Medan Magnet di Sekitar Sumber Arus Listrik

Medan Magnet di Sekitar Sumber Arus Listrik

Sumber Arus Listrik

Sumber Arus Listrik

Sumber Arus Listrik

Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Sumber Arus Listrik – Di sekitar kawat yang dialiri arus listrik terdapat medan magnet. Hal ini ditemukan oleh Hans Cristian Oersted berdasarkan hasil percobaannya.

1. Percobaan Oersted Berdasarkan namanya, percobaan ini dilakukan oleh seorang fisikawan bernama Hans Cristian Oersted (1777- 1851). Percobaan yang dilakukan pada 1819 ini berhasil menunjukkan bahwa terdapat medan magnet di sekitar kawat yang berarus listrik. Pada percobaannya, Oersted membuat kesimpulan sebagai berikut: a) Di sekitar kawat (penghantar) yang dialiri arus listrik terdapat atau timbul medan magnet. b) Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung pada arah arus listrik yang mengalir dalam penghantar. c) Besarnya medan magnet di sekitar kawat berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan jaraknya terhadap kawat. Untuk dapat lebih memahami percobaan Oersted, ikutilah kegiatan berikut ini.

Sumber Arus Listrik – Tujuan : Mengamati keberadaan medan magnet di sekitar arus listrik. Alat dan bahan : Sebuah batu baterai, kabel penghubung secukupnya, kawat penghantar yang panjang, dan sebuah kompas. Langkah kerja: 1. Buatlah rangkaian alat dan bahan yang telah kamu sediakan seperti pada Gambar 10.8. 2. Dalam keadaan saklar yang masih terbuka, letakkan penghantar sedikit di atas jarum kompas dengan arah memanjang, sejajar dengan arah jarum kompas.

Sumber Arus Listrik – Perhatikan kedudukan jarum kompas tersebut! 3. Alirkan arus pada penghantar dengan menutup saklar, lalu perhatikan apa yang terjadi pada jarum kompas. 4. Buka saklar, lalu balikkan arah arus dengan cara menukar kutub baterai. 5. Tutup kembali saklar agar mengalir pada arah yang diharapkan. Perhatikan apa yang terjadi pada jarum kompas. 6. Bandingkan hasil langkah 2, 3, dan 4, kemudian buatlah kesimpulan dari hasil kegiatan yang telah kamu ikuti.

Sumber Arus Listrik – Untuk menunjukkan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus listrik, genggamlah kawat dengan tangan kananmu. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah ibu jari menunjukkan arah arus, sedangkan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet. Kaidah tangan kanan pun dapat digunakan untuk menentukan arah medan magnet pada kawat melingkar berarus listrik. Berbeda dengan kaidah tangan kanan yang berlaku pada kawat lurus, pada kawat melingkar yang berarus ini ibu jari menunjukkan arah medan magnet sementara keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik.

Sumber Arus Listrik – Untuk membuat medan magnet yang lebih kuat di sekitar arus listrik, dapat dibuat lilitan kawat membentuk kumparan. Kumparan yang seperti ini disebut solenoida. Solenoida memiliki sifat yang sama dengan magnet batang, yaitu mempunyai kutub utara dan kutub selatan. Jika kita menggenggam solenoida dengan tangan kanan, maka ibu jari akan mengarah pada ujung yang merupakan kutub utara dan keempat jari lain menunjukkan arah arus listrik. Dengan demikian, kita telah menerapkan kaidah tangan kanan untuk menentukan arah arus dan medan magnet yang terjadi.

Sumber Arus Listrik

2. Elektromagnet Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang disisipi inti besi sehingga menghasilkan sebuah medan magnet yang kuat. Untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan, dapat dilakukan beberapa cara berikut ini: a) Menyisipkan kumparan dengan inti besi yang lebih bersifat magnetik. b) Memperbanyak lilitan kumparan. c) Memperbesar arus listrik. Prinsip elektromagnetik digunakan untuk menarik logam yang berat dan sebagai dasar kerja dari peralatan listrik, seperti bel listrik, relai, dan pesawat telepon.

3. Gaya yang Dialami Penghantar Berarus dalam Medan Magnet Gaya yang muncul akibat adanya arus listrik pada penghantar di dalam medan magnet disebut gaya Lorenz atau gaya magnet. Untuk lebih memahami adanya gaya magnet ini, ikutilah kegiatan berikut ini.

Tujuan : Mengamati gaya magnet pada kawat berarus listrik. Alat dan bahan : Pita/kertas aluminium (aluminium foil) satu lembar, magnet U yang kuat, saklar, dan batu baterai. Langkah kerja: 1. Buatlah rangkaian alat dan bahan yang telah kamu sediakan seperti pada Gambar 10.12. 2. Rentangkan selembar aluminium foil di antara kutub utara dan kutub selatan magnet U. 3. Hubungkan ujung-ujung lembaran aluminium foil ke baterai melalui saklar, lalu tutuplah saklar. Amati apa yang terjadi pada pita aluminium. 4. Buatlah kesimpulan dari hasil kegiatan yang telah kamu ikuti.

Dengan menggunakan kaidah tangan kanan, kita dapat menentukan arah dari gaya magnet ini. Bila tangan kanan terbuka dengan ibu jari menunjukkan arah arus I dan keempat jari lain yang dirapatkan menunjukkan arah garis gaya B, arah gaya magnet F adalah ke atas, tegak lurus terhadap permukaan tangan kanan.

Besar gaya magnet ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu:

1) Besarnya kuat arus yang dialirkan pada kawat. 2) Kuatnya medan magnet di sekitar kawat. 3) Panjang kawat penghantar. 4) Arah garis gaya magnet terhadap arus. Prinsip gaya magnet ini menjadi inspirasi dari pembuatan alat-alat listrik seperti motor listrik, alat ukur listrik, dan kipas angin. Pada pembelajaran kali ini akan dibahas hanya dua alat, yaitu motor listrik dan alat ukur listrik.

a. Motor Listrik Motor listrik adalah bagian yang bergerak pada beberapa jenis alat listrik, seperti pada hair dryer, bor listrik, dan yang paling mudah dijumpai adalah tape recorder. Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat ini bekerja dengan memanfaatkan adanya perputaran kumparan berarus listrik di sekitar medan magnet. Pada motor listrik, arah arus listrik selalu melalui medan magnet dalam arah yang sama sehingga kumparan dapat terus berputar. Untuk menghindari tersendatnya putaran kumparan, biasanya digunakan kumparan dengan jumlah lebih dari satu.

b. Alat Ukur Listrik Selama mempelajari fisika, tentunya kamu tidak asing dengan istilah voltmeter, galvanometer, dan amperemeter. Alat ukur listrik inilah yang memanfaatkan prinsip kerja elektromagnet. Bagian utama dari alat-alat ini adalah inti besi lunak berbentuk silinder yang statik (tidak dapat berputar). Pada inti besi ini dililitkan kawat sehingga membentuk kumparan yang kemudian diletakkan di antara pasangan kutub sebuah magnet permanen. Besarnya arus/tegangan listrik yang mengalir melalui kumparan dinyatakan oleh sebuah jarum yang menunjukkan skala tertentu.

Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah proses pembuatan arus listrik dengan cara mendekatkan sumber listrik pada sebuah magnet.

1. Proses Terjadinya Induksi Elektromagnetik Induksi elektromgnetik pertama kali diteliti oleh Michael Faraday (Inggris) dan Joseph Henry (Amerika). Dari percobaan yang dilakukan secara terpisah pada tahun 1831 oleh dua ilmuwan tersebut, diperoleh kesimpulan bahwa bahwa arus listrik dapat dimunculkan dari sebuah magnet dengan cara menggerak-gerakkan sebuah kawat pada medan magnetnya atau dengan cara memasukkan dan mengeluarkan magnet ke dalam suatu kumparan kawat.

Dengan menggunakan alat seperti pada Gambar 10.14, Faraday mulai melakukan percobaannya untuk mengamati induksi elektromagnetik. Sebelum magnet digerakkan, ia tidak melihat adanya arus yang melalui amperemeter. Kemudian ia menggerakkan magnetnya dan jarum amperemeter pun mulai bergerak. Berdasarkan peristiwa ini ia menyimpulkan bahwa gerakan magnet yang dilakukan telah menghasilkan arus yang arahnya bergantung pada arah gerakan magnet. Setelah itu, Faraday menukar benda yang digerakkan. Ia mencoba menggerakkan kawat melingkar dan memegang sebuah magnet di tengah-tengah lingkaran tersebut. Pada percobaan ini pun Faraday menemukan bahwa arus kembali diinduksi karena jarum amperemeter bergerak.

potensial atau tegangan antara ujung-ujung kumparan yang diinduksi. Tegangan yang demikian disebut dengan tegangan induksi. Dalam percobaan Faraday, ia menemukan bahwa besarnya tegangan induksi ini bergantung pada tiga faktor lain, yaitu: a) Jumlah lititan kumparan. Makin banyak lilitan kumparan, makin besar tegangan induksi yang dihasilkan. b) Kecepatan gerakan magnet. Makin cepat gerakan magnet, makin besar pula tegangan induksi yang dihasilkan. c) Jumlah garis gaya magnet. Makin banyak garis gaya magnet, makin besar tegangan induksi yang dihasilkan.

Jika magnet pada kumparan tersebut terus digerakkan, maka arus yang melewati kumparan akan berubah-ubah arah sesuai dengan gerakan magnetnya. Arus yang demikian disebut dengan arus bolak-balik (AC = alternating curent). Beberapa alat yang menggunakan prinsip kerja hasil percobaan Faraday, di antaranya adalah generator dan transformator. 2. Generator Tentunya kita tidak asing lagi dengan istilah generator. Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Untuk mengenal bentuk nyata dari generator, akan lebih mudah jika kita mengunjungi wilayah pembangkit listrik karena di sana generator banyak digunakan. Terdapat dua jenis generator, yaitu generator arus bolak-balik dan generator arus searah.

Pada generator arus bolak-balik, kumparan yang diletakkan pada batang diputar dalam medan magnet yang diam sehingga menghasilkan tegangan induksi. Melalui sikat-sikat karbon yang dihubungkan dengan cincin-cincin generator, tegangan yang dihasilkan dapat menyalakan sebuah lampu. Generator ini dinamakan generator arus bolak-balik karena arah arus induksi berlawanan dengan arah putaran kumparan. Bagian generator yang berputar disebut rotor, sedangkan bagian yang diam disebut stator. Pada dasarnya, prinsip kerja generator arus bolak-balik dan generator arus searah adalah sama. Hanya saja pada generator arus searah, cincin yang digunakan adalah cincin belah. Cincin ini bekerja sebagai komutator yang mengubah arus listrik yang dikeluarkan generator.

Dengan demikian, arus listrik yang awalnya merupakan arus bolak-balik pada kumparan, dalam rangkaian di luar kumparan menjadi arus searah. Dapat dilakukan beberapa cara untuk memperbesar tegangan dan arus induksi, yaitu: 1) Mempercepat putaran rotor. 2) Memperbanyak lilitan pada kumparan.

3) Menggunakkan magnet yang lebih kuat. 4) Memasukkan inti besi lunak ke dalam kumparan. Dalam kehidupan sehari-hari, generator arus bolakbalik ini dapat kita temukan pada sepeda yang berlampu. Untuk menyalakan lampu tersebut, generator dipasang pada roda. Kayuhan yang dilakukan telah mengubah energi dalam tubuhmu menjadi energi mekanis pada gerak roda. Gerak roda ini kemudian menghasilkan tegangan listrik yang dapat menyalakan lampu. Sedangkan, generator arus searah dapat kita jumpai pada alat-alat pemanas. Listrik yang kita gunakan sehari-hari berasal dari PLN merupakan listrik yang berasal dari generator arus bolakbalik. Generator ini menghasilkan arus yang sangat besar sehingga susunannya lebih rumit daripada generator serupa yang digunakan untuk menyalakan lampu sepeda. Pada generator ini, energi mekanis diperoleh dari gerakan benda yang disebut turbin. Turbin adalah roda besar yang diputar oleh dorongan air, angin, atau uap, bahkan nuklir. Secara umum, cara menghasilkan arus induksi pada generator ini hampir sama dengan generator sederhana. Hanya saja, arus induksi yang dihasilkan akan diproses terlebih dahulu sebelum akhirnya sampai ke rumah-rumah untuk digunakan. Salah satu alat yang digunakan pada proses ini adalah transformator. 3. Transformator Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik. Alat ini terdiri dari dua buah kumparan. Arus pada salah satu kumparan akan menghasilkan medan magnet yang akan menginduksi arus pada kumparan lain. Kumparan yang pertama disebut kumparan primer, sementara kumparan yang kedua, yaitu kumparan yang menghasilkan arus induksi disebut kumparan sekunder.

a. Jenis-Jenis Transformator Berdasarkan fungsinya, transformator dikelompokkan menjadi dua, yaitu transformator step-up dan transformator step-down.

1) Transformator step-up Transformator step-up adalah jenis transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan induksi. Pada transformator ini, jumlah lilitan pada kumparan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan kumparan sekunder (ingat bahwa tegangan induksi sebanding dengan jumlah lilitan) sehingga arus induksi yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada arus pada kumparan primer. Dengan demikian, tegangan induksi pun akan naik. Transformator ini digunakan pada televisi untuk menaikkan tegangan 220 V menjadi 20.000 V.

2) Transformator step-down Transformator step-down adalah jenis transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan induksi. Sesuai tujuannya, jumlah lilitan kumparan sekunder pada transformator ini dibuat lebih sedikit daripada jumlah lilitan pada kumparan primer. Transformator ini banyak digunakan pada radio, tape recorder, dan komputer Secara bersamaan, kedua transformator ini digunakan pada penyaluran listrik dari pembangkit listrik menuju pelanggan. Pembangkit listrik yang biasanya terletak cukup jauh dari tempat pelanggan, dapat kehilangan energi yang cukup banyak pada proses penyalurannya. Faktor utama penyebabnya adalah tegangan dan arus yang dihasilkan generator relatif kecil. Untuk itu, dalam jarak yang cukup dekat dari sumber pembangkit listrik, digunakan transformator step-up sehingga tegangan akan membesar dan energi yang hilang selama penyaluran listrik akan lebih kecil. Sebelum sampai ke pelanggan, tegangan tinggi yang berbahaya ini kemudian diturunkan lagi menggunakan transformator step-down yang biasa tersimpan pada tiang listrik di dekat rumah pelanggan. Selain dapat meminimalisir kehilangan energi, pemanfaatan transformator ini pun berfungsi untuk menjaga keamanan dan keselamatan pelanggan dari bahaya tegangan tinggi.

b. Efisiensi Transformator Ketika kita menggunakan transformator, kita akan merasakan panas di sekitar transformator tersebut. Panas yang timbul pada transformator ini merupakan energi yang dihasilkan oleh inti besi dan kumparan yang telah mengubah sebagian energi listrik yang dihasilkan menjadi energi panas. Akibatnya, jumlah energi listrik yang dihasilkan kumparan primer ketika dipindahkan ke kumparan sekunder akan berkurang. Kondisi ini merugikan karena telah mengurangi hasil kerja transformator tersebut. Kerugian ini dapat dihitung dari selisih daya pada kumparan primer dengan kumparan sekunder.

 

Medan Magnet di Sekitar Sumber Arus Listrik | medsis | 4.5