IPA · Bab 10 Kemagnetan

Diana

23/08/2021 05:50:27

SMP 9 K 13

Daftar Isi

Bab 1 Sistem Ekskresi pada Manusia Bab 2 Sistem Reproduksi pada Manusia Bab 3 Sistem Koordinasi dan Alat Indera Bab 4 Kelangsungan Hidup Makhluk Hidup Bab 5 Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup Bab 6 Bioteknologi Bab 7 Listrik Statis Bab 8 Listrik Dinamis Bab 9 Energi dan Daya Listrik Bab 10 Kemagnetan Bab 11 Tata Surya

Halaman

Bab 10 - Kemagnetan

157

Bab

Kemagnetan

Peta Konsep

Kemagnetan

membahas

Dinamo sepeda merupakan salah satu alat yang dapat

menghasilkan arus listrik. Di dalam dinamo terdapat

kumparan (lilitan kawat) dan magnet. Arus listrik yang

dihasilkan merupakan hasil kerja dari kumparan dan

magnet tersebut. Mengapa magnet dan kumparan dapat

menghasilkan arus listrik? Bagaimanakah sifat-sifat magnet

sehingga dapat digunakan untuk menghasilkan arus listrik?

Bagaimanakah caranya? Ayo pelajari bab ini dan coba

temukan jawaban dari pertanyaan-pertanyaan tersebut.

Setelah mempelajari bab ini, diharapkan kamu dapat

mendeskripsikan pengertian magnet, sifat-sifat magnet,

bahan pembuat magnet, cara membuat magnet, dan

medan megnat, menjelaskan sifat kemagnetan bumi,

mendeskripsikan proses elektromagnet dan induksi

elektromagnetik beserta contoh penerapannya dalam

kehidupan.

Gambar 10.1

Dinamo sepeda

Sumber:

image.google.co.id

Magnet

Sifat kemagnetan bumi

Medan magnet

Induksi elektromagnetik

Di sekitar kawat berarus

Bahan-bahan pembuat magnet

- Menggosok

- Induksi

- Dialiri arus listrik

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

158

Bagian-bagian magnet

Magnet yang dipotong

Gambar 10.2

Magnet batang

Jika kamu mendekatkan kutub-kutub magnet yang

sejenis langsung dengan tanganmu, maka kamu dapat

melihat bahwa kedua kutub tersebut akan sangat sulit

disatukan. Makin kuat usaha yang kamu berikan, makin kuat

magnet tersebut melawan usahamu. Jika kamu mencoba

mendekatkan dua kutub magnet yang sejenis di atas meja

dengan sedikit menyentuhnya, maka makin dekat kamu

mengarahkan kedua kutub magnet itu, sehingga salah

Seorang pemulung besi menggunakan suatu alat yang

mengandung magnet untuk memisahkan paku dan benda-

benda lainnya yang mengandung besi. Dengan alat tersebut,

pemulung besi dapat dengan mudah memisahkan benda-benda

yang mengandung besi dan kemudian mengumpulkannya.

Hal di atas merupakan contoh penerapan magnet dalam

kehidupan sehari-hari. Untuk lebih memahami tentang

konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan,

mari cermati uraian berikut ini.

A. Magnet

Magnet pertama kali ditemukan di suatu daerah

bernama Magnesia. Magnet adalah batu bermuatan yang

memiliki sifat dapat menarik benda yang mengandung

partikel besi (Fe

1. Kutub-Kutub Magnet

Kut

ub-kutub magnet adalah bagian ujung magnet yang

memiliki kekuatan paling besar untuk menarik partikel

besi dibandingkan bagian magnet yang lain. Setiap magnet

memiliki dua buah kutub, yaitu kutub selatan dan kutub

utara. Garis lurus yang menghubungkan kedua kutub ini

disebut sumbu magnet. Jika kita menggantungkan sebuah

magnet dan mendiamkannya, arah memanjang magnet selalu

mengarah ke arah utara-selatan. Sementara itu, jika sebuah

magnet dipotong, maka setiap potongan tersebut akan tetap

memiliki dua kutub dan menjadi sebuah magnet yang baru.

Bab 10 - Kemagnetan

159

satu magnet akan berputar dan memberikan kutub yang

berlawanan jenis untuk menyatu dengan kutub yang lain.

Dapatkah kamu menjelaskan mengapa hal itu bisa terjadi?

Ya, hal itu dapat terjadi karena kutub-kutub magnet memiliki

sifat tertentu, yaitu:

a) Dua kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan

saling tolak menolak.

b) Dua

kutub magnet yang berlawanan jenis bila

didekatkan akan saling tarik-menarik.

2. Bahan Magnetik dan Nonmagnetik

Bahan magnetik adalah benda-benda yang dapat

ditarik oleh magnet. Berdasarkan pengertian magnet, bahan

magnetik mengandung partikel besi. Benda yang tergolong

benda magnetik di antaranya adalah besi, nikel, dan kobalt.

Bahan magnetik pada umumnya merupakan bahan yang

dapat ditarik dengan kuat oleh magnet sehingga disebut

juga bahan feromagnetik.

Bahan nonmagnetik adalah bahan yang tidak ditarik

secara kuat oleh magnet. Berdasarkan daya tarik magnetnya,

bahan nonmagnetik terbagi dua, yaitu bahan paramagnetik

dan diamagnetik. Bahan paramagnetik adalah bahan yang

dapat ditarik oleh magnet, tetapi tarikannya sangat lemah.

Bahan yang tergolong paramagnetik adalah aluminium,

tembaga, kaca, dan kayu. Sementara itu, bahan diamagnetik

adalah bahan yang apabila didekatkan dengan magnet, maka

magnet akan menolaknya (menjauhinya). Logam mineral

yang tergolong bahan diamagnetik di antaranya emas dan

timah hitam.

3. Pembuatan Magnet

Pad

a dasarnya, sebuah bahan magnet tersusun dari

sejumlah besar magnet-magnet kecil yang disebut magnet

elementer. Pada bahan magnet, magnet-magnet elementer

membentuk pola susunan yang

tidak teratur. Bahan magnet

dapat dibuat magnet dengan cara membuat susunan magnet

elementer ini membentuk pola yang beraturan.

Berdasarkan cepat lambatnya bahan magnet ini menjadi

magnet, maka bahan ini dapat digolongkan menjadi:

Bah

an magnet lunak, yaitu bahan magnet yang magnet

elementernya mudah diatur sehingga bahan itu mudah

dan relatif cepat dijadikan magnet.

b) Bah

an magnet keras, yaitu bahan magnet yang magnet

elementernya sukar

diatur sehingga relatif sulit dan

nfo

Bahan magnetik adalah

benda-benda yang dapat

ditarik oleh magnet,

sedangkan bahan non-

magnetik adalah bahan

yang tidak ditarik secara

kuat oleh magnet.

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

160

akan membutuhkan waktu yang lama untuk menjadi

magnet.

Berdasarkan kekuatan mempertahankan sifat

magnetnya, suatu magnet dapat dikelompokkan menjadi:

a) Mag

net sementara, yaitu magnet yang susunan magnet

elementernya mudah kembali tidak teratur setelah

bahan magnetnya dijadikan magnet.

b) Mag

net permanen, yaitu magnet yang susunan magnet

elementernya sukar untuk tidak teratur lagi sehingga

memiliki daya tahan yang relatif lama untuk menjadi

magnet.

Berdasarkan pengertian di atas, dapat disimpulkan

bahwa bahan yang termasuk magnet lunak juga merupakan

magnet sementara, contohnya besi. Sementara itu, bahan

yang merupakan magnet keras juga magnet permanen,

contohnya baja.

Terdapat tiga cara untuk membuat bahan magnet

menjadi magnet, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.

Penjelasannya dapat kamu lihat pada tabel berikut ini.

Arus listrik

Untuk membuat magnet dengan cara ini,

bahan magnet harus dialiri arus. Arus listrik

ini dialirkan searah melalui kawat yang

dililitkan pada bahan magnet. Magnet yang

dibuat dengan cara ini dinamakan magnet

listrik atau elektromagnet. Untuk menentukan

kutub-kutub magnetnya, digunakan kaidah

tangan kanan.

Gambar 10.5

Menggosok

Cara ini dapat dilakukan dengan menggosokkan

bahan itu ke magnet dalam satu arah.

Kutub magnet yang dihasilkan bahan akan

berlawanan arah dengan kutub magnet yang

digunakan untuk menggosok.

Induksi

Cara

ini dapat dilakukan dengan mendekatkan

bahan magnet pada suatu magnet kuat (tanpa

menyentuhkannya). Ujung bahan magnet

yang didekatkan ke ujung magnet utama

akan menjadi kutub yang berlawanan dengan

kutub magnet utama yang terdekat.

besi

arah gosokan

magnet

besi

Gambar 10.3

Gambar 10.4

Tabel 10.1

Cara-Cara Membuat Besi Menjadi Magnet

Bab 10 - Kemagnetan

161

Sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara

pemanasan atau pemukulan. Dengan melakukan hal ini,

berarti kamu telah mengganggu susunan magnet elementer

sehingga susunannya kembali tidak teratur dan sifat

magnetnya hilang.

4. Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah sekitar magnet yang

pada daerah itu magnet lain masih dipengaruhi oleh gaya

magnetik jika diletakkan di atasnya. Jika di daerah tersebut

ditaburkan serbuk besi, maka serbuk besi akan ditarik oleh

kutub magnet dan membentuk pola garis, disebut garis

gaya magnet.

Sifat-sifat dari garis gaya magnet adalah:

garis gaya magnet

keluar dari kutub utara dan masuk

ke kutub selatan,

b) garis gaya magnet tidak pernah berpotongan,

c) tempat yang mempunyai garis gaya magnet rapat

menunjukkan medan magnet yang kuat. Sebaliknya,

tempat yang mempunyai garis gaya magnet renggang

menunjukkan medan magnet yang lemah.

kutub bumi

kutub magnet bumi

Gambar 10.7

Posisi kutub magnet bumi

Sumber:

Encarta 2005

Sumber:

Encarta 2005

Gambar 10.6

Serbuk besi yang

membentuk medan magnet

B. Sifat Kemagnetan Bumi

Kamu pasti sudah mengetahui bahwa di planet bumi ini

terdapat daerah yang disebut kutub selatan dan kutub utara.

Menurutmu, adakah hubungan antara penamaan daerah

ini dengan kutub-kutub magnet? Ya, tentunya ada karena

Tuhan telah menjadikan bumi memiliki sifat magnetik. Bumi

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

162

ahabatku,

Ilmuwan

Hans Cristian

Oersted

(1777

- 1851) adalah ahli

sika dan kimia

dari Denmark.

Ia dilahirkan

di Rudköbing,

dan menempuh

pendidikan di

University of

Copenhagen. Ia

ditetapkan sebagai

profesor ilmu

sika

di University of

Copenhagen pada

1806. Kemudian,

pada 1819 ia

menemukan

bahwa suatu jarum

magnet dibelokkan

dengan sudut 90

ke arah kawat

yang membawa

arus listrik. Ia

menyimpulkan

bahwa di sekitar

kawat yang berarus

listrik terdapat

medan magnet. Hal

ini menjadi dasar

untuk mempelajari

keelektromagnetan.

dapat kita pandang sebagai magnet batang yang sangat besar

sehingga memiliki kutub utara dan kutub selatan.

Sesuai namanya, kutub utara bumi yang selama ini kita

kenal merupakan kutub utara dari magnet bumi. Begitupun

dengan kutub selatan. Kutub selatan yang selama ini kita

lihat di peta merupakan kutub selatan magnet bumi. Namun

demikian, kutub magnet bumi tidak berimpit dengan kutub

bumi secara geogra

s. Di antara keduanya terdapat sudut

yang menyebabkan garis-garis gaya magnet bumi tidak tepat

berada di kutub utara dan selatan bumi secara geogra

tetapi sedikit menyimpang. Garis gaya magnet bumi ini tidak

selalu sejajar dengan permukaan bumi. Ketidaksejajaran ini

membentuk sudut yang disebut sudut inklinasi. Dengan

kata lain, sudut inklinasi dapat diartikan sebagai sudut yang

dibentuk oleh medan magnet bumi dengan garis horizontal.

Besarnya sudut inklinasi di setiap permukaan bumi memiliki

besar yang berbeda-beda. Dan sudut inklinasi terbesar

berada di daerah kutub utara dan kutub selatan bumi.

Pernahkah kamu memperhatikan arah jarum pada

kompas (alat penunjuk arah)? Jika kita perhatikan dengan

teliti, dapat kita lihat bahwa arah yang ditunjukkan jarum

kompas bukanlah arah kutub utara dan selatan geogra

bumi yang sebenarnya, melainkan arah utara dan selatan

kutub-kutub magnet bumi. Jarum kompas itu akan

membentuk sudut yang dinamakan sudut deklinasi, yaitu

sudut antara jarum kompas dengan arah utara-selatan

geogra

s bumi yang sebenarnya.

C. Medan Magnet di Sekitar 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

Berda

sarkan namanya, percobaan ini dilakukan oleh

seorang

sikawan 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.

Bab 10 - Kemagnetan

163

Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas

bergantung pada arah arus listrik yang mengalir dalam

penghantar.

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.

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. Bua

tlah rangkaian alat dan bahan

yang telah kamu sediakan seperti

pada Gambar 10.8.

2. Dal

am keadaan saklar yang masih

terbuka, letakkan penghantar sedikit

di atas jarum kompas dengan arah

memanjang, sejajar dengan arah

jarum kompas. Perhatikan kedudukan

jarum kompas tersebut!

Alirkan arus pada penghantar dengan

menutup saklar, lalu perhatikan apa

yang terjadi pada jarum kompas.

Buka saklar, lalu balikkan arah arus dengan cara menukar kutub baterai.

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.

Aktivitas Siswa

baterai

kompas

kawat penghantar

saklar

Gambar 10.8

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

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

164

Arus listrik

arah arus

Tangan kanan

Gambar 10.9

Medan magnet sekitar kumparan

Gambar 10.10

Kaidah tangan kanan

arah arus

listrik

arah

medan magnet

kutub utara

Sumber:

Encarta 2005

Sumber:

google.co.id

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.

Arah medan magnet

Arah arus

Gambar 10.11

Medan magnet di sekitar kawat melingkar

Sumber:

image.google.co.id

berarus ini ibu jari menunjukkan arah medan magnet

sementara keempat jari yang lain menunjukkan arah 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

Bab 10 - Kemagnetan

165

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:

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.

Buatlah kesimpulan dari hasil kegiatan yang telah kamu ikuti.

Aktivitas Siswa

dihasilkan oleh kumparan, dapat dilakukan beberapa cara

berikut ini:

a) Menyisipkan kumparan dengan inti besi yang lebih

bersifat magnetik.

b) Memperbanyak lilitan kumparan.

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.

Pikirkanlah

Bagaimanakah prinsip

gaya magnet yang

bekerja pada kipas

angin? Jelaskan!

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:

Gambar 10.12

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

166

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.

Gambar 10.13

Alat yang memiliki motor listrik

Sumber:

Image bank

b. Alat Ukur Listrik

Selama mempelajari

sika, 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.

Bab 10 - Kemagnetan

167

D. Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah proses pembuatan

arus listrik dengan cara mendekatkan sumber listrik pada

sebuah magnet.

1. Proses Terjadinya Induksi Elektromagnetik

Ind

uksi 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.

Gambar 10.14

Rangkaian percobaan Faraday

Sumber:

google.co.id

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.

Untuk lebih memahami hasil penemuan ini, ikutilah

kegiatan sederhana berikut.

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

168

Ketika arus dihasilkan, maka saat itu akan terdapat

beda 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:

Jumlah lititan kumparan. Makin banyak lilitan kumparan,

makin besar tegangan induksi yang dihasilkan.

b) Kec

epatan gerakan magnet. Makin cepat gerakan magnet,

makin besar pula tegangan induksi yang dihasilkan.

c) Jum

lah garis gaya magnet. Makin banyak garis gaya

magnet, makin besar tegangan induksi yang dihasilkan.

Gerakan

ke-

Kumparan 1

Kumparan 2

Skala I

(

Skala II

(

Skala III

(

Skala I

(

Skala II

(

Skala III

(

Buatlah kesimpulan dari hasil kegiatan yang telah kamu ikuti.

Tujuan

: Membuat arus listrik di sekitar magnet.

Alat dan bahan : Kawat terisolasi, sebuah tabung dari kardus, sebuah gunting,

sebuah mikro amperemeter, sebuah magnet batang.

Langkah kerja:

1. Buatlah dua buah kumparan, yaitu kumparan sebanyak 50 dan 25 lilitan

dengan melilitkan kawat ke tabung kardus. Sisakan kawat sepanjang 15 cm

di ujung-ujung kumparan.

Hubungkan ujung-ujung kawat dengan mikro amperemeter, lalu lihat skala

yang ditunjukkan jarum pada mikro amperemeter.

3. Mas

ukkan salah satu ujung magnet batang ke dalam kumparan. Lihat

kembali skala yang ditunjukkan jarum mikro amperemeter.

4. Tar

ik keluar magnet dari kumparan dan lihat lagi skala pada mikro ampere-

meter.

Ulangi langkah 4 dan 5 dengan gerakan yang lebih cepat.

Catat hasil pengamatanmu pada tabel berikut.

Aktivitas Siswa

Bab 10 - Kemagnetan

169

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:

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 bolak-

balik 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

Pikirkanlah

Mengapa pada

generator arus

bolak-balik, arah

arus induksi yang

dihasilkan berlawanan

dengan arah putaran

kumparan? Jelaskan!

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

170

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 bolak-

balik. 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

Tra

nsformator 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.

Jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder

suatu transformator dapat berbeda atau sama. Perbandingan

antara kumparan sekunder dengan kumparan primer

disebut dengan perbandingan transformator, dinotasikan:

nfo

Jumlah lilitan pada

kumparan primer dan

sekunder dari suatu

transformator dapat

berbeda atau sama,

tergantung kepada jenis

transformatornya.

dengan:

= jumlah lilitan pada kumparan primer

= jumlah lilitan pada kumparan sekunder

——

Pada awal pembahasan subbab induksi elektromagnetik

telah disebutkan bahwa besar tegangan induksi sebanding

dengan jumlah lilitan sehingga berlaku persamaan:

—— = ——

Bab 10 - Kemagnetan

171

dengan:

= tegangan kumparan primer (tegangan

primer)

= tegangan kumparan sekunder (tegangan

sekunder)

Berdasarkan Hukum Ohm yang menyebutkan bahwa

tegangan berbanding terbalik dengan arusnya, maka

perbandingan arus dapat dihitung dengan persamaan:

dengan:

= kuat arus primer

= kuat arus sekunder

—— = ——

——

= —

— = —

—

Dari ketiga perbandingan di atas, dapat diperoleh satu

persamaan, yaitu:

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.

nfo

Berdasarkan fungsinya,

transformator

dikelompokkan menjadi

dua, yaitu transformator

step-up

dan transformator

step-down.

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

172

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 t

ransformator

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. E

siensi 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. Persentase dari perbandingan daya

pada kumparan sekunder dan kumparan primer disebut

sebagai e

siensi transformator (

), dirumuskan:

dengan:

= e

siensi transformator

= daya kumparan sekunder

= daya kumparan primer

= ——

100%

Bab 10 - Kemagnetan

173

Contoh:

Ketika digunakan, suatu tranformator ternyata mengalami

kerugian sebesar 2,5 watt. Jika daya pada kumparan primer

transformator tersebut adalah 50 watt, hitunglah:

daya pada kumparan sekunder

b. e

siensi transformator

Penyelesaian:

Diketahui :

= 50 watt; kerugian = 2,5 watt.

Ditanya :

dan

Jawab:

Daya pada kumparan sekunder adalah:

Kerugian transformator =

–

⇒

2,5 watt = 5 watt –

⇒

= (50 – 2,5) watt = 47,5

watt.

Jadi, daya sekunder transformator tersebut adalah

47,5 watt.

b. E

siensi transormator tersebut adalah:

= —– × 100% = —————– × 100% = 95%

Jadi, e

siensi dari transformator tersebut adalah

95%.

47,5 watt

50 watt

Daya yang termuat pada kumparan primer suatu transformator adalah 15 watt.

Jika e

siensi transformator tersebut adalah 85%, tentukanlah kerugian daya yang

dialami transformator tersebut!

enguji Diri

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

174

ilasan Materi

•

Magnet adalah batu bermuatan yang memiliki sifat dapat menarik benda

yang mengandung partikel besi.

•

Kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan tolak-menolak, sedangkan

kutub magnet yang berlawanan jenis bila didekatkan akan tarik-menarik.

• Bahan magnetik dapat

ditarik oleh magnet, sedangkan bahan nonmagnetik

tidak dapat ditarik oleh magnet.

• Car

a untuk membuat bahan magnet menjadi magnet, yaitu menggosok,

induksi, dan arus listrik.

• Medan magnet adalah

daerah sekitar magnet yang pada daerah itu magnet

lain masih dipengaruhi oleh gaya magnetik jika diletakkan di atasnya.

•

Di sekitar kawat yang berarus listrik terdapat medan magnet.

• E

lektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang disisipi inti besi

sehingga menghasilkan sebuah medan magnet yang kuat.

• Gaya Lorenz atau

gaya magnet adalah gaya yang muncul akibat adanya

arus listrik pada penghantar di dalam medan magnet.

•

Prinsip gaya magnet

diterapkan dalam pembuatan alat-alat listrik, seperti

motor listrik, alat ukur listrik, dan kipas angin.

• Induksi elektromagnetik adalah

proses pembuatan arus listrik dengan cara

mendekatkan sumber listrik pada sebuah magnet.

• Tra

nsformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau

menurunkan tegangan bolak-balik.

•

Pada suatu transformator berlaku:

• Transformator

step-up

adalah jenis transformator yang berfungsi untuk

menaikkan tegangan induksi.

• Transformator

step-down

adalah jenis transformator

yang berfungsi untuk

menurunkan tegangan induksi.

•

Efesiensi transformator (

) dirumuskan dengan:

—– = —– = —–

= —– × 100%

Setelah kamu mempelajari tentang kemagnetan, coba kamu jelaskan kembali

konsep kemagnetan! Karya apa yang dapat kamu buat sebagai penerapan konsep

kemagnetan?

Bab 10 - Kemagnetan

175

1. Sifat magnet adalah menarik benda

yang mengandung ....

a. plastik

b. partikel besi

c. partikel baja

d. kayu

2. Arah yang ditunjukkan oleh bagian

memanjang magnet jika digantungkan

dan didiamkan adalah ....

utara - selatan

barat - timur

timur laut - barat daya

d. tenggara - timur laut

3. Logam yang tergolong bahan

diamagnetik adalah ....

timah dan besi

emas dan timah

emas dan timah hitam

d. aluminium dan timah

Kegiatan yang dilakukan pada bahan

yang mengandung besi yang tidak

dapat menghasilkan magnet adalah

....

menggosok satu arah

b. me

nginduksi dengan magnet

kuat

mengalirkan arus listrik

d. mengelektrolisis

5. Daerah sekitar magnet yang pada

daerah itu magnet lain masih

dipengaruhi oleh gaya magnetik

adalah ....

a. medan magnet

b. kutub magnet

c. sumbu magnet

d. garis gaya magnet

Cara yang dapat memperbesar medan

magnet pada kumparan berarus

adalah sebagai berikut,

kecuali

....

a. men

yisipkan inti besi yang

lebih bersifat megnetik pada

kumparan

memperbanyak lilitan kumparan

memperbesar arus listrik

d. mengurangi kekuatan magnet

7. Sudut yang dibentuk oleh medan

magnet bumi dengan garis horizontal

adalah ....

a. sudut inklinasi

b. sudut deviasi

c. sudut inviasi

d. sudut deklinasi

Alat yang menggunakan prinsip kerja

induksi elektromagnetik adalah ....

a. motor listrik

b. generator

c. voltmeter

d. amperemeter

9. Tegangan induksi hasil induksi

elektromagnetik dipengaruhi oleh

hal berikut,

kecuali

....

a. jumlah lilitan

jumlah garis gaya magnet

kecepatan gerakan magnet

d. kuat medan magnet

10.

Perbandingan lilitan transformator

step-up

adalah 2 : 7. Jika pada

kumparan sekundernya terdapat

14 lilitan, maka jumlah lilitan pada

kumparan primernya ....

4 lilitan

28 lilitan

14 lilitan

d. 49 lilitan

A. Pilihlah jawaban yang paling tepat!

Uji Kemampuan

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

176

Jika kamu mendekatkan dua kutub magnet yang sejenis, maka akan terjadi

tolak-menolak di antara kedua kutub magnet tersebut. Mengapa demikian?

Kemukakan pendapatmu!

2. E

siensi transformator adalah persentase perbandingan daya pada kumparan

sekunder dan kumparan primer. Menurutmu, adakah transformator yang

memiliki e

siensi 100%? Jelaskan!

3. Seb

utkan dan jelaskan contoh pemanfaatan kemagnetan dalam produk

teknologi yang ada di sekitar tempat tinggalmu! Diskusikanlah bersama

teman sekelompokmu!

Berikut adalah sebuah magnet yang dipotong-potong.

Jika N selatan, tentukanlah jenis kutub dari huruf yang lain!

Jelaskanlah apa yang dimaksud dengan:

bahan paramagnetik

d. garis gaya magnet

bahan diamagnetik

gaya Lorenz

bahan feromagnetik

kaidah tangan kanan

Tuliskan fungsi dan prinsip kerja dari:

a. generator

b. transformator

step-up

c. transformator

step-down

4. S

ebuah transformator dapat mengubah tegangan 2000 V menjadi 2500 V.

Jika kumparan primernya memiliki 400 lilitan dan dialiri arus sebesar 50 A,

tentukanlah:

Jumlah lilitan kumparan sekunder

Kuat arus yang mengalir pada kumparan sekunder

c. Jenis transformator

d. Perbandingan lilitan transformator tersebut

Jika kerugian yang harus diterima dari kerja sebuah transformator adalah 15 watt,

sedangkan efesiensi transformator tersebut adalah 75 %, hitunglah daya pada

kumparan primer dan sekunder transformator tersebut!

B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini!