IPA · Bab 4 Magnet

Nenden

23/08/2021 07:02:36

SMP 9 K 13

Daftar Isi

Bab 1 Berbagai Sistem dalam Kehidupan Manusia Bab 2 Kelangsungan Hidup Mahluk Hidup Bab 3 Listrik Bab 4 Magnet Bab 5 Tata Surya

Halaman

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Magnet

Bab 4

e t a K o n s e p

T u j u a n

P e m b e l a j a r a n

Setelah mempelajari bab ini, kamu diharapkan mampu:

menyelidiki gejala kemagnetan dan cara membuat magnet;

mendeskripsikan pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi;

menerapkan konsep induksi elektromagnetik untuk

menjelaskan prinsip kerja beberapa alat yang memanfaatkan

prinsip induksi elektromagnetik.

Feromagnetik

akan ditarik oleh

tidak ditarik oleh

Paramagnetik

Diamagnetik

Gosokan

Induksi

Penerapan

arus listrik

dapat dibuat

dengan cara

Magnet

menghasilkan

Gaya magnet

Arus induksi

Induksi

elektromagnetik

dapat

menimbulkan

dengan prinsip

Dinamo

Transfomator

diterapkan untuk

mempengaruhi

daerah yang

disebut

arahnya

ditentukan

dengan

Kaidah tangan

kanan

menimbulkan

Arus listrik

pada

penghantar

yang memiliki

pada

Bumi

Kompas

diterapkan pada

Gaya Lorentz

Galvanometer

Motor listrik

diterapkan

dalam

menghasilkan

Elektromagnet

diterapkan

dalam

Bel listrik

Telepon

Telegraf

Medan magnet

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Magnet, mungkin kamu tidak asing dengan

benda ini. Kita mengenal magnet pada hiasan yang

sering ditempelkan di kulkas. Bahkan kita sebenarnya

tinggal dalam sebuah magnet yang sangat besar

yaitu Bumi, planet tempat tinggal kita. Magnet dapat

menempel pada besi dan beberapa logam lainnya.

Bagaimana sifat magnet dan apa manfaatnya dalam

kehidupan kita, akan kamu pelajari pada bab ini.

4.1 Gejala Kemagnetan dan Cara

Membuat Magnet

Para pemulung memungut paku dari

tumpukan sampah dengan menggunakan magnet.

Benda-benda seperti besi, baja, nikel, dan kobalt

disebut benda magnet. Benda magnet ditarik

dengan kuat oleh magnet, sehingga walaupun

terhalang benda lain seperti kaca, serbuk besi masih

dapat ditarik oleh magnet (Gambar 4.2). Benda

magnet pun dapat dengan mudah dibuat menjadi

magnet. Berbeda dengan benda magnet, benda

seperti plastik, tembaga, dan kaca hanya ditarik

dengan lemah atau bahkan tidak ditarik oleh magnet.

Benda yang ditarik dengan kuat oleh magnet

disebut ferromagnetik. Benda yang ditarik dengan

lemah oleh magnet dan benda yang tidak ditarik oleh

magnet disebut paramagnetik. Selain itu, terdapat

pula benda yang ditolak oleh magnet meskipun benda

itu bukan magnet. Benda yang demikian disebut dia-

magnetik, seperti seng atau bismut. Jadi benda magnet

disebut juga ferromagnetik, sedangkan benda bukan

magnet mencakup paramagnetik dan diamagnetik.

Sifat Kutub Magnet

Bagian magnet yang mempunyai gaya tarik

terbesar disebut kutub magnet. Magnet selalu mem-

punyai dua kutub. Bila benda magnet didekatkan pada

magnet batang, maka di bagian tengah (daerah netral)

tidak ada yang melekat, sedangkan makin ke ujung

makin banyak yang melekat pada magnet. (Gambar

4.3). Hal ini menandakan, gaya magnet yang paling

besar berada di ujung-ujung magnet. Garis yang meng-

hubungkan dua kutub magnet disebut sumbu magnet.

Gambar 4.2

Gejala kemagnetan

Gambar 4.3

Sifat kutub magnet

Sumber: http://my.execpc.com/

Gambar 4.1

Magnet seringkali

dipergunakan sebagai hiasan di

pintu kulkas.

Sumber: Halliday-Resnick-Walker

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Bagian yang banyak dilekati besi merupakan kutub magnet. Hal ini

menandakan, gaya magnet yang paling besar berada diujung-ujung magnet.

Garis yang menghubungkan dua kutub magnet disebut sumbu magnet.

Kutub utara selalu menunjukkan ke arah utara Bumi sedangkan kutub

selatan selalu menunjukkan ke arah selatan Bumi. Kutub-kutub senama

(sejenis) akan tolak menolak dan kutub-kutub yang tidak senama (tidak

sejenis) akan tarik menarik. (Gambar 4.4)

Gambar 4.4

Sifat kutub magnet

Sekarang orang dapat membuat magnet dari besi, baja atau campuran

lagam lain. Jenis magnet seperti bijih besi disebut

magnet alam

, sedangkan

jenis magnet yang dibuat disebut

magnet buatan

Cara Membuat Magnet

Sebelum dibuat menjadi magnet, besi dapat diberi bentuk seperti yang

kita kehendaki . Bentuk magnet seperti batang disebut magnet batang.

Magnet dapat pula berbentuk bulat pipih, berbentuk seperti cincin, atau

huruf U, bahkan magnet dapat berbentuk seperti coklat marbel yang bulat

dan berwarna warni. (Gambar 4.5)

Magnet dapat dibuat dengan cara digosok. Sebatang baja dapat dibuat

menjadi magnet dengan cara menggosokkan sebuah batang magnet pada

baja tersebut. Menggosokkannya harus dengan teratur dalam satu arah

dan dilakukan berulang-ulang. Baja akan menjadi magnet permanen.

Artinya setelah selesai penggosokkan, batang baja akan menjadi magnet.

Untuk menentukan bagian kutub utara (U) dan kutub selatan (S) baja

Sumber: dokumentasi penulis

silinder

bulat

cincin

huruf U

bola marbel

Gambar 4.5

Bentuk-bentuk magnet

Sumber: http://my.execpc.com/

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

tersebut, perhatikan gambar 4.6! Bila yang digunakan untuk menggosok

adalah kutub utara (U) magnet, maka tempat mulai menggosoknya akan

menjadi kutub utara (U), dan ujung batang lainnya menjadi kutub selatan

(S). Sebaliknya, bila yang dipakai menggosok adalah ujung kutub selatan

(S) magnet, maka tempat mulai penggosokkan akan menjadi kutub selatan (S).

Magnet dapat dibuat dengan cara induksi

magnet. Menginduksikan magnet ialah memberikan

sifat magnet kepada besi atau baja tanpa disentuhkan

kepadanya. Caranya adalah dengan mendekatkan

sebatang besi atau baja ke magnet batang yang kuat.

Ujung besi yang dekat ke salah satu kutub magnet

memperoleh kutub yang berlawanan dengan kutub

magnet itu. Misalnya, kutub selatan magnet batang

didekatkan pada ujung A batang besi (misalnya

paku), maka ujung A menjadi kutub utara,

sedangkan ujung B menjadi kutub selatan. Jika ujung

B dicelupkan ke dalam serbuk besi, maka ada serbuk

besi yang melekat pada paku. Kekuatan magnet

hasil induksi sangat lemah, sehingga bila magnet

batang dijauhkan dari paku, serbuk besi akan jatuh

kembali.

Sebuah magnet dapat dibuat dengan menggunakan

arus listrik. Adapun caranya dengan melilitkan kawat

penghantar pada batang paku di sekelilingnya. (Gambar

4.8). Kemudian, ujung-ujung kawat dihubungkan

dengan baterai sehingga arusnya mengalir melalui lilitan

kawat tadi. Magnet yang dihasilkan disebut

elektromagnet

Magnet yang dibuat dengan cara ini akan hilang sifat

magnetnya jika aliran listrik dihilangkan.

Gambar 4.7

Membuat magnet dengan

menginduksi

Gambar 4.8

membuat magnet

dengan aliran listrik

Sumber: dokumentasi penulis

Gambar 4.6

Cara membuat magnet dengan menggosok

Sumber: dokumentasi penulis

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Sifat magnet pada suatu benda juga dapat dihilangkan melalui proses

pemukulan, pemanasan, dan mengalirkan arus bolak balik pada benda . Ketiga

perlakuan ini menghilangkan sifat magnet karena akan membuat atom-atom

dalam magnet bergetar dan merubah arah atom, sehingga sifat magnetiknya

hilang.

Medan Magnet Bumi

Medan magnet

ialah ruang di mana sebuah benda yang berada di dalam

ruang itu mendapat gaya magnet. Makin besar kekuatan suatu magnet, makin

besar pula medan magnetnya. Medan magnet digambarkan sebagai garis-

Tujuan percobaan

siswa mampu membuat magnet dengan cara mengosok,

induksi magnet dan penerapan arus listrik.

Alat dan Bahan

magnet batang, besi atau baja, paku, kawat tembaga, batu

baterai, serbuk besi.

Langkah Percobaan

Cara menggosok

Letakkan batang besi atau baja pada meja kerja!

Gosokkan salah satu kutub magnet dengan arah searah seperti pada Gambar

4.6(a) atau Gambar 4.6 (b).

Dekatkan pada serbuk besi dan amati!

Panaskan lempeng besi!

Setelah dingin dekatkan lempeng besi pada serbuk besi!

Buat kesimpulan dari hasil percobaanmu!

Cara induksi magnet

Pegang magnet batang dengan tangan kirimu dan paku dengan tangan kananmu!

Dekatkan keduanya tanpa membuatnya saling bersentuhan seperti pada Gambar 4.7!

Dekatkan ujung paku pada serbuk besi dan amati!

Jauhkan magnet dari pa

ku dan amati ujung paku!

Buat kesimpulan dari hasil percobaanmu!

Penerapan arus listrik

Lilitkan kawat tembaga beberapa lilitan pada paku!

Tempelkan ujung kawat yang satu pada kutub positif baterai dan yang lain pada

kutub negatif (Gambar 4.8).

Dekatkan ujung paku pada serbuk besi dan amati !

Lepaskan ujung kawat dari baterai dan amati ujung paku!

Buat kesimpulan dari hasil percobaanmu!

Membuat dan Menghilangkan Sifat Magnet

Percobaan 4.1

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

garis lengkung yang disebut garis gaya magnet

(Gambar 4.9). Garis gaya magnet bermula dari kutub

utara dan berakhir di kutub selatan magnet.

Bumi dapat dianggap sebagai sebuah magnet

yang sangat besar. Kutub selatan magnet Bumi

berada di sekitar kutub utara Bumi, sedangkan kutub

utaranya berada di sekitar kutub selatan Bumi. Letak

kutub magnet Bumi tidak tepat berimpit dengan

kutub Bumi. Oleh karena itu arah garis gaya magnet

bumi tidak berimpit dengan arah utara-selatan yang

sebenarnya. Itulah sebabnya jarum kompas tidak

tepat menunjukkan arah utara dan selatan yang

sebenarnya, tetapi sedikit menyimpang. Penyim-

pangan arah itu dinyatakan dengan sudut antara

kutub magnet Bumi dan kutub Buminya dan disebut

dengan deklinasi. (Gambar 4.10(a)). Besar sudut

deklinasi di berbagai tempat di permukaan Bumi

tidak sama. Sudut deklinasi pun besarnya berubah-

ubah setiap tahunnya.

Medan magnet Bumi membentuk sudut dengan

arah horizontal Bumi. Sudut yang terbentuk antara

magnet dengan bidang horizontal disebut sudut

inklinasi (Gambar 4.10 (b)). Besar sudut inklinasi di

permukaan bumi juga berbeda beda. Inklinasi

terbesar terdapat bagian utara dan selatan kutub

magnet Bumi.

Medan magnet Bumi mempengaruhi benda

benda yang ada di permukaan Bumi bahkan hingga

ke luar angkasa.(Gambar 4.11) Semakin jauh dari

Bumi pengaruh magnetnya semakin melemah.

Benda-benda langit seperti meteor yang mengan-

dung bahan-bahan logam yang dapat ditarik oleh

magnet Bumi akan tertarik masuk ke dalam atmosfer

Bumi. Benda-benda tersebut cenderung masuk dan

tertarik ke arah kutub magnet Bumi yang memiliki

gaya magnet paling besar.

Apakah kamu tahu tentang aurora? Aurora

merupakan cahaya yang terbentuk di kutub Bumi.

Aurora terbentuk akibat adanya interaksi antara

medan magnet Bumi dengan partikel-partikel dari

Matahari. Saat partikel berbahaya akibat ledakan

di Matahari memasuki bumi akan didorong oleh

medan magnet untuk bergerak mengelilingi Bumi.

Gambar 4.9

Garis gaya magnet

Gambar 4.10

Sudut (a) deklinasi

(b) inklinasi dari magnet bumi

(a)

(b)

Gambar 4.11

Bumi dengan medan

magnetnya

Sumber : Halliday-Resnick-Walker

Gambar 4.12

Aurora

Sumber : http://

www.windows.ucar.edu/

Sumber: dokumentasi penulis

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Latihan 4.1

Jika partikel masuk, maka akan masuk di daerah kutub dan akan terbakar

sehingga berbentuk sinar aurora. Jika energi partikel lebih besar maka partikel

tersebut akan mengelilingi Bumi seperti donat dan disebut sabuk radiasi .

Planet dan bintang dapat menghasilkan medan magnet karena terdapat

material magnetik seperti besi didalamnya dan dengan perputarannya

muncul arus yang berputar mengelilinginya. Venus tidak memiliki medan

magnet karena putarannya sangat lambat. Mars juga tidak memiliki medan

magnet. Hal itu terjadi karena dalam Mars tidak terbentuk lelehan, sehingga

besi terletak di permukaan dan tidak dapat menimbulkan medan magnet.

Tunjukkan bagaimana cara menentukan sifat kutub- kutub magnet

Lakukanlah cara untuk membuat magnet jika disediakan besi lunak dan magnet

batang!

Jelaskan tentang teori kemagnetan Bumi!

4. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya kuat medan magnet

disekitar kawat berarus!

5. Apa kelemahan memagnetkan benda secara induksi ?

4.2 Pemanfaatan Kemagnetan dalam Produk Teknologi

Magnet buatan terutama yang dibuat dengan cara menerapkan arus

listrik, banyak digunakan pada berbagai alat antara lain berupa kompas,

alat listrik, telepon, dan telegraf.

Kita dapat membuat kompas sederhana.

Misalnya, dengan meletakkan magnet jarum yang

kecil pada sebatang kayu di dalam mangkuk

(Gambar 4.13). Magnet akan berputar bebas untuk

mengarah ke posisi utara-selatan.

Bagaimana kompas bekerja dalam menentukan

arah? Bumi merupakan magnet yang besar,

sehingga medan magnetnya bekerja hingga ke luar

Bumi. Hal ini menjadikan acuan penggunaan

kompas dalam penunjukkan arah. Walapun kapal

Gambar 4.13

Kompas

laut berada di lautan yang luas kompas dapat menunjukkan arah yang

tepat, karena kompas berinteraksi dengan kutub utara dan selatan dari

magnet Bumi sehingga tidak akan berubah, begitu pula arah dapat

ditentukan oleh pesawat terbang di udara.

Sumber: http://my.execpc.com/

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Gambar 4.15

Skema bel listrik

Elektromagnet dan Produk Teknologi

Di sekeliling kawat penghantar yang berarus listrik terdapat medan

magnet. Magnet pun dapat ditimbulkan dengan adanya arus listrik. Hal ini

membuat beberapa alat dapat bekerja dengan menggunakan listrik sebagai

sumbernya untuk membuat sebuah magnet bekerja.

Arah medan magnet bergantung pada arah arus

listrik. Kuat medan magnet di sekitar kawat bergantung

pada kuat arus listrik dan jarak suatu titik terhadap

kawat. Medan magnet di sekitar kawat penghantar

lurus yang dilalui arus listr

ik berbentuk lingkaran dapat

ditentukan dengan aturan tangan kanan

“Bila ibu jari tangan kanan menunjukkan arah

arus, maka arah garis gaya magnet sama dengan

arah jari yang digenggamkan

.”

Gambar 4.14

Aturan tangan kanan

Elektromagnet mempunyai sifat kemagnetannya makin kuat bila lilitan

semakin banyak dan arus listrik makin besar. Kemagnetannya hilang sama

sekali bila arus diputus. Kekuatan magnetnya dapat diubah dengan mengubah

kuat arus dan kutub-kutub elektromagnet dapat dibalik.

Elektromagnet yang kuat digunakan untuk mengangkat benda yang

terbuat dari besi, seperti rel kereta api, mobil, dan mesin. Benda-benda tersebut

ditarik oleh elektromagnet dengan kuat dan tidak akan terlepas sebelum arus

diputus. Selain untuk mengangkat benda yang terbuat dari besi, elektromagnet

banyak digunakan dalam alat-alat listrik. Contoh : bel listrik, telepon dan

telegraf.

Bel listrik memiliki bagian terpenting berupa alat

pemutus arus. Bila arus dari baterai

A melalu

i lilitan

kawat yang mengelilingi elektromagnet B, maka

jangkar besi lunak C akan tertarik. Gaya pegas

melekatkan jangkar di D. Oleh karena jangkar tertarik,

kontak antara jangkar dan sekrup S terputus. Inti

besi lunak kehilangan sifat kemagnetannya sehingga

jangkar menjauh kembali. Kemudian hubungan

seperti semula kembali terjadi. Inti besi lunak bersifat

magnet lagi, jangkar tertarik olehnya dan seterusnya

sehingga jangkar melakukan gerakan bolak balik yang

cepat. Gerakan bolak balik ini diteruskan kepada

sebuah pemukul untuk membunyikan bel.

Pesawat telepon terdiri dari pesawat pengirim

yang disebut mikrofon dan sebuah pesawat

penerima yang disebut telepon. Di dalam mikrofon

Sumber: http://my.execpc.com/

Sumber: dokumentasi penulis

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

(M) terdapat sebuah pelat tipis (diafragma) yang dapat bergetar. Di belakang

diafragma terdapat serbuk arang. Kawat penghubung mikrofon dilekatkan

pada diafragma dan serbuk arang.

Saat suara masuk melalui mikrofon, diafragma akan bergetar dan

menyebabkan ruangan di belakangnya membesar dan mengecil secara

bergantian. Perubahan ruang tersebut menyebabkan kerapatan serbuk

arang berubah-ubah, sehingga hambatannya pun berubah-ubah. Perubahan

hambatan ini yang digunakan mikrofon dalam bekerja.

Di dalam telepon (T) terdapat magnet permanen dengan sejumlah lilitan

kawat kecil. Pada jarak 1 mm dari kutub magnet terdapat sebuah yang ditarik

oleh magnet permanen sehingga kedukannya cekung. Saat terjadi perubahan

gaya magnet, penarikan terhadap diafragma berubah-ubah dan menyebabkan

perubahan kuat arus. Perubahan kuat arus ini diperkuat dengan kumparan

induksi sehingga gaya tarik magnet permanen dalam telepon berubah. Jadi,

getaran diafragma mikrofon sama dengan getaran diafragma telepon sehingga

terdengar suara yang sama dengan suara yang diucapkan pada mikrofon.

Gambar 4.16

Skema kerja pesawat telepon

Gambar 4.17

Skema kerja telegraf

Sumber: dokumentasi penulis

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Pada pesawat telegraf terdapat pemancar A dan alat penerima B yang

semuanya menggunakan elektromagnet. Ketika kunci Morse A ditekan ke

bawah, terjadi suatu rangkaian tertutup melalui kunci kontak alat penerima B.

Oleh karena itu, angker di B ditarik oleh elektromagnet dan sebuah roda

kecil R yang dicelupkan dalam tinta menekan pita kertas yang bergerak secara

beraturan. Bila kunci Morse ditekan sebentar saja maka dihasilkan sebuah

titik. Tetapi, bila kunci Morse ditekan lama dihasilkan sebuah garis sehingga

berita-berita dapat disampaikan dengan berbagai macam tanda Morse.

Gaya Lorentz dan Produk Teknologi

Bagaimana bila suatu kawat penghantar yang sedang dialiri listrik berada

dalam medan magnet?

Jika kawat berarus berada dalam medan magnet maka kawat tersebut

akan mendapatkan gaya yang dinamakan gaya lorentz. Besarnya gaya lorentz

berbanding lurus dengan medan magnet, kuat arus listrik, dan panjang kawat

pengantar. Secara matematis dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

Bila pada kaidah tangan kanan dimana ibu jari menunjukkan arah arus

listrik (I), empat jari menunjukkan medan magnet (B), maka arah gaya Lorentz

(F) adalah tegak lurus ke atas telapak tangan kanan kita. (Gambar 4.18)

Sehingga jika kawat penghantar

berbentuk bujur sangkar ABCD, ketika arus

berada pada AB maka arah gaya menuju

bawah, sedangkan pada kawat penghantar

CD maka arah gaya Lorentz ke atas. Hal ini

akan membuat kawat penghantar AB

bergerak ke arah bawah sedangkan CD ke

arah atas sehingga kawat penghantar

bergerak berputar. Pengaruh gaya lorentz

pada perputaran kawat penghantar

menjadi landasan kerja beberapa alat

diantaranya motor listrik dan Galvanometer.

Gambar 4.18

Arah gaya lorentz

Motor listrik adalah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi

energi gerak. Motor listrik bekerja dengan memanfaatkan adanya perputaran

kumparan berarus listrik di sekitar medan magnet. Perhatikan Gambar 4.18

(b) Misalkan arah garis gaya magnet dari U ke S (dari kiri ke kanan). Arah

arus ditunjukkan dengan tanda panah, maka sesuai kaidah tangan kanan

maka kawat AB akan bergerak ke bawah, sedangkan kawat CD bergerak ke

atas. Setelah itu kumparan berhenti berputar. Supaya kumparan dapat

berputar terus maka digunakan komutator. Komutator terdiri dari dua keping

Keterangan :

= gaya lorentz (newton = N)

= medan magnet (Tesla = T)

= Panjang kawat penghantar (m)

B ( medan magnet)

( gaya lorentz)

I ( arus listrik)

FL = B I L

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Pada motor listrik yang lebih kuat, kumparan yang digunakan lebih

banyak lagi. Demikian pula gelang-gelang belahnya. Kumparan-kumparan

terletak dalam alur-alur silinder besi yang berfungsi sebagai angker atau

jangkar. Ujung tiap kumparan berakhir pada komutator. Kumparan yang

berputar harus dilekatkan sedemikian rupa. Bila salah satu sisi kawat berada

di depan kutub utara, sisi kawat yang lain berada di depan kutub selatan.

Semua kumparan diatur sedemikian rupa sehingga terjadi suatu rangkaian

tertutup. Jalur-jalur tembaga yang dise

kat satu sama lain disebut lamel dan

seluruhnya membentuk sebuah kolektor. Sikat-sikatnya terbuat dari karbon.

Galvanometer

adalah suatu jenis alat ukur listrik

yang mempunyai kumparan yang dapat berputar.

Kumparan kawat ini mempunyai inti besi lunak.

Kumparan diletakkan di antara kutub-kutub magnet

ladam yang kuat (Gambar 4.20).

Bila pada kumparan tersebut dialirkan arus, maka

kumparan akan berputar. Kumparan tidak dapat berputar

terus karena ditahan oleh pegas spiral. Berputarnya

kumparan akan menggerakkan jarum penunjuk.

Gambar 4.20.

Galvanometer

Besarnya putaran jarum penunjuk bergantung pada kuat arus. Makin

besar kuat arus makin besar putarannya. Dengan demikian, sudut putaran

dapat digunakan sebagai ukuran kuat arus. Itulah prinsip dasar pembuatan

amperemeter maupun voltmeter.

Latihan 4.2

Jelaskan cara kerja sebuah bel listrik!

2. Bagaimana bunyi kaidah tangan kanan? dan ke mana saja arah gaya Lorentz

saat ibu jari mengarah ke atas?

Jelaskan bagaimana gaya Lorentz bekerja dalam alat ukur listrik?

Bagaimana cara kerja motor listrik? Jelaskan!

Datalah alat-alat listrik yang ada di rumahmu dan kelompokkan yang prinsip

kerjanya menggunakan gaya Lorentz!

tembaga berbentuk setengah

lingkaran. Disekat satu sama

lain. Komutator berguna

untuk mengubah arah arus

dalam kumparan bila telah

melintasi daerah netral. Yang

dimaksud dengan daerah

netral adalah daerah dimana

kutub kumparan tepat berha-

dapan dengan kutub magnet.

Sumber: dokumentasi penulis

Gambar 4.19

Elektromotor

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

4.3 Induksi Elektromagnetik dan Kerja Alat

Beberapa alat telah dibuat dengan menggunakan listrik untuk menim-

bulkan sifat magnetnya. Sebaliknya jika magnet timbul disekitar arus listrik

maka sebaliknya arus listrik dapat ditimbulkan oleh gaya magnet.

Michael Faraday menunjukkan bahwa dengan mengerak-gerakan

magnet dalam kumparan maka akan menghasilkan arus listrik. Arus listrik

yang timbul dari hasil gerakan magnet ini disebut arus induksi. Arah arus

induksi adalah bolak balik. Percobaan Faraday juga menunjukkan bila

jumlah garis gaya magnet yang masuk dalam kumparan berubah, maka

pada ujung-ujung kumparan timbul gaya gerak listrik (GGL). Gaya gerak

listrik tersebut disebut GGL induksi.

Makin cepat perubahan garis gaya magnet masuk dalam kumparan,

makin besar GGL induksi yang timbul. Makin banyak lilitan kawat pada

kumparan, makin besar GGL induksi yang timbul.

Jumlah garis gaya magnet yang masuk dalam kumparan dapat berubah

dengan cara sebagai berikut.

Mengerakkan magnet batang keluar masuk kumparan.

Memutar magnet dekat kumparan.

Mendekatkan kumparan pada kutub magnet.

Memutus-mutus arus primer untuk menginduksi arus sekunder pada

kumparan lain.

Tujuan percobaan

siswa mampu menemukan sifat kelistrikan yang timbul akibat

pergerakkan magnet dalam kumparan.

Alat dan Bahan

galvanometer, magnet batang, kumparan, kawat penghantar.

Langkah Percobaan

Susunlah alat seperti dalam gambar 4.21!

Gerakkan magnet batang keluar masuk

kumparan secara berulang-ulang!

amati perubahan pada galvanometer setiap

magnet dimasukkan atau dikeluarkan!

ganti kumparan dengan jumlah lilitan yang

berbeda dan keluar masukkan kembali

magnet batang!

Amati galvanometer, dan buat kesimpulan

dari hasil percobaanmu!

Medan Magnet dan GGL Induksi

Percobaan 4.2

Gambar 4.21

GGL induksi pada

kumparan

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

D i n a m o

Induksi elektromagnetik banyak digunakan untuk mengubah energi

kinetik menjadi energi listrik sepeti dalam dinamo sepeda. Dinamo dibedakan

dalam dinamo arus bolak balik dan dinamo arus searah.

Dinamo pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan yang berputar

dalam medan magnet. Kedua ujung kawat dihubungkan menggunakan dua

buah cincin tembaga yang disekat satu sama lain. Pada masing-masing cincin

diletakan karbon yang akan menjadi penghubung rangkaian dalam dinamo

dengan luar dinamo.

GGL yang timbul dari dinamo bersifat bolak

balik, sehingga arus yang timbul juga arus bolak-

balik. Arus bolak balik atau

alternating current

sering

disingkat sebagai AC.

Dinamo arus bolak balik dapat diubah menjadi

dinamo arus searah. Pengubahan dilakukan

dengan menggunakan dua cincin belah yang

disekat satu sama lain. Cincin belah tersebut

disebut komutator. Komutator antara lain

digunakan dalam motor listrik (elektromotor).

Arus bolak balik dalam kawat kumparan

diubah menjadi arus searah dalam rantai aliran

luar. Ketika AB dan CD berada di depan kutub

utara magnet, arus mengalir dari depan ke

belakang. Sikat P tetap menjadi kutub positif dan

sikat Q menjadi kutub negatif.

Pada saat arus berbalik arah, kedua cincin belah

dihubungkan sebentar. Hubungan sesaat itu mem -

buat arus tetap mengalir dari P ke Q. Pada saat arus

berbalik arah GGL bernilai nol. Arus searah atau

direct current

disingkat DC.

Pada motor listrik yang lebih kuat, kumparan yang

digunakan lebih banyak lagi. Demikian pula gelang-

gelang belahnya. Kumparan-kumparan terletak dalam

alur-alur silider besi yang berfungsi sebagai jangkar.

Ujung tiap kumparan berakhir pada komutator.

Kumparan yang berputar harus dilekatkan sedemkian

rupa. Bila salah satu sisi kawat berada di depan kutub

utara, sisi kawat yang lain berada di depan kutub

selatan. Semua kumparan diatur sedemikian rupa

sehingga terjadi suatu rangkaian tertutup. Dinamo

yang berukuran besar disebut generator. Generator AC

dapat temukan pada mesin pembangkit listrik.

Gambar 4.22

Generator AC

Gambar 4.23

Generator DC

Gambar 4.24

Generator pada

pembangkit listrik

Sumber: dokumentasi penulis

Sumber: http://www.wvic.com

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Transformator

Selain generator, prinsip induksi elektromagnetik digunakan dalam

transformator atau trafo. 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 dihubung -

kan dengan arus yang hendak diubah

tegangannya disebut kumparan primer,

sedangkan kumparan yang dihubungkan

dengan tegangan baru disebut kumparan

sekunder.

Pada transformaror

step up

jumlah lilitan kumparan primernya lebih

sedikit dibanding lilitan pada kumparan sekunder. Sedangkan pada transfor-

mator

step down

jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak dibanding

pada kumparan sekunder.

Pada transformator berlaku hubungan jumlah lilitan dan tegangan

sesuai persamaan:

Pada transformator juga berlaku hukum kekekalan energi. Jika energi

yang masuk persatuan waktu adalah

dan energi yang keluar adalah

maka diperoleh

Sehingga pada transformator ideal berlaku

ssp

VnI

Dengan:

= tegangan primer

= tegangan sekunder

= jumlah lilitan primer

= jumlah lilitan sekunder

= arus primer

= arus sekunder

Gambar 4.25

Transformator

Inti magnetik

Alat-alat

listrik

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Contoh soal

Sebuah transformator peninggi tegangan memiliki tegangan primer 220 V. Jika

kumparan primernya terdiri dari 200 l

ilitan sedangkan kumparan sekundernya

2000 lilitan berapa tegangan yang dihasilkan dari transformator tersebut !

Penyelesaian

Diketahui :

220 V

200 lilitan

2000 lilitan

Ditanyakan:

....?

Jawab:

220

2200 V

Efisiensi Transformator

Gaya gerak listrik (GGL) induksi pada suatu kumparan akan menim -

bulkan arus induksi. Arus induksi ini membentuk lingkaran-lingkaran kecil

yang arahnya tegak lurus terhadap arah garis-garis gaya medan magnet.

Arus yang melingkar ini disebut

arus pusar

atau

arus eddy

Arus pusar di dalam kumparan akan menimbulkan kalor. Arus pusar

ini akan merugikan karena sebagian energi listrik akan berubah menjadi kalor.

Di dalam transformator timbulnya kalor ini tidak dapat dihindari, tetapi

dapat dikurangi dengan membuat inti besi berupa lapisan-lapisan besi tipis.

Makin kecil kalor yang timbul, makin besar efisiensi transformator.

Sesuai dengan hukum kekekalan energi, energi yang masuk pada kumparan

primer akan keluar pada kumparan sekunder dan sebagian berubah menjadi

kalor. Energi listrik yang keluar dari kumparan sekunder selalu lebih kecil

dari energi yang masuk pada kumparan primer.

Efisiensi transformator merupakan perbandingan antara daya sekunder

(daya keluaran) dan daya primer (daya masukan). Nilai efisiensi transformator

dirumuskan sebagai berikut.

200

2000

2000 220

200

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

100%

Contoh soal

Sebuah transformator memiliki efisiensi 60%. Jika daya primernya 300 watt, tentukan

besar daya sekundernya!

Penyelesaian:

Diketahui:

60%

300 watt

Ditanyakan:

Jawab:

100%

= 180 watt

Transformator banyak digunakan dalam

radio, televisi dan barang elektronik lainnya.

Transformator besar digunakan di pembangkit

tenaga listrik. Dinamo arus bolak balik di

pusat tenaga listrik menghasilkan tegangan

listrik 5000 V - 10000 V, dengan transformator

step up

diubah menjadi 150.000 V. Dari

transformator tegangan dialirkan melalui

kabel-kabel tegangan tinggi. Sebelum masuk

ke kota tegangan diturunkan dengan trans-

formator

step down

sampai kira-kira 20.000 V.

Kemudian dialirkan ke gardu kecil sehingga

sampai di rumah dengan tegangan 220 V.

Gambar 4.26

Transformator dan aliran listrik

Sumber : http://www.windows.ucar.edu/

Keterangan:

= efisiensi transformator (%)

= daya pada kumparan sekunder (watt)

= daya pada kumparan primer (watt)

100%

60% 300 watt

100%

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Info

Cara Penyimpanan Magnet

Seperti yang telah kita bahas di atas, bahwa benda - benda yang

memiliki sifat magnet dapat menarik atau menolak bahan - bahan

tertentu, dan dapat berinteraksi dengan kawat penghantar berarus

sehingga menimbulkan gaya Lorentz, sehingga usahakan untuk

menyimpan magnet jauh dari tele

visi, komputer, jam tangan atau

peralatan lainnya yang sekiranya sistem kerjanya dapat terganggu

jika didekatkan dengan magnet dari luar.

Rangkuman

Latihan 4.3

Jelaskan penyebab timbulnya GGL induksi pada ujung-ujung kumparan!

Jelaskan prinsip kerja generator arus searah!

Bagaimana perbedaan cara kerja transformator

step up

dan

step down

? Jelaskan!

Bagaimana hubungan antara pergeseran garis medan magnetik dan timbulnya

GGL induksi ?

Sebuah transformater penurun tegangan mempunyai tegangan primer 1100 V

dan tegangan sekunder 220 V. Jika kumparan primer mempunyai 1000 lilitan

berapa jumlah lilitan pada kumparan sekunder ?

Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda lain yang merupakan

bahan ferromagnetik. Jenis magnet seperti bijih besi disebut

magnet alam

sedangkan jenis magnet yang dibuat disebut

magnet buatan

Gaya tarik magnet terbesar terdapat pa

da kutub-kutub magnetnya. Kutub utara

selalu menunjukkan ke arah utara Bumi sedangkan kutub selatan selalu

menunjukkan ke arah selatan Bumi. Kutub-kutub senama (sejenis) akan tolak

menolak dan kutub-kutub yang tidak senama (tidak sejenis) akan tarik menarik.

Cara membuat magnet dapat dilakukan dengan cara digosok, induksi magnet

dan dengan menggunakan aliran listrik arus searah.

Cara menghilangkan magnet dapat dilakukan dengan memukul-mukul magnet,

memanaskan, menjauhkan dari magnet penginduksi dan dengan menggunakan

aliran listrik arus bolak-balik.

Medan magnet

ialah ruang di mana sebuah benda yang berada di dalam ruang itu

mendapat gaya magnet. Makin besar kekuatan suatu magnet, makin besar pula

medan magnetnya.

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Bumi dapat dianggap sebagai sebuah magnet yang sangat besar. Kutub selatan

magnet bumi berada di sekitar kutu

b utara bumi, sedangkan kutub utaranya

berada di sekitar kutub selatan bumi. Letak kutub magnet bumi tidak tepat

berimpit dengan kutub bumi.

Arah medan magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan, jika ibu jari

menunjukkan arah garis gaya magnet.

Magnet buatan terutama yang dibuat dengan cara menerapkan arus listrik,

banyak digunakan pada berbagai alat antara lain berupa kompas, alat listrik,

telepon, dan telegraf.

Gaya dari magnet yang ditimbulkan dapat membuat penghantar berputar, gaya

tersebut disebut gaya Lorentz. Arah gaya lorentz berdasarkan kaidah tangan kanan.

Gaya lorentz diterapkan dalam cara kerja motor listrik dan Galvanometer.

Induksi elektromagnetik ditimbulkan dengan menggunakan magnet disekitar arus

listrik. Arus listrik yang timbul dari hasil gerakan magnet ini disebut arus induksi.

Prinsip induksi elektromagnetik digunakan dalam prisnsip kerja generator dan

transformator.

Setelah mempelajari bab Magnet, apa manfaat yang kamu rasakan? Adakah

hubungannya dalam kehidupanmu sehari-hari? Apakah semua benda dapat dibuat

menjadi magnet? Mengapa? Sebutkan beberapa manfaat magnet dalam kehidupan

kita? Dalam mempelajari bab ini, bagian manakah yang paling kamu sukai? Berikan

alasanmu. Bagian mana yang belum kamu kuasai? Tuliskan bagian-bagian yang

belum kamu kuasai beserta alasannya, kemu

dian diskusikan dengan guru fisikamu.

Refleksi

Berilah tanda silang (

) pada huruf A, B, C, atau D di depan jawaban yang benar!

1 .

Benda yang dapat ditarik magnet adalah benda yang terbuat dari ....

A. tembaga

D. kaca

B. nikel

E. seng

C. bismut

Berikut merupakan cara membuat magnet,

kecuali

....

A. sentuhan tunggal

D. elektromagnet

B. sentuhan bercabang

E. induksi elektromagnet

C. induksi magnet

Uji

Kompetensi

Magnet

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

3 .

Magnet dapat dihilangkan kecuali dengan ....

A. dipanaskan

D. dijauhkan dari magnet

B. dipukul-pukul

E. didekatkan pada magnet

C . mematikan listrik

Bumi memiliki medan magnet karena

....

A. memiliki ukuran dan massa yang besar

B. berevolusi di dekat Matahari

C. berputar pada porosnya dengan lambat

D. kulit Bumi mengandung besi padat

E. berotasi dengan cepat membawa lelehan besi.

5 .

Alat berikut yang bekerja dengan prinsip gaya Lorentz adalah ....

A. telepon

D . galvanometer

B. kompas

E. bel listrik

C. telegraf

6 .

Alat yang bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik adalah ....

A. elektromotor

D . telegraf

B. dinamo sepeda

E. bel listrik

C. telepon

7. Sebuah transformater mempunyai tegangan primer 110 V dan tegangan

sekunder 220 V. Jika kumparan primer mempunyai 100 lilitan maka jumlah

lilitan pada kumparan sekunder adalah

....

A. 50 lilitan

D . 200 lilitan

B. 100 lilitan

E. 1000 lilitan

C. 150 lilitan

Perhatikan gambar berikut.

Magnet

100

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

Kesimpulan yang benar adalah ....

A. X, Y dan Z adalah magnet

B. X, Y dan Z bukan magnet

C. X dan Y magnet, Z bukan magnet

D. X dan Z magnet, Y bukan magnet

E. X dan Z magnet, Y bukan magnet

Perhatikan gambar berikut ini.

Arah yang benar sesuai kaidah tangan kanan terdapat pada Gambar ....

A. (1) dan (2)

D. (2) dan (3)

B. (1) dan (3)

E. (2) dan (4)

C. (1) dan (4)

10. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara -selatan magnet dengan kutub utara-

selatan Bumi disebut sudut ....

A. inklinasi

D . isoklinasi

B. deklinasi

E. degredasi

C. ekliptika

11. Benda yang ditarik dengan kuat oleh magnet disebut ....

A. paramagnetik

D. elektromagnetik

B. ferromagnetik

E. isomagnetik

C. diamagnetik

12. Berdasarkan kaidah tangan kanan arah medan magnet pada penghantar lurus

yang dialiri listrik arahnya ....

A. searah ibu jari

D . tegak lurus telapak tangan

B. searah telunjuk

E. arah bawah telapak tangan

C. searah semua jari

Magnet

101

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

13. Gambar yang menunjukkan arah garis gaya magnet yang benar adalah ....

14. Daerah dimana suatu bahan feromagnetik tertarik oleh magnet disebut ....

A. garis gaya magnet

D. kuat medan magnet

B. medan magnet

E. gaya magnet

C. kutub magnet

15. Merubah paku menjadi magnet dengan cara meletakkannya dalam kumparan

listrik merupakan pembuatan magnet dengan cara ....

A. induksi elektromagnetik

B. prinsip elektromagnet

C. induksi magnet

D . gosokan tunggal

E. gosokan ganda

16. Membanting-banting atau memukul-mukul benda magnet dapat menyebabkan ....

A. sifat magnet bahan bertambah

B. sifat magnet bahan hilang

C. elementer magnet teratur

D. elementer magnet bertambah banyak

E. magnet bertambah kuat

Magnet

102

Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX

17. Gaya yang timbul pada suatu penghantar yang berada dalam medan magnet

dikemukakan oleh ....

A. Coulomb

B. Oersted

C. Faraday

D. Ampere

E. Lorentz

18. Alat yang berfungsi untuk menurunkan tegangan pada gardu listrik adalah ....

A. trafo step up

B. trafo step down

C. dinamo

D. generaror AC

E. generator DC

19. Jika kedalam tranformastor step up dengan kumparan primer dengan 100 lilitan

dilewatkan arus sebesar 5 A, jika kumparan sekunder memiliki 400 lilitan maka

arus yang akan keluar sebesar ....

A. 1,25 A

B. 2,0 A

5,0 A

D. 12,5 A

E. 20 A

20. Jumlah garis gaya magnet dapat dirubah dengan cara berikut,

kecuali

....

A. menggunakan magnet berbentuk jarum

B. mengerakkan magnet batang keluar masuk kumparan

C. memutar magnet dekat kumparan

D. mendekatkan kumparan pada kutub magnet

E. memutus-mutus arus primer