hubungan antara tegangan hambatan dan kuat arus listrik searah

hubungan antara tegangan hambatan dan kuat arus listrik searah

Dalam arus listrik terdapat hambatan listrik yang menentukan besar kecilnya arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil kuat arusnya, dan sebaliknya. George Simon Ohm (1787-1854), melalui eksperimennya menyimpulkan bahwa arus I pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial V yang diberikan ke ujung-ujung kawat penghantar tersebut: I ~ V. Misalnya, jika kita menghubungkan kawat penghantar ke kutub-kutub baterai 3 Volt, maka aliran arus akan menjadi dua kali lipat jika dihubungkan ke baterai 6 Volt.

Besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang dimiliki kawat terhadap aliran elektron. Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan: I ~ 1/R. Ini maksudnya semakin besar hambatan suatu penghantar maka kuat arus yang mengalir semakin kecil, begitu juga sebaliknya semakin kecil hambatan suatu rangkaian maka kuat arus yang mengalir pada rangkaian itu semakin besar. Misalnya, jika suatu rangkaian dipasang hambatan 6 ohm (Ω), maka aliran arus akan menjadi dua kali lipat jika dipasang hambatan yang besarnya 6 ohm (Ω).

Aliran elektron pada kawat penghantar diperlambat karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat. Makin besar hambatan ini, makin kecil arus untuk suatu tegangan V. Dengan demikian, arus I yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan hambatannya. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Ohm, dan dinyatakan dengan persamaan:

I = V/R

Dengan R adalah hambatan kawat atau suatu alat lainnya, V adalah beda potensial antara kedua ujung penghantar, dan I adalah arus yang mengalir. Hubungan ini sering dituliskan:

V = I . R

Dalam satuan internasional (SI), hambatan dinyatakan dalam satuan volt per ampere (V/A) atau ohm (Ω). Grafik hubungan antara arus I dan beda potensial V, serta kuat arus I dan hambatan listrik R, ditunjukkan seperti pada gambar berikut.

Implikasi Hukum Ohm Dalam Diri

Apa implikasi dan makna yang Anda peroleh dari hukum ohm tersebut? Tidak hanya pada rangkaian listrik saja terjadi hukum ohm, di dalam diri kita juga akan berlaku hukum ohm. Misalkan untuk menghasilkan sesuatu yang besar dalam belajar (sukses) maka anda harus menggurangi hambatan-hambatan yang ada di dalam diri. Hambatan yang terbesar yang ada dalam diri kita adalah rasa malas (zona nyaman). Rasa malas ini kalau dikaitkan dengan teori fisika yaitu Hukum Pertama Newton (Hukum Kelembaman). Rasa malas itulah yang anda harus kurangi (kalau bisa dihilangkan) jika anda ingin sukses dalam belajar (“menghasilkan sesuatu yang besar”). Apakah hanya menghilangkan rasa malas saja kita bisa menjadi sukses?

Tidak hanya menghilangkan rasa malas saja orang bisa menjadi sukses. Selain mengurangi rasa malas, Anda juga harus mampu meningkatkan beda potensial yang ada dalam diri. Beda potensial yang dimaksud adalah potensi yang anda miliki. Ingat setiap orang memiliki potensi yang berbeda-beda. Jadi bangkitkan dan kembangkan potensi yang anda miliki. Jika anda tidak membangkitkan dan mengembangkan potensi yang anda miliki maka lama-kelamaan potensi yang anda milki akan menjadi nol. Layaknya sebuah baterai, jika tidak pernah di isi maka lama-kelamaan baterai itu tidak akan berguna lagi jika digunakan terus menerus. Agar bisa dipakai, maka baterai tersebut harus ditambah beda potensialnya. Begitu juga yang ada dalam diri kita. Bagaimana cara membangkitkan dan mengembangkan potensi dalam diri kita?

Sebelum mengembangkan potensi, terlebih dahulu anda harus mengetahui potensi apa yang anda miliki. Setelah tahu potensi yang anda miliki maka anda harus mengasah potensi diri anda secara disiplin. Jadi untuk mencapai kesuksesan anda harus menghilangkan hambatan yang ada dalam diri (rasa malas/lembam) dan mengembangkan potensi diri (beda potensial).

MATERI RELATIVITAS

Relativitas

TEORI RELATIVITAS

Perambatan gelombang memerlukan medium .

             Gelombang mekanik seperti seperti gelombang bunyi memerlukan medium yang berwujud  yang berwujud padat, cair dan gas. Sedangkanuntuk perambatan gelombang elektromagnetik atau cahaya para ahli menduga adanya sejensi medium yang disebut eter. Eter ini ada di mana – mana , juga di hampa udara. Gelombang cahaya yang berasal dari matahari sampai di bumi akan terjadi jika ada eter..

             Dugaan para ahli ternyata tidak benar setelah Michelson dan Morley mengadakan percobaan untuk menguji kebenaran adanya eter tersebut. Hasil percobaannya menunjukkan bahwa kecepatan cahaya dari segala arah sama dan tidak tergantung  pada gerak bumi. Hal ini membuktikan bahwa tidak ada eter di alam semstesta ini.

11.1. TEORI RELATIVITAS EINSTEIN

Dengan tiadanya teori eter di alam semesta ini Einstein pada tahun 1905 mengumumkan teori relativitas yang terbagi atas dua bagian :

·    Teori Relativitas khusus, yang menyangkut benda – benda yang bergerak beraturan relative terhadap benda – banda lain

·    Teori relativitas umum, yang menyangkut benda – benda yang bergerak dipepe rcepat relative terhadap benda – benda lain

Teori Relativitas Khusus berdasarkan dua postulat yaitu :

·    Postulat pertama

Hukum – hokum fisika boleh dinyatakan dengan susunan persamaan yang sama untuk semua  

Contoh :

Dua percobaan yang sama dilakukan masing – masing di atas kapal dan di daratan. Percobaan – percobaan itu akan memberikan hasil yang sama dan tidak bergantung pada kerangka acuan (kapal) dan kerangka acuan yang diam (daratan).

·    Postulat ke dua :

·    Kecepatan  cahaya di dalam ruang hampa untuk semua pengamat samadan tidak tergantung pada gerak sumber cahaya ataupun pengamatnya.

Contoh :

·         Kecepatan cahaya di alam semesta dalam segala arah selalu sama. Tidak ada kecepatan relative untuk cahaya dalam ruang hampa. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah suatu tetapan universal.

11.2.   RELATIVITAS KECEPATAN BENDA

             Pengamatan terhadap orang yang berjalan di dalam gerbong kereta sesuai aturan Newton dapat dituliskan dengan : jika kecepatan benda A terhadap benda B dinyatakan dengan V_AB dan kecepatan benda B terhadap  benda C = V_BC , maka kecepatan benda A terhadap benda benda C dinyatakan dalam bentuk rumus :

V_AC = V_AB + V_BC

Sedangkan menurut aturan Einstein , kecepatan benda A terhadap benda C dinyatakan dalam bentuk rumus :

Untuk benda – benda dengan kecepatan yang jauh di bawah kecepatan cahaya kedua aturan ini memberikan hasil perhitungan yang sama. Tetapi utnuk benda – benda yang mempunyai kecepatan mendekati kecepatan cahaya aturan Einstein menunjukkan keunggulan.

Contoh soal :

1.       Seorang berjalan dengan kecepatan 5 Km / jam di dalam gerbong yang melaju dengan kecepatan 75 km / jam . Arah gerak orang dan arah gerak gerbong sama. Hitung kecepatan orang terhadap tanah

2.       Kecepatan pesawat A terhadap B adalah 0,3c sedang kecepatan pesawat B terhadap pengamat di bumi adalah 0,8c. Tentukan kecepatan pesawat A terhadap pengamat di bumi.

2. Kontraksi Lorentz

Teori relati vitas membawa pengaruh terhadap pengukuran  panjang suatu benda yang bergerak terhadap  kontraksi Lorentz atau penyusutan panjang.atau  ditulis dalam bentuk persamaan:

Keterangan :

l= Panjang benda bergerak yang diamati oleh pengamat yang diam (m)

lo = Panjang benda diam pada  suatu pada suatu kerangka acuan (m)

v = Kecepatan benda terhadap kerangka acuan (m/s)

c = kecepatan cahaya  (3 x 10 m/s)

sejajar den gan kecepatan v, benda akan mengalami perubahan panjang . Dimana panjang benda seolah – olah menyusut

Contoh soal :

1. Sebuah benda dalam keadaan diam panjangnya 10 meter. Benda bergerak dengan kecepatan 0,8 csearah dengan panjangnya. Hitung panjang benda saat bergerak ?

2.   Sebuah batang terikat pada sebuah roket yang sedang meluncur dengan kecepatan   c, menurut awak pesawat , panjang batang adalah 2 meter. Berapakah panjang batang tersebut menurut pengamat yang diam terhadap bumi.

3.   Dilatasi Waktu

Menurut Einstein bahwa waktu adalah sesuatu yang relative. Di dalam suatu kerangka acuan yang bergerak terhadap seorang pengamat yang diamterdapat lonceng yang menunjukkan selang waktu ∆to. Selang waktu yang diamati oleh pengamat tersebut adalah  ∆t lebih lamat dari pada ∆to. Beda waktu yang merupakan perpanjangan waktu pengamatan  bagi pengamat diamdisebut dilatasi waktu. Menurut Einstein hubungan antara kedua selang waktu itu dirumuskan dengan :

 = Selang waktu yang diukur oleh pengamat yang relative bergerak (s)

 =Selang waktu yang diukur oleh pengamat yang relative diam (s)

v = kecepatan relative pengmat yang bergerak terhadap pengamat yang diam (m/s)

c = kecepatan cahaya ( 3 x 10⁸ m / s)

contoh soal :

1.   Sebuah pesawat antariksa bergerak selama satu tahun menurut waktu di dalam pesawat. Jika waktu itu sesuai dengan dua tahun waktu di bumi. Tentukan kecepatan pesawat.

2.   Pesawat bergerak dengan kecepatan 0,6 c terhadap bumi. Orang di bumi melihat nyala lampu selama 8 sekon dari pesawat itu. Nyala lampu menurut orang yang berada di dalam pesawat adalah ….

4.   Massa Realativ istik

Untuk gerakan – gerakan benda dengan kecepatan relative kecil tidak terjadi perubahan massa. Perubahan itu baru tampak jika kecepatannya mendekati kecepatan cahaya. Oleh Einstein hubungan massa diam dan massa bergerak yang ditinjau oleh pengamat dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan :

m = Massa benda dalam keadaan bergerak (Kg)

mo = Massa benda dalam keadaan diam (Kg)

v = Kecepatan benda (m/s)

c = Kecepatan cahaya ( 3 x 10⁸ m / s)

Contoh soal :

1.   Jika massa diam benda 5 Kg , hitunglah massa benda bergerak dengan kecepatan  (12/13) c ?.

2.   Berapakah kecepatan sebuah partikel  yang massanya sebesar 5/3  massa diamnya  ?.

5.   Momentum Relativistik

Sebuah benda yang bermassa bergerak dengan kecepatan v menurut mekanika klasik  dirumuskan dengan  p = mv. Jika kecepatan mendekati kecepatan cahaya maka momentum benda akan mengalami perubahan. Pada saat itu momentum benda dikatan dengan momentum Relativistik.

 Dimana dari persamaan mekanika klasik dapat digunakan massa relativitas, sehingga persamaannya

Keterangan :

m = Massa benda dalam keadaan bergerak (Kg)

mo = Massa benda dalam keadaan diam (Kg)

v = Kecepatan benda (m/s)

c = Kecepatan cahaya ( 3 x 10⁸ m / s)

p = momentum relativistic(Kg m / s)                                                                          

Contoh soal :

1.   Sebuah electron memiliki massa 9,1 x 10^-31 Kg, bergerak dengan kecepatan 0,96 c, dimana kecepatan cahaya ( c ) = 3,0 x 10⁸ m/s. Hitunglah momentum electron tersebut ?.

2.   Sebuah benda memiliki massa diam sebesar 5 Kg, bergerak dengan kecepatan    c  hitunglah momentum benda tersebut ?.

6.   Energi Relativistik

Menurut  hukum Newton jika ada sebuah gaya terus menerus diperbesar maka percepatan yang dihasilkan dapat melebihi kecepatan cahaya, sedangkan menurut teori Relativitas ini tidak benar, sehingga untuk benda yang bergerak mendekati cahaya sehingga persamaan Energi kineticnya  :

Sehingga energi kinetik relativistic dapat dituliskan :

    Energi merupakan hasil perkalian antara massa dan kuadrat kecepatan mutlak, Jadi ada keseta raan antara massa dan energy. Bila partikel memiliki massa m , berrarti partikel tersebut memiliki energy total sebesar :

E = m c²

Kesetaraan antara massa dan energy ini dikemukakan pertama kali oleh Einstein dan dikenl dengan

dengan Hukum Kesetaraan massa energy Einstein

Kesimpulan :

Energi kinetic sebuah partikel yang bergerak relativistic ( mendekati kecepatan cahaya ) sama

dengan selisih antara antara en ergi total dengan energy diamnya.

MATERI ALAT OPTIK

ALAT OPTIK

Alat optik adalah alat-alat yang salah satu atau lebih komponennya menggunakan benda optik, seperti: cermin, lensa, serat optik atau prisma.

MATA

Mata merupakan salah satu contoh alat optik, karena dalam pemakaiannya mata membutuhkan berbagai benda-benda optik seperti lensa.

 

Kornea adalah bagian mata yang melindungi permukaan mata dari kontak dengan udara luar.

Iris adalah selaput tipis yang berfungsi untuk mengatur kebutuhan cahaya dalam pembentukan bayangan.

Lensa adalah bagian mata yang berfungsi untuk memfokuskan bayangan pada retina.

Retina berfungsi sebagai layar dalam menangkap bayangan benda, di tempat ini terdapat simpul-simpul syaraf optik.

Otot siliar berfungsi untuk mengatur daya akomodasi mata.

Pembentukan bayangan pada mata

KAMERA

Kamera merupakan alat optik yang dapat memindahkan/mengambil gambar dan menyimpannya dalam bentuk file, film maupun print-out. Kamera menggunakan lensa positif dalam membentuk bayangan. Sifat bayangan yang dibentuk kamera adalah nyata, terbalik, dan diperkecil.

 

Bagian-bagian dari kamera secara sederhana terdiri dari:

1. Lensa cembung
2. Film
3. Diafragma
4. Aperture

 

LUP

Lup  adalah alat optik yang memiliki fungsi untuk memperbesar bayangan benda. Lensa yang digunakan adalah lensa cembung. Bayangan yang dibentuk oleh lup memiliki sifat: maya, tegak, dan diperbesar.

 

Ada dua cara bagaimana menggunakan lup yaitu:

1.     1. Dengan cara mata berakomodasi maksimum

2.    2. Dengan cara mata tidak berakomodasi

Pada mata berakomodasi maksimum

·         Si = -PP = -Sn

Ø  Perbesaran sudut atau perbesaran angular

Pada mata tak berakomodasi

·         Si = -PR

·         So = f

Ø  Perbesaran sudut

M = perbesaran sudut

PP = titik dekat mata dalam meter

f = Jarak fokus lup dalam meter

TEROPONG

Teropong atau teleskop adalah sebuah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda yang jauh sehingga tampak lebih jelas dan lebih dekat. Secara umum teropong terdiri atas dua buah lensa positif. Satu lensa mengarah ke obyek dan disebut lensa obyektif dan satu lensa mengarah ke mata dan disebut lensa okuler.

Prinsip utama pembentukan bayangan pada teropong adalah: lensa obyektif membentuk bayangan nyata dari sebuah obyek jauh dan lensa okuler berfungsi sebagai lup. Panjang teropong adalah jarak antara lensa obyektif dan lensa okulernya.

Ø  Teropong Bintang

Teropong bintang digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang ada di langit (bintang). Teropong bintang terdiri dari sebuah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa obyektif dengan diameter dan jarak fokus besar, sedangkan okulernya adalah sebuah lensa cembung dengan jarak fokus pendek.

Ø  Teropong Bumi

Teropong bumi digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang jauh dipermukaan bumi. Teropong ini akan menghasilkan bayangan yang nampak lebih jelas, lebih dekat dan tidak terbalik. Teropong bumi terdiri dari tiga lensa positif dan salah satunya berfungsi sebagai pembalik bayangan.

Ø  Teropong Panggung

Teropong panggung adalah teropong yang mengkombinasikan antara lensa positif dan lensa negatif. Lensa negatif digunakan sebagai pembalik dan sekaligus sebagai okuler. Sifat bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, dan diperkecil.

MIKROSKOP

Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk mengamati benda-benda kecil. Mikroskop yang paling sederhana menggunakan kombinasi dua buah lensa positif, dengan panjang titik fokus obyektif lebih kecil daripada jarak titik fokus lensa okuler.

 

Pengamatan menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum.

 

Perbesaran mikroskop pada pengamatan ini adalah:

Keterangan:

S_(Ob) = Jarak benda lensa obyektif dalam meter

S’_(Ob) = Jarak bayangan lensa obyektif dalam meter

PP = titik dekat pengamat dalam meter

f_(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

 

Pengamatan menggunakan mikroskop dengan mata tidak berakomodasi.

 

Perbesaran mikroskop pada pengamatan ini adalah:

S_(Ob) = Jarak benda lensa obyektif dalam meter

S’_(Ob) = Jarak bayangan lensa obyektif dalam meter

PP = titik dekat pengamat dalam meter

f_(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

 

Panjang Mikroskop

Panjang mikroskop diukur dari jarak antara lensa obyektif dan lensa okuler. Untuk masing-masing jenis pengamatan, panjang mikroskop dapat dihitung dengan cara yang berbeda.

A.   Mata berakomodasi maksimum

d = Si_(Ob) + So_(Ok)

B.    Mata tak berakomodasi

d = Si_(Ob) + f_(Ok)

Keterangan:

d = panjang mikroskop dalam meter

Si_(Ob) = jarak bayangan lensa obyektif dalam meter

So_(Ok) = jarak benda lensa okulerdalam meter

f_(Ok) = jarak fokus lensa okuler dalam meter

 

PENERAPAN ALAT OPTIK

Penerapan alat optik dalam kehidupan sehari-hari di antaranya kamera untuk memotret gambar, lup untuk melihat benda-benda agar terlihat lebih jelas/besar, mikroskop untuk mengamati sel atau jaringan yang tidak dapat teramati dengan mata telanjang.

MATERI GEJALA KEMAGNETAN

 GEJALA KEMAGNETAN DAN CARA MEMBUAT MAGNET

GEJALA KEMAGNETAN DAN CARA MEMBUAT MAGNET
Mengenal Magnet & Cara membuatnya

 Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang dapat menimbulkan gejala gaya. baik gaya tari maupun gaya tolak terhadap jenis logam tertentu), besi, baja, seng dll.. Istilah Magnet berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.
Kekuatan sebuah magnet terpusat pada kedua kutubnya yaitu kutub Utara dan kutub Selatan.

Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada International System of Units (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m2 = 1 tesla, yang mempengaruhi satu meter persegi.
Membuat Magnet
Sebuah kapur jika dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil. setiap bagian itu masih mempunyai sifat kapur. Demikian pula magnet, jika dibagi-bagi, setiap bagian magnet masih mempunyai dua jenis kutub magnet, yaitu kutub utara magnet (U) dan kutub selatan magnet (S). Berdasarkan kenyataan itu, dikembangkanlah teori magnet yang disebut teori magnet elementer.
Dalam teori ini dikatakan bahwa sifat magnet suatu benda (besi atau baja) ditimbulkan oleh magnet-magnet kecil dalam benda tersebut yang disebut magnet elementer. Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah yang cenderung sama dan tidak mempunyai sifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang). Pada besi magnet, elementernya menunjuk arah yang sama. Antar magnet elementer tersebut terdapat gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik. Akan tetapi, di bagian ujung magnet hanya terdapat gaya tolak-menolak. Itulah sebabnya pada ujung-ujung magnet terdapat gaya magnet paling kuat, sedangkan bagian tengahnya lemah.
Pada besi bukan magnet, magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak atau sembarang Karena arahnya acak, gaya tarik-menarik dan tolak-menolak antarmagnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet).
Benda-benda yang magnet elementernya mudah diatur arahnya dapat dibuat menjadi magnet. Namun, magnet ini kemagnetannya tidak awet. Magnet yang demikian disebut magnet lunak. Sebaliknya, ada benda yang sulit dijadikan magnet. Namun, setelah menjadi magnet. kemagnetannya awet. Magnet yang demikian disebut magnet keras. Magnet dapat dibuat dengan cara digosok, dialiri arus listrik, dan induksi.
 Membuat Magnet dengan Cara Digosok
Besi atau baja akan menjadi magnet jika arah menggosoknya teratur dalam satu arah, misalnya berlawanan arah dengan gerakan jarum jam. Setelah menjadi magnet, pada baja terbentuk kutub-kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet penggosoknya. Pada ujung terakhir bagian yang digosok menjadi kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet yang disosokkan.
 Membuat Magnet dengan Cara Induksi
Pembuatan magnet secara induksi pada dasarnya memengaruhi bahan f'erromagnetik dengan suatu magnet. Untuk memahami hal itu, dapat dibayangkan ketika berada di dekat api unggun. Makin dekat api unggun, maka akan merasakan makin panas. Begitu pula bahan ferromagnetik. Makin dekat ke magnet, bahan itu akan mempunyai gaya magnet yang makin kuat.
Jika sebatang besi didekatkan (tidak sampai menyentuh) pada magnet yang kuat. batang besi tersebut akan menjadi magnet. Pembuatan magnet seperti ini disebut pembuatan magnet dengan cara induksi. Jika paku yang cukup besar didekatkan magnet yang cukup kuat, paku tersebut menjadi magnet. Hal ini terbukti paku dapat menarik jarum Kemagnetan paku disebut magnet induksi. Magnet induksi termasuk magnet sementara. Jika bahan magnet induksi terbuat dari bahan besi, sifat magnetnya langsung hilang begitu magnet utama dijauhkan. Akan tetapi, jika bahan magnet induksi terbuat dari baja, sifat kemagnetannya masih tetap ada (kecil) meskipun magnet utama telah dijauhkan.
 Membuat Magnet dengan Cara Dialiri Arus Listrik
Untuk membuat magnet yang memanfaatkan arus listrik. Diperlukan sumber tegangan DC (baterai atau aki), kabel, dan batang besi atau baja. Jika sebatang baja atau besi dililit kawat yang dialiri arus listrik searah, baja atau besi tersebut akan menjadi magnet. Magnet yang dibuat dengan cara seperti itu disebut elektromagnet atau magnet listrik.

Berkaitan dengan pola garis gaya magnet dapat dinyatakan sebasai berikut.
1. Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.
2. Garis-garis gaya magnet didefinisikan keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
3. Medan magnet kuat ditunjukkan oleh raris-garis gaya rapat dan medan magnet lemah ditun.jukkan oleh garis-garis gara renggang.

Kemagnetan Bumi
Jika magnet batang dapat bergerak bebas, magnet tersebut cenderung menunjukkan arah utara-selatan. Ujung magnet yang menunjuk ke arah utara disebut kutub utara magnet (U) dan ujung magnet yang menunjuk ke arah selatan disebut kutub selatan magnet (S). Hal itu menunjukkan bahwa ada medan magnet luar yang mempengaruhi jarum kompas. Medan magnet luar tersebut tidak lain adalah medan magnet yang berasal dari bumi. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa bumi mempunyai sifat magnet dengan kutub utara bumi merupakan kutub selatan magnet dan kutub selatan bumi merupakan kutub utara magnet. Karena bentuk bumi bulat, sumbu bumi dapat kita anggap sebagai magnet batang yang besar. Sampai sekarang, tidak ada seorang pun yang tahu mengapa bumi bersifat magnet. Kenyataannya, arah yang ditunjuk oleh jarum kompas tidak tepat arah utara-selatan. Akan tetapi, jarum kompas tersebut agak menyimpang dari arah utara-selatan. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara magnet jarum kompas dengan arah utara bumi disebut deklinasi.
Seiain membentuk sudut dengan arah utara-selatan bumi, jarum kompas juga membentuk sudut dengan garis horizontal. Artinya, jarum kompas tidak sejajar dengan bidang datar di bawahnya. Hal ini menunjukkan bahwa garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi. Sudut kemiringan yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap garis horizontal disebut inklinasi. Besar inklinasi di setiap tempat tidak sama.
Medan Magnet Di Sekitar Arus Listrik
Selama abad ke- 18, para peneliti sudah mengenal magnet dan listrik. Namun, keduanya dianggap berbeda. Hingga pada tahun 1820, secara tidak sengaja Hans Christian Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus terdapat medan magnet. Medan magnet di sekitar penghantar berarus listrik disebut Induksi Magnetik. Pada awalnya dia heran ketika melihat jarum kompas selalu menyimpang jika didekatkan ke kawat berarus listrik. Peristiwa itulah yang mendorong Oersted untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang hubungan antara arus listrik dan medan magnet.
Medan Magnet dalam Kumparan
Pada saat mempelajari elektromagnet (magnet listrik), kita menggunakan kumparan. Kumparan merupakan gulungan kawat penghantar yang terdiri atas beberapa lilitan. Kumparan seperti itu juga disebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan berarus jauh lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah kawat penghantar. Sebabnya ialah medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuah lilitan pada kumparan diperkuat oleh lilitan yang lain.
Jika kita memasukkan inti besi lunak dalam kumparan berarus listrik, kemudian pada salah satu ujungnya kita sentuhkan beberapa paku kecil, paku-paku tersebut dapat menempel pada ujung inti besi. Menempelnya paku pada ujung inti besi akan makin kuat jika kuat arus yang mengalir melalui kumparan diperbesar. Hal itu menunjukkan bahwa inti besi bersifat magnet. Meskipun tidak disisipi inti besi. Kumparan sebenarnya juga sudah bersifat magnet jika dialiri arus listrik. Namun, sifat kemagnetannya lemah. Jadi. adanya inti besi dalam kumparan memperkuat sifat magnet elektromagnet. Selain dipengaruhi kuat arus listrik. kemagnetan elektromagnet juga dipengaruhi oleh jumlah lilitan kumparan. Makin banyak lilitan, makin kuat kemagnetannya.  

MATERI HUKUM-HUKUM KEMAGNETAN

hukum hukum kemagnetan

Bunyi-Bunyi Hukum Listrik dan Magnet

.      1.    BUNYI HUKUM COULOMB

“gaya yang dilakukan oleh suatu muatan pada titik lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatantesebut. Besarnya gaya berbanding terbalik kuadrat jaarak keduanya, berbanding lurus dengan perkalian kedua muatan”.

2.  2.     BUNYI HUKUM GAUSS

“jumlah garis-garis medan listrik (fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara ”.

3.    3.   BUNYI HUKUM OHM

“Besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya”. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya.

4.   4.    BUNYI HUKUM KIRCHOFF

a.      Hukum Kirchoff I

“jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.

b.    5.   Hukum Kirchoff II

“dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial adalah nol”.

5.    6. BUNYI HUKUM BIOT dan SAVART

“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suattu penghantar yang berada diantara medan magnetik”.

6.   7.    BUNYI HUKUM AMPERE

“Intergral garis induksi magnetik B melalui lintasan tertutup sama dengan  kali jumlah yang terlingkupi oleh lintasan itu”.

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.

7.     8.  BUNYI HUKUM FARADAY

“GGL induksi yang timbul antara ujung-ujung loop suatu penghantar berbanding lurus denngan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.


Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.

8.    9.   BUNYI HUKUM LENZ

“Arah arus induksi pada suatu rangkaian adalah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik ( arus induksi berusaha mempertahankan agar fluks magnetik total adalah konstan )”.

Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.


Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.

Konversi Energi Elektromekanik

Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:

“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”

Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:

“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”

Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:


Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.

Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).

Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.

Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.

Fluksi Medan Magnet

Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik.

Gambar 1. Belitan kawat berinti udara dan garis-garis gaya magnet.

Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik (Φ) diukur dalam Weber, disingkat Wb dan didefinisikan dengan:

”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”

Weber = Volt x detik

[Φ] = 1 Voltdetik = 1 Wb

Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul
medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan, seperti diperlihatkan pada gambar 2.

Gambar 2. Daerah Pengaruh medan magnet.

Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir. Gaya gerak magnetik (θ) sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit.

θ = I . N

[θ] = Amper-turn

dimana;

θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N = Jumlah belitan kawat

Contoh : Belitan kawat sebanyak 500 lilit, dialiri arus 2 A.
Hitunglah a) gaya gerak magnetiknya b) jika kasus a) dipakai 1000 lilit berapa besarnya arus ?
Jawaban :
a) θ = I . N = 500 lilit x 2 A = 1.000 Ampere-lilit
b) I = θ /N = 1.000 Amper-lilit/1000 lilit = 1 Ampere.


Kuat Medan Magnet

Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya. Belitan toroida yang besar memiliki diameter lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet (Θ = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas.

Persamaan kuat medan magnet adalah:



Dimana:
H = Kuat medan magnet
lm = Panjang lintasan
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N= Jumlah belitan kawat

Contoh : Kumparan toroida dengan 6.000 belitan kawat, panjang lintasan magnet 30cm, arus yang mengalir sebesar 200 mA. Hitung besarnya kuat medan magnetiknya
Jawaban :
H = I.N/Im = 0,2 A. 6.000 / 0,3 = 4000 A/m

Kerapatan Fluksi Magnet

Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluksi magnet”, artinya fluksi magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah, sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluksi magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi.

Kerapatan fluksi magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai:

“fluksi persatuan luas penampang”

Satuan fluksi magnet adalah Tesla. Persamaan fluksi magnet adalah:



Dimana;
B = Kerapatan medan magnet
Φ = Fluksi magnet
A = Penampang inti

Contoh : Belitan kawat bentuk inti persegi 50mm x 30 mm, menghasilkan kerapatan fluksi magnet sebesar 0,8 Tesla. Hitung besar fluksi magnetnya.

Jawaban: B = Φ/ A, maka Φ = B.A = 0,08T x (0,05 m x 0,03 m) = 1,2 mWb

RANGKAIAN MAGNET (bag.2)

Permeabilitas Magnet

Daya hantar atau permeabilitas magnet μ merupakan parameter bahan yang menentukan besarnya fluks magnetik. 

Permeabilitas ruang kosong μ_o  telah terpilih sebagai konstanta referensi.

μ_o = 1,256 . 10^-6  [Weber/ampere x meter]  (Wb/Am  atau  H/m)

Dalam sistem satuan elektromagnet yang lama μ_o bernilai

μ_o = 1,256  [Gauss x sentimeter/ampere]  (G•cm/A)

Permeabilitas μ dari setiap bahan yang lain dinyatakan sebagai kelipatan μ_{o .}

Pengganda dinamakan permeabilitas relatif  μ_r, sehingga 

          μ = μ_o • μ_r

 

Untuk kebanyakan bahan μ_r, harganya mendekati satu, hingga permeabilitasnya praktis sama dengan μ_o .

Pengecualian terhadap keadaan ini ialah bahan feromagnetik; permeabilitas relatif μ_r jenis bahan tersebut jauh lebih besar daripada satu.

Bahan-bahan feromagnetik adalah

          Kobalt                                                μ_r       sampai                            70

          Nikel                                        μ_r       sampai                            200

          Besi dan besi paduan                 μ_r`      sampai                            100.000

Disebabkan oleh nilai permeabilitasnya yang tinggi, bahan feromagnetik dipergunakan untuk rangkaian magnet, umpamanya untuk magnet listrik (elektromagnet) dalam mesin listrik dan transformator.

Rangkaian Magnet

Jejak tertutup arus listrik dinamakan “ Rangkaian Listrik “  (Gambar 16)

Sehubungan dengan itu jejak tertutup untuk fluks magnetik 

dinamakan “ Rangkaian Magnet “  (Gambar 17)

 

Parameter-parameter berikut ini adalah ekuivalen (setara):

Tahanan Ohm R                                                      Reluktansi magnet  R_M

Arua Listrik I                                                       Fluks Magnetik Φ

Gaya Gerak Listrik  atau                                        Gaya Gerak Magnetis atau

GGL E yang menggerakkan                                      GGM θ yang menimbulkan

arus melalui rangkaian                                            fluks magnetik

Perbandingan Rangkaian Magnet dan Rangkaian Listrik

Kita telah melihat bahwa “rangkaian listrik” dan “rangkaian magnet” adalah ekuivalen (setara). Oleh sebab itu hubungan matematika dalam kedua rangkaian harus serupa.

Marilah kita pergunakan diagram rangkaian yang sama untuk kedua rangkaian:

Rangkaian Listrik                                     Rangkaian Magnet

GGL E menggerakkan arus I                          GGM θ menghasilkan fluks magnetik

melalui tahanan Ohm R.                                 melalui reluktansi magnet R_M.

Kita memiliki Hukum Ohm untuk                    Kita memiliki Hukum Ohm untuk

Rangkaian Listrik:                                        Rangkaian Magnet: