Pengertian Transformator (Trafo) dan Prinsip kerjanya – Hampir setiap rumah di Kota maupun Desa dialiri listrik yang berarus 220V di Indonesia. Dengan adanya arus 220V ini, kita dapat menikmati serunya drama Televisi, terangnya Cahaya Lampu Pijar maupun Lampu Neon,  mengisi ulang handphone dan juga menggunakan peralatan dapur lainnya seperti Kulkas, Rice Cooker, Mesin Cuci dan Microwave Oven. Arus listrik 220V ini merupakan jenis arus bolak-balik (AC atau Alternating Current) yang berasal dari Perusahaan Listrik yaitu PLN. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh  PLN pada umumnya dapat mencapai puluhan hingga ratusan kilo Volt dan kemudian diturunkan menjadi 220V seperti yang kita gunakan sekarang dengan menggunakan sebuah alat yang dinamakan Transformator. Transformator disebut juga dengan Transformer.

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC.  Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt.

Berikut ini adalah gambar bentuk dan simbol Transformator :

Sebuah Transformator yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi yang dinamakan dengan Inti Besi (Core).  Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet) tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua (sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang rendah.

Sedangkan Inti besi pada Transformator atau Trafo pada umumnya adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang terisolasi dan ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya Fluks Magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk mengurangi suhu panas yang ditimbulkan.

Beberapa bentuk lempengan besi yang membentuk Inti Transformator tersebut diantaranya seperti :

Dibawah ini adalah Fluks pada Transformator :

Rasio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai contoh, 1 lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan sekunder akan menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input pada kumparan primer. Jenis Transformator ini biasanya disebut dengan Transformator Step Up. Sebaliknya, jika terdapat 10 lilitan pada kumparan primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang dihasilkan oleh Kumparan Sekunder adalah 1/10 dari tegangan input pada Kumparan Primer. Transformator jenis ini disebut dengan Transformator Step Down.

Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-transformator-prinsip-kerja-trafo/

Induksi elektromagnetik adalah terjadinya perubahan jumlah garis gaya magnet atau perubahan kekuatan medan magnet dalam kumparan. Perubahan medan magnet dalam kumparan menimbulkan GGL pada ujung-ujung kumparan. GGL hasil induksi elektromagnet disebut GGL induksi.

1. Kutub magnet bergerak masuk-keluar (mendekat-menjauh) terhadap kumparan, jumlah garis gaya yang memotong kumparan berubah-ubah. Perubahan jumlah garis gaya magnet menyebabkan beda tegangan pada ujung-ujung kumparan sehingga jarum galvanometer bergerak ke kiri dan ke kanan.Induksi elektromagnet juga dapat terjadi ketika magnet berputar di dekat kumparan atau kumparan berputar di dekat magnet. Contohnya: generator.

2. Arus listrik searah disambung-putus dengan cepat pada kumparan primer didekat kumparan sekunder. Sesaat ketika saklar ditutup, arus listrik menyebabkan timbulnya medan magnet sesaat sehingga perubahan medan magnet yang sesaat tersebut menyebabkan terjadinya GGL pada kumparan sekunder. Namun ketika arus listrik mengalir, medan magnet sudah stabil (tetap) sehingga pada kumparan sekunder tidak timbul GGL dan jarum kembali ke nol dan diam. Sesaat ketika saklar dibuka terjadi perubahan medan magnet pada kumparan primer yang menyebabkan timbulnya GGL pada kumparan primer, dan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang sesaat, tetapi arahnya berlawanan dengan simpangan jarum ketika saklar ditutup. Contoh alat yang bekerja dengan sistem ini adalah induktor Rumkorff. Alat ini digunakan pada alat pengapian mobil atau sepeda motor. Pada induktor Rumkorff, arus listrik disambung-putus dengan sangat cepat.

3. Arus listrik bolak-balik dialirkan pada kumparan primer sehingga pada kumparan primer terjadi perubahan medan magnet secara terus-menerus. Kumparan sekunder yang dililitkan pada inti yang sama dengan kumparan primer mengalami perubahan medan magnet atau garis gaya magnet, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul GGL. Contoh alat yang bekerja dengan sistem ini adalah transformator (trafo).

1. Jumlah lilitan kawat. Makin banyak jumlah lilitan kawat, makin besar GGL induksi pada ujung-ujung kumparan.

2. Kecepatan gerak magnet (kecepatan putaran magnet). Makin cepat gerak magnet atau putaran magnet, makin besar GGL indukgi pada ujung-ujung kumparan kawat. Ini Sama artinya dengan selang waktu pembahan garis gaya magnet makin singkat.

3. Kekuatan medan magnet. Makin kuat medan magnet (gaya tarik magnet), makin besar GGL yang timbul pada ujung-ujung kumparan kawat.

Transformator (trafo) adalah alat yang berfungsi untuk mengubah tegangan dan arus listrik bolak-balik. Trafo terdiri dari dua kumparan yang dililitkan pada inti besi. Kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan dinamakan kumparan primer dan kumparan yang menghasilkan GGL baru dinamakan kumparan sekunder. Tegangan yang diberikan pada kumparan primer disebut tegangan primer dan tegangan yang dihasilkan kumparan sekunder disebut tegangan sekunder. Arus listrik yang mengalir pada kumparan primer disebut arus primer dan arus yang mengalir pada kumparan sekunder disebut arus sekunder.

Trafo yang digunakan untuk menaikkan tegangan dinamakan step up transformator (trafo step up) dan trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan dinamakan step down transformator (trafo step down). Prinsip trafo pada trafo berlaku ketentuan dalam bentuk persamaan seperi berikut.

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.  

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. Setiap benda magnetik pada dasarnya terdiri magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Cobalah mengingat kembali teori partikel zat di kelas VII. rinsip membuat magnet adalah mengubah susunan magnet elementer yang tidak beraturan menjadi searah dan teratur. Ada tiga cara membuat magnet, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.

1.  Membuat Magnet dengan Cara Menggosok

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.

Latihan !

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   gosokan kaca tidak dapat menjadi magnet?

3.   Mengapa  magnet  yang  dibakar  akan hilang sifat kemagnetannya?

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.

Tujuan: Mengetahui interaksi antarkutub

Alat dan Bahan:

- Magnet batang alnico

- Benang

- Spidol

- Statif

- benang

- magnet

- magnet kertas

Cara Kerja:

2.  Setelah dalam keadaan seimbang, dekati kutub magnet dengan 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 berinteraksi?

3.  Nyatakan kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu.

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 disebut  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 berdekatan?

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.

Latihan !!!

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  magnet?

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. Magnet 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. 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  geografis. Adakah pengaruh penyimpangan magnet bumi terhadap jarum 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). Sudut  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.

MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS LISTRIK

Tujuan belajarmu adalah dapat:

menjelaskan sifat medan magnet di sekitar kawat berarus listrik.

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  disebutkai- dah telapak tangan kanan.

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.

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 diterangkan 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 timbul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikian disebut kaidah tangan kanan menggenggam. Tugas Individu !

Rancanglah suatu kegiatan untuk membuktikan adanya medan magnet  di  sekitar  penghantar  berarus  listrik.  Peralatan  yang  tersedia antara lain serbuk besi, penghantar, kertas, dan baterai. Gambarlah sketsa model kegiatanmu.

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.

Latihan !

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

ELEKTROMAGNET

Tujuan belajarmu adalah dapat:

menjelaskan  cara  kerja elektromagnet dan penerapannya dalam bebera- pa teknologi.

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  dihasilkan 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 mengalir, 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  elektromagnet. Jadi kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung   besar kuat  arus  yang  mengalir,  jumlah  lilitan,  dan  besar  inti  besi  yang digunakan.

Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektromagnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

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 dengan  cara  memutus  dan  menghubungkan  arus  listrik  meng- gunakan sakelar.

c .   Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki.

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

Kekuatan elektromagnet akan bertambah, jika:

a.  arus yang melalui kumparan bertambah,

b.  jumlah  lilitan  diperbanyak,

c.  memperbesar/memperpanjang inti besi.

Latihan

1.   Apakah yang dimaksud elektromagnet?

2.   Sebutkan tiga cara memperbesar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet.

2.   Kegunaan  Elektromagnet

Beberapa  peralatan  sehari-hari  yang  menggunakan  elektromagnet antara lain seperti berikut.

a.   Bel  listrik

Bel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap solenoida  dililitkan  pada  arah  yang  berlawanan  (perhatikan  Gambar11.21). 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 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.

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.

Latihan

1.   Mengapa menambah jumlah lilitan dapat menghasilkan kemagnetan yang lebih besar?

2.   Bagaimana  cara  penentuan  elektromagnet?

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 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: F = B . I . l

F = gaya Lorentz satuan newton (N)

B = kuat medan magnet satuan tesla (T).

l = panjang kawat satuan meter (m)

I = 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:   l = 2 m

                 B = 20 T

                  I = 400 mA = 0,4 A

Ditanya:   F = ... ?

Jawab:    F = B x I x l

                  = 20 x 0,4 x 2

                  = 16 N

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 membentuk sudut 90 derajat  (saling tegak lurus). Jika ibu jari menunjukan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (B) maka arah gaya Lorentz searah jari tengah (F). Dalam bentuk tiga dimensi, arah yang tegak lurus mendekati pembaca diberi simbol. Adapun arah yang tegak lurus menjauhi pembaca diberi simbol.

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.

Latihan !

1. Sebutkan  tiga  cara  memperbesar  gaya Lorentz  yang  ditimbulkan kawat  berarus dalam medan magnet !

Istilah - istilah penting

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

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?