IPA · Bab 11 KEMAGNETAN

SukisWariyono, dkk

22/08/2021 04:42:20

SMP 9 KTSP

Daftar Isi

Bab 1 SISTEM EKSKRESI PADA MANUSIA Bab 2 SISTEM REPRODUKSI PADA MANUSIA Bab 4 KELANGSUNGAN HIDUP MAKHLUK HIDUP Bab 5 PEWARISAN SIFAT Bab 6 BIOTEKNOLOGI Bab 7 LISTRIK STATIS Bab 8 LISTRIK DINAMIS Bab 9 SUMBER ARUS LISTRIK Bab 10 ENERGI DAN DAYA LISTRIK Bab 11 KEMAGNETAN Bab 12 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Bab 13 TATA SURYA

Halaman

Kemagnetan

185

KEMAGNETAN

Bab 11

Malu bertanya sesat di jalan. Ketika berada

di hutan yang sangat lebat seperti gambar di

samping, hingga sinar mataharipun tidak mampu

menembus pepohonan, seseorang akan sangat

mudah tersesat. Tidak ada yang dapat ditanya,

mana arah utara. Namun, jika saat itu dia

membawa kompas, permasalahannya dapat

diatasi.

Fenomena penampakan magnet sebagai

kompas atau penunjuk arah, akan kamu pelajari

pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari

hal-hal yang berkaitan dengan gejala ke-

magnetan.

Sumber:

Indonesian Heritage

, 2002

Pretest

1. Termasuk gaya sentuh ataukah tak sentuh gaya magnet itu?

2. Benda apakah yang dapat ditarik magnet?

3. Sebutkan tiga contoh benda di sekitarmu yang menggunakan

magnet.

4. Sebutkan cara membuat magnet yang kamu ketahui.

Kata-Kata Kunci

– deklinasi

– inklinasi

– elektromagnet

–

kutub magnet

– garis gaya magnet

– medan magnet

– gaya Lorentz

186

Mari BIAS 3

Kemagnetan

187

Pada era teknologi yang serba modern ini magnet memegang

peranan yang sangat penting. Dari pengembangan sains, telah

berhasil membuat alat transportasi yang menggunakan magnet yang

disebut kereta api monorel. Berbagai alat menggunakan magnet

seperti alat-alat rumah tangga dan alat-alat komunikasi. Apakah

sebenarnya magnet itu? Bagaimanakah prinsip kerja alat-alat itu

berdasarkan kemagnetan?

A. KEMAGNETAN BAHAN

Kita dapat menggolongkan benda berdasarkan sifatnya.

Pernahkah kamu melihat benda yang dapat menarik benda logam

lain? 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 yang berada di

dekat magnet dapat ditarik. Benda yang dapat ditarik magnet disebut

benda magnetik. Benda yang tidak dapat ditarik magnet disebut

benda nonmagnetik.

Benda yang dapat ditarik magnet ada yang dapat ditarik kuat,

dan ada yang ditarik secara lemah. Oleh karena itu, benda

dikelompokkan menjadi tiga, yaitu benda feromagnetik, benda

paramagnetik, dan benda diamagnetik. Benda yang ditarik kuat oleh

magnet disebut benda feromagnetik. Contohnya besi, baja, nikel,

dan kobalt. Benda yang ditarik lemah oleh magnet disebut benda

paramagnetik. Contohnya platina, tembaga, dan garam. Benda yang

ditolak oleh magnet dengan lemah disebut benda diamagnetik.

Contohnya timah, aluminium, emas, dan bismuth.

Benda-benda magnetik yang bukan magnet dapat dijadikan

magnet. Benda itu ada yang mudah dan ada yang sulit dijadikan

magnet.

Baja sulit untuk dibuat magnet, tetapi setelah menjadi

magnet sifat kemagnetannya tidak mudah hilang. Oleh karena itu,

baja digunakan untuk membuat magnet tetap (magnet permanen).

Besi mudah untuk dibuat magnet, tetapi jika setelah menjadi

magnet sifat kemagnetannya mudah hilang. Oleh karena itu, besi

digunakan untuk membuat magnet sementara (magnet remanen).

Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnet

kecil yang disebut magnet elementer. Cobalah mengingat kembali

teori partikel zat di kelas VII. Benda yang bukan magnet arah magnet

elementernya tidak beraturan. Adapun, benda magnet arah magnet

elementernya teratur. Perhatikan Gambar 11.2. Oleh sebab itu,

prinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elemen-

ter yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara

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

Tujuan belajarmu adalah

dapat:

membedakan benda

magnet dengan

benda bukan

magnet;

mendemonstrasikan

cara membuat

magnet dan cara

menghilangkan sifat

kemagnetan

Tujuan Pembelajaran

Gambar 11.1

Susunan mag-

net elementer besi/baja sebelum

menjadi magnet

Gambar 11.2

Susunan mag-

net elementer besi/baja yang

telah menjadi magnet

188

Mari BIAS 3

Gambar 11.6

Ujung A besi

menjadi kutub selatan

besi

Gambar 11.4

Ujung A besi

menjadi kutub selatan

Membuat Magnet dengan Cara Menggosok

Besi yang semula tidak bersifat magnet, dapat dijadikan

magnet. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap.

Arah gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat

pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah.

Apabila magnet elementer besi telah teratur dan mengarah ke satu

arah, dikatakan besi dan baja telah menjadi magnet.

Ujung-ujung besi yang digosok akan terbentuk kutub-kutub

magnet. Kutub-kutub yang terbentuk tergantung pada kutub magnet

yang digunakan untuk menggosok.

Pada ujung terakhir besi yang digosok, akan mempunyai

kutub yang berlawanan dengan kutub ujung magnet penggosoknya.

Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 11.3.

2. Membuat Magnet dengan Cara Induksi

Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi

magnet. Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap. Magnet

elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau

terinduksi magnet tetap yang menyebabkan letaknya teratur dan

mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet sehing-

ga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.

Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang,

akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet

penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan

ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B

besi menjadi kutub utara atau sebaliknya.

3. Membuat Magnet dengan Cara Arus Listrik

Selain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikan

magnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihu-

bungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi

dan baja akan terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan

baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan

mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan

dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang

demikian disebut magnet listrik atau elektromagnet.

Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutub

magnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan.

Jika arah arus berlawanan jarum jam maka ujung besi tersebut

menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum

jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengan

demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.

Gambar 11.4

Ujung A besi

menjadi kutub utara

besi

Gambar 11.3 Ujung terakhir

gosokan menjadi kutub selatan

Kemagnetan

189

Setelah kita dapat membuat magnet tentu saja ingin me-

nyimpannya. Agar sifat kemagnetan sebuah magnet dapat tahan la-

ma, maka dalam menyimpan magnet diperlukan angker (sepotong

besi) yang dipasang pada kutub magnet. Pemasangan angker bertu-

juan untuk mengarahkan magnet elementer hingga membentuk ran-

tai tertutup. Untuk menyimpan dua buah magnet batang diperlukan

dua angker yang dihubungkan dengan dua kutub magnet yang ber-

lawanan. Jika berupa magnet U untuk menyimpan diperlukan satu

angker yang dihubungkan pada kedua kutubnya.

Kamu sudah mengetahui benda magnetik dapat dijadikan

magnet. Sebaliknya magnet juga dapat dihilangkan kemagnetannya.

Bagaimana caranya? Sebuah magnet akan hilang sifat kemagne-

tannya jika magnet dipanaskan, dipukul-pukul, dan dialiri arus listrik

bolak-balik. Magnet yang mengalami pemanasan dan pemukulan

akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya.

Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak

teratur dan tidak searah. 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.

Gambar 11.4

Cara me-

nyimpan magnet

magnet U

angker

magnet batang

Gambar 11.8

Cara menghilangkan sifat kemagnetan (dipukul, dibakar,

atau dialiri arus AC)

a bc

1. Apakah yang terjadi pada besi dan baja

apabila arah gosokan ujung magnet

tetap arahnya bolak-balik ?

2. Mengapa jika kaca digosok dengan

magnet tetap, berapapun lamanya go-

sokan kaca tidak dapat menjadi magnet?

3. Mengapa magnet yang dibakar akan

hilang sifat kemagnetannya?

190

Mari BIAS 3

Tujuan:

Mengetahui interaksi antarkutub

Alat dan Bahan:

– Magnet batang alnico

– Benang

Gambar 11.9

Kutub magnet

memiliki gaya paling kuat

Tujuan belajarmu adalah

dapat:

menunjukkan sifat

kutub magnet.

Tujuan Pembelajaran

B. KUTUB MAGNET

Di awal bab ini kamu sudah mengenal istilah kutub magnet.

Selanjutnya di bagian ini kamu akan lebih memperdalam sifat-sifat

kutub magnet. Jika magnet batang ditaburi serbuk besi atau paku-

paku kecil, sebagian besar serbuk besi maupun paku akan melekat

pada kedua ujung magnet. Bagian kedua ujung magnet akan lebih

banyak serbuk besi atau paku yang menempel daripada di bagian

tengahnya. Hal itu menunjukkan bahwa gaya tarik magnet paling

kuat terletak pada ujung-ujungnya. Ujung magnet yang memiliki

gaya tarik paling kuat itulah yang disebut kutub magnet. Bagai-

manakah menentukan jenis kutub magnet?

Sebuah magnet batang yang tergantung bebas dalam keadaan

setimbang, ujung-ujungnya akan menunjuk arah utara dan arah

selatan bumi. Ujung magnet yang menunjuk arah utara bumi disebut

kutub utara magnet. Sebaliknya, ujung magnet yang menunjuk arah

selatan bumi disebut kutub selatan magnet.

Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan

kutub selatan. Alat yang digunakan untuk menunjukkan arah utara

bumi atau geografis disebut kompas. Kompas merupakan magnet

jarum yang dapat bergerak bebas pada sebuah poros. Pada keadaan

setimbang salah satu ujung magnet jarum menunjuk arah utara dan

ujung lainnya menunjuk arah selatan.

Kamu sudah mengetahui bahwa magnet mempunyai dua

kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Apabila dua kutub

magnet didekatkan akan saling mengadakan interaksi. Jenis interaksi

bergantung jenis-jenis kutub yang berdekatan. Apakah yang terjadi

jika kutub utara sebuah magnet didekatkan dengan kutub utara

magnet lain? Atau sebaliknya, apakah yang terjadi jika kutub utara

sebuah magnet didekatkan dengan kutub selatan magnet lain?

Untuk mengetahui interaksi antarkutub dua magnet, cobalah

melakukan kegiatan berikut secara berkelompok. Sebelumnya,

bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan 2

perempuan.

Gambar 11.10

Kompas

merupakan alat penunjuk arah

kaca

– Spidol

– Statif

Kemagnetan

191

Cara Kerja:

1. Ikatlah sebuah magnet batang di tengah-tengahnya dan

gantungkan pada statif.

2. Setelah dalam keadaan seimbang, dekati kutub magnet de-

ngan kutub sejenis magnet yang lain.

3. Amatilah keadaan magnet.

4. Ulangi cara kerja nomor 2–3, tetapi menggunakan kutub

magnet yang berlawanan jenis.

Pertanyaan:

1. Apa yang terjadi jika dua kutub sejenis berinteraksi atau

berdekatan?

2. Apa yang terjadi jika dua kutub berlawanan jenis berinterak-

si?

3. Nyatakan kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu.

benang

magnet

kertas

magnet

Kamu sudah melakukan kegiatan berupa menginteraksikan

dua magnet; jika kutubnya senama akan saling menolak tetapi jika

kutubnya berbeda akan saling menarik. Pada saat dua magnet

terpisah jarak yang jauh, belum terasa adanya gaya tarik atau gaya

tolak. Makin dekat kedua magnet, makin terasa kuat gaya tarik atau

gaya tolaknya.

Jika di sekitar magnet batang diletakkan benda-benda mag-

netik, benda-benda itu akan ditarik oleh magnet. Makin dekat dengan

magnet, gaya tarik yang dialami benda makin kuat. Makin jauh dari

magnet makin kecil gaya tarik yang dialami benda. Ruang di sekitar

magnet yang masih terdapat pengaruh gaya tarik magnet disebut

medan magnet. Pada tempat tertentu benda tidak mendapat penga-

ruh gaya tarik magnet. Benda yang demikian dikatakan berada di luar

medan magnet. Medan magnet tidak dapat dilihat dengan mata.

Namun, keberadaan dan polanya dapat ditunjukkan.

Garis-garis yang menggambarkan pola medan magnet di-

sebut garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya magnet tidak

pernah berpotongan satu sama lainnya.

Garis-garis gaya magnet

keluar dari kutub utara, masuk (menuju) ke kutub selatan. Makin

banyak jumlah garis-garis gaya magnet makin besar kuat medan

magnet yang dihasilkan. Apapun bentuknya sebuah magnet memiliki

medan magnet yang digambar berupa garis lengkung.

Dua kutub magnet yang tidak sejenis saling berdekatan pola

medan magnetnya juga berupa garis lengkung yang keluar dari

kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet. Bagaimanakah

kerapatan pola medan magnet dua kutub magnet yang makin berde-

katan?

Gambar 11.11

Arah garis-

garis gaya magnet batang

192

Mari BIAS 3

Pada dua kutub magnet yang tak sejenis, garis-garis gaya

magnetnya keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan

magnet lain. Itulah sebabnya dua kutub magnet yang tidak sejenis

saling tarik-menarik.

Pada dua kutub magnet yang sejenis, garis-garis gaya magnet

yang keluar dari kutub utara masing-masing cenderung saling

menolak. Mengapa? Karena arah garis gaya berlawanan, terjadilah

tolak-menolak antara garis-garis gaya yang keluar kedua kutub

utara magnet. Hal itulah yang menyebabkan dua kutub yang sejenis

saling menolak.

C. KEMAGNETAN BUMI

1. Bumi Sebagai Magnet

Kamu sudah mengetahui sebuah magnet batang yang

tergantung bebas akan menunjuk arah tertentu. Pada bagian ini,

kamu akan mengetahui mengapa magnet bersikap seperti itu. Pada

umumnya sebuah magnet terbuat dari bahan besi dan nikel.

Keduanya memiliki sifat kemagnetan karena tersusun oleh magnet-

magnet elementer. Batuan-batuan pembentuk bumi juga mengan-

dung magnet elementer. Bumi dipandang sebagai sebuah magnet

batang yang besar yang membujur dari utara ke selatan bumi. Mag-

net 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 memengaruhi

jarum kompas dan magnet batang yang tergantung bebas.

1. Apakah perbedaan antara kutub utara

dan kutub selatan sebuah magnet?

2. Sebutkan dua sifat-sifat kutub magnet

yang saling berdekatan.

3. Apakah yang dimaksud medan magnet?

4. Bagaimanakah pengaruh jumlah garis

gaya magnet terhadap kekuatan mag-

net?

Tujuan belajarmu adalah

dapat:

memaparkan teori

kemagnetan bumi.

Tujuan Pembelajaran

Gambar 11.13

Arah garis-garis gaya

dua kutub magnet batang yang sejenis

Gambar 11.12

Arah garis-garis gaya dua

kutub magnet batang yang tak sejenis

Kemagnetan

193

Medan magnet bumi digambarkan dengan garis-garis leng-

kung 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 geo-

grafis. Adakah pengaruh penyimpangan magnet bumi terhadap ja-

rum kompas?

2. Deklinasi dan Inklinasi

Ambillah sebuah kompas dan letakkan di atas meja dengan

penunjuk utara (N) tepat menunjuk arah utara. Amatilah kutub utara

jarum kompas. Apakah kutub utara jarum kompas tepat menunjuk

arah utara (N)? Berapakah sudut yang dibentuk antara kutub utara

jarum kompas dengan arah utara (N)?

Jika kita perhatikan kutub utara jarum kompas dalam keadaan

setimbang tidak tepat menunjuk arah utara dengan tepat. Penyim-

pangan jarum kompas itu 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). Su-

dut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arah

utara-selatan geografis disebut

deklinasi

(Gambar 11.15).

Pernahkah kamu memerhatikan mengapa kedudukan jarum

kompas tidak mendatar. Penyimpangan jarum kompas itu terjadi ka-

rena garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan

bumi (bidang horizontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas me-

nyimpang 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

(Gambar 11.16). Alat

yang digunakan untuk menentukan besar inklinasi disebut inklinator.

Gambar 11.15

Deklinasi

sudut

deklinasi

arah utara bumi

arah selatan

bumi

Gambar 11.16

Inklinasi

bidang datar

sudut

inklinasi

Gambar 11.14

Letak magnet bumi menyimpang terhadap

utara-selatan geografis

kutub utara

magnet bumi

kutub selatan magnet bumi

kutub utara geografi bumi

kutub selatan

geografi bumi

194

Mari BIAS 3

Arah penyimpangan

magnet jarum kompas

ketika berada di sekitar

arus listrik dapat diterang-

kan sebagai berikut.

Anggaplah arus listrik

terletak di antara telapak

tangan kanan dan magnet

jarum kompas. Jika arus

listrik searah dengan

keempat jari, kutub utara

magnet jarum akan me-

nyimpang sesuai ibu jari.

Cara penentuan arah sim-

pangan magnet jarum kom-

pas demikian disebut kai-

dah telapak tangan kanan.

Tujuan belajarmu adalah

dapat:

menjelaskan sifat

medan magnet di

sekitar kawat berarus

listrik.

Tujuan Pembelajaran

D. MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS

LISTRIK

Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukan

secara tidak sengaja oleh Hans Christian Oersted (1770-1851), ke-

tika akan memberikan kuliah bagi mahasiswa. Oersted menemukan

bahwa di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akan

bergerak (menyimpang). Penyimpangan magnet jarum kompas akan

makin besar jika kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat

diperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arus

listrik yang mengalir dalam kawat.

Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidak

dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum

kompas tidak bereaksi.

Perubahan arah arus listrik ternyata juga memengaruhi

perubahan arah penyimpangan jarum kompas. Perubahan jarum

kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.

Bagaimanakah menentukan arah medan magnet di sekitar

penghantar berarus listrik?

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas

dari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompas

menyimpang berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas

dari kutub utara menuju kutub selatan, kutub utara jarum kompas

menyimpang searah dengan arah putaran jarum jam.

Gambar 11.17

Arah penyimpangan kutub utara jarum jam

kompas di sekitar kawat berarus

Buktikan bahwa kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub

selatan bumi, sebaliknya dengan kutub selatan magnet bumi.

Kemagnetan

195

1. Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Gejala penyimpangan magnet jarum di sekitar arus listrik

membuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet.

Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat di-

terangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu peng-

hantar berarus listrik digenggam tangan kanan. Perhatikan Gambar

11.18. Jika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang tim-

bul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikian

disebut kaidah tangan kanan menggenggam.

2. Solenoida

Pada uraian sebelumnya kamu sudah mempelajari medan

magnet yang timbul pada penghantar lurus. Bagaimana jika peng-

hantarnya melingkar dengan jumlah banyak? Sebuah penghantar

melingkar jika dialiri arus listrik akan menghasilkan medan listrik

seperti Gambar 11.19.

Penghantar melingkar yang berbentuk kumparan panjang

disebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoida

akan lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah penghantar

melingkar, apalagi oleh sebuah penghantar lurus. Tahukah kamu

mengapa demikian?

Jika solenoida dialiri arus listrik maka akan menghasilkan

medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan solenoida berarus

listrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan.

Garis-garis gaya magnet pada solenoida merupakan gabungan dari

garis-garis gaya magnet dari kawat melingkar. Gabungan itu akan

menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet

sebuah magnet batang yang panjang. Kumparan seolah-olah

mempunyai dua kutub, yaitu ujung yang satu merupakan kutub

utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

Gambar 11.18

Kaidah tangan kanan menggenggam

Gambar 11.19

Medan mag-

net penghantar melingkar

Gambar 11.20

Arah garis-

garis gaya magnet pada solenoida

Rancanglah suatu kegiatan untuk membuktikan adanya medan mag-

net di sekitar penghantar berarus listrik. Peralatan yang tersedia

antara lain serbuk besi, penghantar, kertas, dan baterai. Gambarlah

sketsa model kegiatanmu.

196

Mari BIAS 3

Tujuan belajarmu adalah

dapat:

menjelaskan cara kerja

elektromagnet dan pene-

rapannya dalam bebera-

pa teknologi.

Tujuan Pembelajaran

E. ELEKTROMAGNET

Masih ingatkah kamu cara membuat magnet menggunakan

arus listrik? Di bagian ini kamu akan lebih mendalami tentang magnet

listrik tersebut. Magnet listrik atau elektromagnet sangat erat

hubungannya dengan solenoida.

Medan magnet yang dihasilkan oleh solenoida berarus listrik

tidak terlalu kuat. Agar medan magnet yang dihasilkan solenoida

berarus listrik bertambah kuat, maka di dalamnya harus dimasukkan

inti besi lunak. Besi lunak merupakan besi yang tidak dapat dibuat

menjadi magnet tetap. Solenoida berarus listrik dan dilengkapi de-

ngan besi lunak itulah yang dikenal sebagai elektromagnet.

1. Faktor yang Memengaruhi Kekuatan Elektromagnet

Apakah yang memengaruhi besar medan magnet yang di-

hasilkan elektromagnet? Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur

penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi.

Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang menga-

lir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medan

magnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besi

yang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalam

solenoida, makin besar medan magnet yang dihasilkan elektro-

magnet. Jadi kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung besar

kuat arus yang mengalir, jumlah lilitan, dan besar inti besi yang

digunakan.

Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama de-

ngan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektro-

magnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan

kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

1. Apakah pengaruh arah arus listrik

terhadap arah medan magnet?

2. Bagaimanakah pola medan magnet dari

kawat berarus listrik?

3. Di manakah titik yang memiliki medan

magnet paling kuat pada kawat me-

lingkar berarus listrik?

4. Tentukan letak kutub utara dan selatan

gambar solenoida berarus listrik ber-

ikut.

karton

Kemagnetan

197

Kekuatan elektromagnet

akan bertambah, jika:

a. arus yang melalui kum-

paran bertambah,

b. jumlah lilitan diperba-

nyak,

c. memperbesar/memper-

panjang inti besi.

Dibandingkan magnet biasa, elektromagnet banyak mempu-

nyai keunggulan. Karena itulah elektromagnet banyak digunakan

dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa keunggulan elektromagnet

antara lain sebagai berikut.

a. Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai

yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari

kuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi.

b. Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan de-

ngan cara memutus dan menghubungkan arus listrik meng-

gunakan sakelar.

c . Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebu-

tuhan yang dikehendaki.

d. Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah arah

arus listrik.

2. Kegunaan Elektromagnet

Beberapa peralatan sehari-hari yang menggunakan elektro-

magnet antara lain seperti berikut.

a. Bel listrik

Bel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap sole-

noida dililitkan pada arah yang berlawanan (perhatikan Gambar

11.21). Apabila sakelar ditekan, arus listrik akan mengalir melalui

solenoida. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan

besi lentur dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan

bunyi. Tarikan kepingan besi lentur oleh elektromagnet akan me-

misahkan titik sentuh dan sekrup pengatur yang berfungsi sebagai

interuptor. Arus listrik akan putus dan teras besi hilang kemag-

netannya. Kepingan besi lentur akan kembali ke kedudukan semula.

Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lentur

dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan bunyi

kembali. Proses ini berulang-ulang sangat cepat dan bunyi lonceng

terus terdengar.

b. Relai

Relai berfungsi sebagai sakelar untuk menghubungkan atau

memutuskan arus listrik yang besar pada rangkaian lain dengan

menggunakan arus listrik yang kecil. Ketika sakelar S ditutup arus

1. Apakah yang dimaksud elektromagnet?

2. Sebutkan tiga cara memperbesar medan magnet yang dihasilkan

elektromagnet.

198

Mari BIAS 3

listrik kecil mengalir pada kumparan. Teras besi akan menjadi

magnet (elektromagnet) dan menarik kepingan besi lentur. Titik

sentuh C akan tertutup, menyebabkan rangkaian lain yang mem-

bawa arus besar akan tersambung. Apabila sakelar S dibuka, teras

besi hilang kemagnetannya, keping besi lentur kembali ke kedudukan

semula. Titik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lain terputus.

c. Telepon

Telepon terdiri dari dua bagian yaitu bagian pengirim

(mikrofon) dan bagian penerima (telepon). Prinsip kerja bagian

mikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran-

getaran listrik. Pada bagian pengirim ketika seseorang berbicara

akan menggetarkan diafragma aluminium. Serbuk-serbuk karbon

yang terdapat pada mikrofon akan tertekan dan menyebabkan

hambatan serbuk karbon mengecil. Getaran yang berupa sinyal

listrik akan mengalir melalui rangkaian listrik.

Prinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrik

menjadi gelombang bunyi. Sinyal listrik yang dihasilkan mikrofon

diterima oleh pesawat telepon. Apabila sinyal listrik berubah-ubah

mengalir pada kumparan, teras besi akan menjadi elektromagnet

yang kekuatannya berubah-ubah (perhatikan Gambar 11.23). Dia-

fragma besi lentur di hadapan elektromagnet akan ditarik dengan

gaya yang berubah-ubah. Hal ini menyebabkan diafragma bergetar.

Getaran diafragma memengaruhi udara di hadapannya, sehingga

udara akan dimampatkan dan direnggangkan. Tekanan bunyi yang

dihasilkan sesuai dengan tekanan bunyi yang dikirim melalui mi-

krofon.

Gambar 5.22

Diagram relai

titik sentuh C

kumparan

kepingan besi

lentur

sel

Sumber:

Jendela Iptek

, 2001

Gambar 5.21

Susunan bel listrik

gong

palu

titik kontak

sekrup kuningan

yang dapat diatur

pegas kontak dari baja

armatur dari besi lunak

elektromagnet

Kemagnetan

199

d. Katrol Listrik

Elektromagnet yang besar digunakan untuk mengangkat

sampah logam yang tidak terpakai. Apabila arus dihidupkan katrol

listrik akan menarik sampah besi dan memindahkan ke tempat yang

dikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, sampah besi akan jatuh.

Dengan cara ini sampah yang berupa tembaga, aluminium, dan seng

dapat dipisahkan dengan besi.

Kebaikan katrol listrik adalah:

a. mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besar

b. dapat mengangkat/memindahkan bongkahan besi yang tanpa

rantai

c . membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan

feromagnetik.

Gambar 11.23

Susunan telepon

teras besi lembut

magnet tetap

solenoid

bunyi

diafragma

Sumber:

IPP

, 2002

Gambar 11.24

Katrol listrik

1. Mengapa menambah jumlah lilitan da-

pat menghasilkan kemagnetan yang le-

bih besar?

2. Bagaimana cara penentuan elektro-

magnet?

F. GAYA LORENTZ

Di depan telah dijelaskan bahwa kawat berarus listrik

menimbulkan medan magnet. Apakah yang terjadi jika kawat berarus

listrik berada dalam medan magnet tetap?

Interaksi medan magnet dari kawat berarus dengan medan

magnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa ini

terdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gaya

magnet. Hubungan besaran-besaran itu ditemukan oleh fisikawan

Tujuan belajarmu adalah

dapat:

menemukan peng-

gunaan gaya Lo-

rentz pada bebera-

pa alat listrik

sehari-hari.

menyadari penting-

nya pemanfaatan

kemagnetan dalam

produk teknologi

Tujuan Pembelajaran

200

Mari BIAS 3

Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853–1928). Dalam penyelidikan-

nya Lorentz menyimpulkan bahwa besar gaya yang ditimbulkan

berbanding lurus dengan kuat arus, kuat medan magnet, panjang

kawat dan sudut yang dibentuk arah arus listrik dengan arah medan

magnet. Untuk menghargai jasa penemuan H.A. Lorentz, gaya

tersebut disebut gaya Lorentz. Apabila arah arus listrik tegak lurus

dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan.

Dengan:

= gaya Lorentz satuan newton (N)

= kuat medan magnet satuan tesla (T).

= panjang kawat satuan meter (m)

= kuat arus listrik satuan ampere (A)

Berdasarkan rumus di atas tampak bahwa apabila arah arus

listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz

bergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan

magnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjang

kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar.

Kawat panjangnya 2 m

berada tegak lurus dalam

medan magnet 20 T. Jika

kuat arus listrik yang

mengalir 400 mA,

berapakah besar gaya

Lorentz yang dialami

kawat?

Penyelesaian:

Diketahui:

= 2 m

= 20 T

= 400 mA = 0,4 m

Ditanya:

= ... ?

Jawab:

= 2

0,4

= 16 N

F BIl

= ××

Arah gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arah

medan magnet. Untuk menentukan arah gaya Lorentz digunakan

kaidah atau aturan tangan kanan. Caranya rentangkan ketiga jari

yaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian hingga mem-

bentuk sudut 90

(saling tegak lurus). Jika ibu jari menunjukan arah

arus listrik (

) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (

)

maka arah gaya Lorentz searah jari tengah (

). Dalam bentuk tiga

dimensi, arah yang tegak lurus mendekati pembaca diberi simbol

Adapun arah yang tegak lurus menjauhi pembaca diberi simbol

Perhatikan Gambar 11.26.

Kemagnetan

201

Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalam

medan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapat

mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat yang menerapkan

gaya Lorentz adalah motor listrik dan alat-alat ukur listrik. Motor

listrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dan

komputer. Adapun, contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter,

voltmeter, dan ohmmeter.

Gambar 11.25

Menentukan arah gaya

Lorentz dengan kaidah tangan kanan

Gambar 11.26

Arah gaya Lorentz

digambarkan pada tiga dimensi

–Z

–X

–Y

ibu jari (arah arus)

jari telunjuk (medan

magnet)

jari tengah (arah

gaya Lorentz)

= arah ibu jari

= arah jari telunjuk

= arah jari tengah

1. Sebutkan tiga cara memperbesar gaya

Lorentz yang ditimbulkan kawat ber-

arus dalam medan magnet.

2. Berdasarkan gambar berikut, tentukan

besarnya gaya Lorentz. (

= 4 A,

= 8 T,

= 10 m)

3. Tentukan arah gaya Lorentz gambar

berikut.

1. Gaya tarik magnet yang paling kuat berada pada ujung-ujungnya.

Ujung magnet itu disebut kutub magnet.

2. Ada tiga cara membuat magnet yaitu menggosok dengan magnet

tetap, induksi, dan menggunakan arus listrik.

202

Mari BIAS 3

3. Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet yang masih memiliki

pengaruh gaya tarik atau gaya tolak magnet.

4. Garis gaya magnet adalah garis-garis lengkung yang menggam-

barkan pola medan magnet. Garis gaya magnet keluar dari kutub

utara menuju kutub selatan.

5. Kutub magnet sejenis berdekatan saling tolak-menolak dan

berlawanan jenis tarik-menarik.

6. Kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan geografis.

Adapun kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara

geografis.

7. Sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan arah utara

selatan geografis disebut deklinasi. Adapun, sudut yang dibentuk

kutub utara jarum kompas dengan arah horizontal disebut inklinasi.

8. Menurut Oersted di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan

magnet.

9. Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang di dalamnya

terdapat inti besi. Kekuatan elektromagnet tergantung pada kuat

arus, jumlah lilitan, dan inti besi.

10. Gaya Lorentz gaya interaksi antara medan magnet dari arus listrik

dan medan magnet tetap. Besarnya dapat ditulis dalam bentuk

rumus

F BIl

= ××

Apabila kamu sudah membaca isi bab ini dengan baik, seha-

rusnya kamu sudah dapat mengerti tentang hal-hal berikut.

1. Cara membuat magnet.

2. Garis gaya magnet dan medan magnet.

3. Kemagnetan bumi.

4. Medan magnet yang ditimbulkan arus listrik.

5. Gaya Lorentz.

Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakan

pada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.

Kemagnetan

203

4. Berikut ini cara membuat magnet,

ke-

cuali

....

a. cara alami

b. cara induksi

c. cara menggosok

d. cara arus listrik

5. Perhatikan gambar berikut.

Benda A dapat menarik benda B dan tidak

dapat menarik benda C. Pernyataan

berikut benar,

kecuali

....

a. benda A sebuah magnet

b. benda B merupakan benda magnetik

c . benda C merupakan benda nonmag-

netik

d. benda C merupakan benda feromag-

netik

ABC

interuptor

: pemutus arus.

kemagnetan

: gejala fisika pada bahan yang memiliki kemampuan

menimbulkan medan magnet.

kutub magnet

: kedua ujung besi (magnet) yang paling kuat daya

tariknya.

magnet elementer

: bagian terkecil dari magnet yang masih mempunyai

sifat magnet.

motor listrik

: alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

solenoida

: kumparan yang panjang.

relai

: alat yang bekerja atas dasar penggunaan arus yang

kecil untuk menghubungkan atau memutuskan arus

listrik yang besar.

Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamu

A. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.

1. Berikut ini yang termasuk bahan mag-

netik dan nonmagnetik adalah ....

a. besi dan nikel

c . nikel dan baja

b. baja dan bismut

d. seng dan emas

2. Garis-garis lengkung yang keluar dari

kutub utara menuju kutub selatan sebuah

magnet disebut ....

a. kutub magnet

b. garis-garis gaya magnet

c . medan magnet

d. fluks magnet

3. Gaya tarik magnet paling kuat terletak

pada ....

a. seluruh bagian magnet

b. salah satu ujung magnet

c. bagian ujung-ujung magnet

d. bagian tengah magnet

204

Mari BIAS 3

c . magnet tersebut merupakan magnet

sementara

d. magnet tersebut tidak memiliki kutub

utara dan selatan

11. Letak kutub utara magnet bumi adalah

....

a. di sekitar khatulistiwa bumi

b. di sekitar kutub selatan bumi

c. di sekitar kutub utara bumi

d. di kutub utara bumi

12. Sebuah kompas diletakkan di bawah ka-

wat lurus berarus listrik, ternyata jarum

kompas akan menyimpang. Hal ini me-

nunjukkan bahwa ....

a. di sekitar magnet jarum pada kompas

timbul medan magnet

b. di sekitar kawat lurus berarus listrik

terdapat medan magnet

c . garis-garis gaya magnet dari magnet

jarum kompas ditolak arus listrik

d. magnet jarum pada kompas menim-

bulkan arus listrik pada kawat.

13. Perhatikan gambar berikut.

III.

II.

IV.

Arah medan magnet dari kawat lurus

berarus listrik di atas yang benar adalah

....

a. I dan II

b. II dan III

c . I dan III

d. II dan IV

6. Perhatikan gambar berikut ini.

Jika besi/baja telah menjadi magnet, per-

nyataan berikut benar,

kecuali

....

a. A kutub utara dan B kutub selatan

b. A kutub selatan dan B kutub utara

c . A dan B kutub selatan

d. A dan B kutub utara

7. Ruang di sekitar magnet yang masih

mempunyai pengaruh gaya tarik magnet

disebut ....

a. medan magnet

b. kutub magnet

c . fluks magnetik

d. garis-garis gaya magnet

8. Magnet listrik dapat diperoleh dengan

cara ....

a. mendekatkan besi/baja pada magnet

tetap

b. melilitkan kawat berarus listrik DC

pada baja/besi berisolasi

c . menggosokkan besi/baja dengan mag-

net tetap ke satu arah.

d. melilitkan kawat berarus listrik AC

pada besi/baja berisolasi.

9. Jarum kompas selalu menunjuk arah uta-

ra selatan bumi, disebabkan adanya ....

a. medan magnet bumi

b. gravitasi bumi

c . gaya tarik bumi

d. rotasi bumi

10. Sebuah magnet batang yang tergantung

bebas, ternyata tidak menunjuk arah

utara selatan sebab ....

a. magnet tersebut sifat kemagnetannya

sudah lemah

b. magnet tersebut berada dalam medan

magnet yang lain

Kemagnetan

205

14. Perhatikan gambar berikut.

Pernyataan berikut yang

tidak

tepat

adalah ....

a. A : kutub selatan c . C : kutub selatan

b. B : kutub selatan d. D : kutub utara

15. Gambar berikut menunjukkan arah ga-

ris-garis gaya magnet yang dihasilkan

oleh solenoida yang benar adalah ....

16. Kelompok alat berikut ini yang bekerja

berdasarkan elektromagnet adalah ....

a. bel listrik, telepon, dan kompor listrik

b. telepon, galvanometer, dan relai

c . relai, motor listrik, dan accumulator

d. setrika listrik, akumulator, dan galva-

nometer

17. Perhatikan gambar berikut.

–X

–Y

–Z

Jika

: gaya Lorentz,

: kuat medan

magnet,

: kuat arus listrik menurut

aturan tangan kanan berimpit dengan

sumbu ....

a. Y

b . –Y

c . –Z

d. X

18. Kawat berarus listrik berada dalam

medan magnet 60 tesla mengalami gaya

Lorentz 12 N. Jika kawat itu berada

dalam medan magnet 15 tesla, besar ga-

ya Lorentz yang dialami kawat adalah ....

a. 3 N

b. 36 N

c . 48 N

d. 75 N

19. Berdasarkan gambar elektromagnet, per-

nyataan berikut yang

tidak

tepat adalah

....

a. P : kutub utara dan Q : kutub selatan

b. kemagnetannya mudah dihilangkan

c . kutub-kutub magnet yang dihasilkan

sulit diubah

d. kemagnetannya tidak tergantung ham-

batan lilitan

20. Hal berikut yang tidak dapat memper-

besar medan magnet yang dihasilkan

elektromagnet adalah ....

a. memperbanyak lilitan

b. memperbesar inti besi

c . memperbesar hambatan

d. kuat arus diperbesar

206

Mari BIAS 3

–X

–Y

–Z

–X

–Y

–Z

1. Sebutkan sifat-sifat dua kutub magnet

yang saling berdekatan.

2. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi

besar medan magnet yang dihasilkan

oleh elektromagnet.

3. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi

besarnya gaya Lorentz.

4. Sebuah kawat panjangnya 10 m berada

tegak lurus dalam medan magnet sebesar

60 tesla. Jika kuat arus listrik yang

mengalir pada kawat 2 A, tentukan be-

sarnya gaya Lorentz.

5. Ke manakah arah medan magnet, bila

arah gaya Lorentz dan arah arus ditun-

jukkan gambar berikut?

B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas.