Kemagnetan dan Pemanfaatannya

TEORI DASAR KEMAGNETAN

Pengertian Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Magnet berasal dari bahasa Yunani magnes atau magnetis lithos yang berarti batuan magnesian. Magnesia adalah nama sebuah propinsi di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki), di propinsi inilah pertama kali magnet di temukan. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda yang terbuat dari besi, baja, nikel dan kobalt. Magnet didefinisikan sebagai bahan feromagnetik dengan daerah magnetik terarah sama sehingga menghasilkan medan magnet disekitarnya.

Sifat Magnet Bahan

Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada di dekatnya   disebut   kemagnetan.  Berdasarkan  kemampuan benda menarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda  bukan  magnet. Namun,  tidak  semua benda logam yang berada  di dekat magnet dapat ditarik. Oleh karena itu sifat kemagnetan benda dapat digolongkan menjadi:

• Bahan magnetik (feromagnetik), yaitu bahan yang dapat ditarik magnet dengan kuat. Contoh: baja, besi, besi silikon, nikel, kobalt.
• Bahan non magnetik
• Paramagnetik, yaitu bahan yang ditarik lemah oleh magnet. Contoh: alumunium, magnesium, wolfram, platina, dan kayu.
• Diamagnetik, yaiktu bahan yang ditolak oleh magnet. Contoh: bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur.

Cara Membuat Magnet ada 3, yaitu:

• Cara menggosok

Cara menggosok yaitu dengan cara menggosok-gosokkan magnet pada besi atau hendak dijadikan magnet. Suatu bahan dapat dibuat menjadi magnet dengan cara menggosokkan sebatang magnet tetap secara berulang-ulang pada bahan tersebut. Sifat kemagnetan bahan memiliki kutub yang berlawanan dengan magnet penggosoknya.

• Cara induksi

Cara induksi yaitu dengan mendekatkan sebuah magnet pada benda yang hendak dijadikan magnet. Suatu bahan yang didekatkan pada magnet, maka sifat kemagnetan magnet akan ikut berpindah ke bahan tersebut, namun sifat kemagnetan bahan akan hilang ketika magnet dijauhkan dari bahan.

• Cara aliran listrik 

Cara aliran listrik yaitu dengan mengalirkan listrik pada lilitan kawat yang dapat yang dapat menimbulkan medan magnet. Suatu bahan akan memiliki sifat magnet ketika dialiri arus listrik searah, namun akan hilang kemagnetannya jika arus tersebut dihilangkan. Apabila bahan dialiri arus listrik yang cukup besar, maka sifat kemagnetannya tidak berubah (magnet tetap).

Penerapan Elektromagnetik dalam Kehidupan Sehari-hari

• Jarum kompas (magnet permanen)
• Pintu kulkas memiliki magnet permanen agar selalu tertutup
• Kartu ATMdan kartu kredit memiliki jalur magnet yang berisi informasi
•  TV dan monitor komputer menggunakan elektromagnetik untuk menghasilkan gambar
• Mikrofon dan speaker menggunakan kombinasi magnet permanen dan elektromagnetik
• Media rekaman magnetik: tape VHS biasanya mengandung golongan tape bermagnet. Informasi yang memproduksi video dan suara dikodekan pada lapisan bermagnet pada tape
• Kaset audio kompak mengandung magnet untuk menghasilkan audio
• Kartu kredit, kartu debit, dan kartu ATM: Semua kartu ini memiliki jalur bermagnet pada sisi-sisinya. Jalur ini mengandung informasi yang dibutuhkan untuk menghubungi institusi keuangan pribadi dan menghubungkan dengan rekening bank 
• Magnet di lemari es memastikan pintu lemari es kedap udara, dengan itu menghindari pemborosan energi
• Loudspeaker dan mikrophon: Loudspeaker merupakan kombinasi magnet permanen dan elektromagnetik
• Motor listrik dan generator: Motor listrik (seperti speaker) tergantung pada kombinasi eletromagnet dan magnet permanen, dan seperti speaker, mengganti energi listrik menjadi energi mekanis. Generator bertindak merubah energi mekanis ke energi listrik
• Transformer/trafo, merupakan perangkat yang mengkonversi energi listrik antara dua perangkat yang terpisah mengngunakan listrik melalui konektor magnet

Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan Bahan

• Memukul-mukul magnet secara berulang-ulang dengan benda yang keras hingga bentuknya berubah atau rusak
• Magnet yang  mengalami pemukulan akan  menyebabkan perubahan susunan  magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah. Magnet-magnet elementer yang tadinya segaris (searah) menjadi berarah sembarangan, sehingga benda kehilangan sifat magnetiknya
• Mambakar magnet atau dipanaskan hingga berpijar
• Pemanasan  pada magnet menyebabkan sifat kemagnetannya berkurang atau bahkan hilang. Hal ini terjadi karena tambahan energi akibat pemanasan menyebabkan partikel-partikel bahan bergerak lebih cepat dan lebih acak, maka sebagian magnet elementernya tidak lagi menunjuk arah yang sama seperti semula. Bahkan setiap benda di atas suhu tertentu sama sekali tidak dapat dibuat menjadi magnet
• Membanting-banting magnet
• Magnet diletakkan pada selenoida (kumparan kawat berbentuk tabung panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik bolak-balik (AC)
• Penggunaan arus AC menyebabkan arah arus  listrik yang selalu  berubah-ubah. Perubahan arah arus listrik memengaruhi letak dan arah magnet elementer. Apabila letak dan arah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang

Induksi Magnet

Pada suatu titik ada medan magnet bila muatan yang bergerak pada titik tersebut mengalami gaya magnet. Medan magnet ini dikenal juga sebagai induksi magnet. Induksi magnet dapat dilukiskan sebagai garisgaris yang arah singgungnya pada setiap titik menunjukkan arah vektor induksi magnet di titik-titik tersebut.

Teori Kemagnetan Bumi

Batuan-batuan pembentuk bumi juga mengandung magnet elementer. Bumi dipandang sebagai sebuah magnet batang yang besar yang membujur dari utara ke selatan bumi. Magnet bumi memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan bumi. Adapun kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara bumi. Magnet bumi memiliki medan magnet yang dapat memperngaruhi jarum kompas dan magnet batang yang tergantung bebas

Medan magnet bumi digambarkan dengan garis-garis lengkung yang berasal dari kutub selatan bumi menuju kutub utara bumi. Magnet bumi tidak tepat menunjuk arah utara-selatan geografis. Penyimpangan magnet bumi ini akan menghasilkan garis-garis gaya magnet bumi yang menyimpang terhadap arah utara-selatan geografis.

Kutub utara jarum kompas dalam keadaan setimbang tidak tepat menunjuk arah utara dengan tepat. Penyimpangan jarum kompas ini 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.

Penyimpangan jarum kompas terjadi karena garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi (bidang horizontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas menyimpang 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. Alat yang digunakan untuk menentukan besar inklinasi disebut inklinator.

Konsep Gaya Lorentz

Hendrik Antoon Lorentz adalah seorang peneliti efek yang akan timbul dari kawat dan medan magnet yang saling berinteraksi. Penelitian ini menghasilkan istilah gaya Lorentz, yaitu gaya yang timbul akibat interaksi penghantar arus dalam medan magnet. Gaya ini mempunyai arah tertentu. Penentuan arah gaya dipengaruhi oleh arah arus dan medan magnet. Metode yang digunakan untuk menentukan arah gaya tersebut dikenal dengan kaidah tangan kanan. Kaidah ini menempatkan ketiga jari, yaitu ibu jari, telunjuk dan jari manis dengan posisi saling tegak lurus.

Rumus

F = B x L x l

Keterangan :

F = Gaya lorentz (N)

B = Kuat medan (T)

L = kuat arus listrik (A) 

l = panjang kawat penghantar (m)

Induksi Elektromagnetik

Pada suatu titik ada medan magnet bila muatan yang bergerak pada titik tersebut mengalami gaya magnet. Medan magnet ini dikenal juga sebagai induksi magnet. Induksi magnet dapat dilukiskan sebagai garisgaris yang arah singgungnya pada setiap titik menunjukkan arah vektor induksi magnet di titik-titik tersebut. Berikut alat-alat yang menggunakan prinsip kerja induksi elektromagnetik:

• Generator

Generator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Baik generator AC dan generator DC memutar kumparan di dalam medan magnet tetap.Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan berupa arus bolak-balik. Ciri generator (AC) menggunakan cincin ganda. Generator-generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah.ciri generator DC menggunakan cincin belah (komutator). Jadi, generator  AC  dapat  diubah  menjadi  generator  DC  dengan  cara mengganti cincin ganda dengan sebuah komutator. Sebuah  generator  AC  kumparan  berputar   diantara  kutub-kutub  yang  tak  sejenis  dari  dua  magnet  yang  saling  berhadapan. Kedua  kutub  magnet  akan  menimbulkan  medan  magnet.  Kedua ujung  kumparan  dihubungkan  dengan  sikat  karbon  yang  terdapat pada  setiap  cincin.  Kumparan  merupakan  bagian  generator  yang berputar  (bergerak) disebut  rotor. Magnet  tetap merupakan bagian generator   yang   tidak   bergerak   disebut   stator.

• Dinamo

Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator.

Perbedaan antara dinamo DC dengan dinamo AC terletak pada cincin yang digunakan. Pada dinamo arus searah menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua yang disebut cincin belah (komutator). Cincin ini memungkinkan arus listrik yang dihasilkan pada rangkaian luar Dinamo berupa arus searah walaupun di dalam dinamo sendiri menghasilkan arus bolak-balik.Adapun, pada dinamo arus bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin). Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda.

• Transformator

Tranformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan. Transformator yang mengubah tegangan rendah menjadi tegangan tinggi disebut transformator step up, sedangkan yang bekerja sebaliknya yaitu mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah disebut transformator step down.

Alat ini mempunyai inti besi yang tak berujung pangkal dan terdiri dari beberapa lapis tipis yang disekat satu sama lain. Pada inti besi terdapat dua kumparan. Kumparan yang dihubungkan dengan arus yang hendak diubah tegangannya disebut kumparan primer, sedangkan kumparan yang dihubungkan dengan tegangan baru disebut kumparan sekunder.

Pada transformator step up jumlah lilitan kumparan primernya lebih sedikit dibanding lilitan pada kumparan sekunder. Sedangkan pada transformator step down jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak dibanding pada kumparan sekunder.

Pada transformator juga berlaku hukum kekekalan energi. Jika energi yang masuk persatuan waktu adalah VpIp dan energi yang keluar adalah VsIs maka diperoleh VpIp = VsIs

Sehingga pada transformator ideal berlaku

 

Dengan:

V = tegangan

n = jumlah lilitan

I = arus

s = sekunder

p = primer