga pada kedua ujung kumparan timbul gaya gerak listrik GGL. 2. Magnet dijauhkan terhadap kumparan maka garis gaya yang melingkupi kumparan menjadi berkurang, kedua ujung kumparan juga timbul GGL. 3. Magnet diam terhadap kumparan, jumlah garis gaya magnet yang melingkupi kumparan tetap, sehingga tidak ada GGL. Kesimpulan percobaan di atas adalah: Timbulnya gaya listrik GGL pada kumparan hanya apabila terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet. Di unduh dari : Bukupaket.com I nduk si Elek t r om ag net ik 287 S U Gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut GGL induksi, sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut induksi elektromagnetik. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu: 1. Kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka GGL induksi yang timbul semakin besar. 2. Banyaknya lilitan Semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar. 3. Kekuatan magnet Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar. Untuk memperkuat gejala kemagnetan pada kumparan dapat dengan jalan memasukkan inti besi lunak. GGL induksi dapat ditimbulkan dengan cara lain yaitu: 1. Memutar magnet di dekat kumparan atau memutar kumparan di dekat magnet. Maka kedua ujung kumparan akan timbul GGL induksi. 2. Memutus-mutus atau mengubah-ubah arah arus searah pada kumparan primer yang di dekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua ujung kumparan sekunder dapat timbul GGL induksi. Gambar 1 3.1 Gay a gerak list r ik t im bul akibat perubahan garis g ay a m ag n et Di unduh dari : Bukupaket.com I PA Ter padu I X 288 3. Mengalirkan arus AC pada kumparan primer, maka kumparan sekunder didekatkan dapat timbul GGL induksi. Arus induksi yang timbul adalah arus AC dan gaya gerak listrik induksi adalah GGL AC.

B. Prinsip Kerj a D inamo dan G enerator

Kalian sudah mengetahui bahwa terjadinya arus induksi dan GGL induksi antara lain dengan cara kutub magnet digerakkan di dekat kumparan atau kumparan digerakkan di dekat kutub magnet. Karena kita menggerakkan kutub magnet berarti terdapat energi gerak atau energi kinetik. Jadi, dalam proses terjadinya arus induksi terdapat perubahan energi gerak menjadi energi listrik. Akibat gerakan magnet di dalam suatu kumparan menimbulkan arus induksi yang secara langsung adanya energi lisrik yang ditimbulkan. Beberapa contoh peralatan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari sebagai penerapan GGL induksi di antaranya adalah generator dan dinamo.

1. Dinamo