Kegiatan Belajar 2 LISTRIK DAN MAGNET
A. Pendahuluan Pendahuluan Pada Kegiatan Belajar (KB) 2 ini Anda akan diajak mempelajari dua sub kegiatan belajar (SKB) yaitu : SKB 1 : Listrik, dan SKB 2 : Magnet
Secara garis besar pokok-pokok belajar pada Kegiatan Belajar 2 ini adalah seperti pada Tabel 1.1. Listrik
Magnet
1. Pengertian listrik
1. Pengertian magnet
2. Perbedaaan elektrostatika dan
2. Sifat-sifat magnet
elektrodinamika 3. Contoh peristiwa elektrostatika dan elektrodinamika dalam kehidupan sehari-hari 4. Hubungan antara tegangan, arus listrik dan hambatan 5. Jenis rangkaian listrik: rangkaian listrik seri, dan paralel 6. Manfaat listrik dalam kehidupan sehari-hari.
3. Benda magnetik dan nonmagnetik 4. Jenis magnet, bentuk magnet, bahan magnet, kutub magnet, garis gaya dan kuat medan magnet 5. Cara membuat magnet (menggosok, induksi dan elektromagnetik) 6. Manfaat magnet dalam kehidupan sehari-hari.
Tujuan belajar pada KB 2 adalah agar Anda memahami konsep-konsep penting yang menyertai dari kedua konsep tersebut. Secara khusus tujuan pembelajaran pada KB 2 ini adalah : 1. Menjelaskan pengertian listrik
2. Memahami perbedaaan elektrostatika dan elektrodinamika 3. Mengidentifikasi peristiwa elektrostatika dan elektrodinamika elektrodinamika dalam kehidupan sehari-hari 4. Memahami hubungan antara tegangan, arus listrik dan hambatan 5. Membedakan rangkaian listrik seri, dan paralel 6. Menganalisis manfaat listrik dalam kehidupan sehari-hari. 7. Menjelaksan pengertian magnet 8. Membedakan sifat-sifat magnet 9. Menganalisis perbedaan benda magnetik dan nonmagnetik 10. Memahami jenis magnet, bentuk magnet, bahan magnet, kutub magnet, garis gaya dan kuat medan magnet 11. Memahami cara-cara membuat magnet 12. Memahami manfaat magnet dalam kehidupan sehari-hari.
Pada KB 2 ini, ada beberapa petunjuk belajar yang mesti Anda perhatikan, agar tujuan pembelajaran dapat tercapai secara optimal: 1. Perluas pengetahuan dan wawasan Anda dengan banyak membaca dan mempelajari sumber bacaan dari berbagai literatur (jurnal, surat kabar, majalah) ataupun sumber-sumber lain yang relevan. 2. Mantapkan pemahaman Anda dengan mengerjakan tugas-tugas dan soal-soal yang tersedia pada setiap SKB. Dalami pula video-video terkait dalam link-link yang tersedia, maupun melalui kegiatan diskusi dengan mahasiswa dan ataupun teman sejawat. Hal ini berguna untuk membantu pemahaman Anda secara mendalam.
SELAMAT BELAJAR
Sub Kegiatan Belajar 1 LISTRIK
Pengantar Mengawali pembelajaran SKB 1 pada KB 2 ini, seperti biasa kita lakukan curah gagasan terlebih dahulu sebelum melanjutkan ke konten materi yang lebih jauh.
Listrik? Asingkah mendengar istilah ini? Seberapa sering Anda mendengar kata Listrik dalam kehidupan sehari-hari?. Pernakah Anda mendengar istilah listrik minimalnya setiap bulan saat tagihan listrik atau saat isi ulang listrik prabayar?, atau mungkin lebih dari itu? Anda sudah mempelajari secara mendalam materi tentang listrik, sehingga Anda sudah memahami konsep listrik, dari mulai gejalagelaja kelistrikan, sampai kepada jenis-jenis rangkaian-rangkaian listrik bahkan komponen-komponen komponen-komponen yang terlibat dalam listrik?. Apakah begitu? Jika tidak, mari kita lanjutkan kajiannya.
Kita lanjutkan diskusinya. Adakah diantara Anda yang memanfaatkan listrik dalam aktivitas sehari-harinya, jika Iya, cobalah Anda analisa, aktivitas apa saja dalam kehidupan Anda, yang dalam kegiatannya memanfaatkan energi listrik? tuliskan hasilnya pada Tabel 1.2. Tabel 1.2. Tabel analisa pemanfaatan listrik No
Nama Aktivitas
Memanfaatkan energi listrik Ya (√)
Tidak (√)
lamanya penggunaan listrik dalam satu hari (jam)
1
....
....
....
....
2
....
....
....
....
3
....
....
....
....
4
....
....
....
....
5
....
....
....
....
6
....
....
....
....
7
....
....
....
....
8
....
....
....
....
Jika kita coba analisa kegiatan-kegiatan Anda di atas, dapatkah Anda hidup tanpa listrik? Era dimana semua aktivitas tidak lepas dari penggunaan listrik. Oleh karenanya kajian litrik ini menjadi penting dipelajari oleh Anda pendidik, agar manfaat listrik yang sudah kira rasakan ini, akan terus berlanjut sampai anak cucu keturunan kita dimasa mendatang. Mempelajari materi listrik bukan saja mempelajari konten listrik semata dan manfaat-manfaatnya, tetapi penting juga mempelajari bagaimana caranya menumbuhkan kesadaran diri untuk ikut serta merawat, menjaga dan membuat inovasi-inovasi untuk mempertahankan keberlangsungan listrik sepanjang masa. Dan yang tak kalah penting adalah bagaimana caranya lewat belajar listrik semakin tumbuh rasa keimanan dan rasa syukur terhadap Tuhan Yang Maha Esa, Tuhan Yang Maha Kuasa, yang sudah mengkaruniahkan nikmat energi yang berlimpah kepada kita sampai saat ini.
Baik, sebelum kita bahas lebih jauh, kita akan kenalkan beberapa istilah. Kelistrikan dalam fisika dipelajari secara khusus dalam cabang fisika khusus, yaitu
elektrostatika
elektrodinamika
berkenaan dengan muatan listrik yang diam, dan
tentang muatan listrik yang bergerak.
Ingat selalu, pastikan berdo’a sebelum belajar. Let’s Pray!! a.
Elektrostatika
1) Teori Dasar Benda Bermuatan Listrik (Gejala kelistrikan) Pernakah Anda mendengar istilah elektrostatikatika sebelumnya? Memahami elektrostatikatika ini sebaiknya kita awali dari peristiwa-peristiwa yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Pertama; pernakah Anda waktu kecil Anda melakukan kegiatan menggosok-gosokan sisir atau penggaris plastik ke rambut sendiri atau rambut temanmu? kemudian penggaris plastik tadi didekatkan pada potongan-potongan kertas yang sudah disobek kecil-kecil?, Apa yang terjadi? rambut dan potongan kertas tadi menempel (mendekati) pada penggaris bukan?. Jika Anda belum pernah melakukan percobaan tadi, lakukanlah percobaan tadi dan amati apa yang terjadi pada rambut dan potongan kertasnya?.
Peristiwa lain yang menggambarkan elektrostatika juga bisa kita jumpai saat sebuah balon digosokkan ke rambut, dan kemudian balon yang sudah digosok tadi didekatkan ke dinding, apa yang terjadi? balon tadi dalam beberapa saat menempel ke dinding bukan? Jika Anda belum melakukannya lagi, maka cobalah agar pemahaman tentang peristiwa elektrostastis dapat Anda pamahi secara lebih dalam. Hal lain yang bisa kita cermati tentang peristiwa elektrostatika dalam kehidupan sehari-kita adalah peristiwa menempelnya debu pada TV, peristiwa tertariknya rambut tangan kita saat didekatkan ke TV yang baru saja dimatikan, atau peritiwa penggaris plastik yang digosokkan dengan kain wol, kaca dengan kain sutra dan peristiwa-peristiwa lainnya.
Pertanyaan dasarnya adalah mengapa hal tersebut dapat terjadi, mengapa benda-benda tadi (penggaris, kain, kaca dsb) yang awalnya tidak bermuatan menjadi benda yang bermuatan listrik? Kapan kita mengetahui suatu benda memiliki muatan listrik?
Seperti kita ketahui, berbicara tentang muatan listrik identik dengan soal listrik, begitu sebaliknya membicarakan soal listrik, pasti didalamnya berbicara pula tentang muatan-muatan listrik. Di alam semesta ini muatan listrik tergelar dan melekat pada setiap benda, ada benda netral ada pula benda yang memiliki muatan negatif dan positif. Alam semesta ini terdirindarinmolekul-molekul sedangkan molekulnsuatunbenda terdiri darinsatu atom ataunbeberapa atom. Atom dari suatunbenda terdirindari intin(proton) yang bermuatan positif, elektron yang bermuatan negatif, neutron yang bermuatannnetral.
Sumber Gambar: https://scienceeducationweb.wordpress.com
Gambar 1.1 struktur muatan listrik pada atom netral
Lalu bagaimana benda-benda yang awalnya netral, kemudian memiliki muatan negatif atau positif. Pada dasarnya konsep benda bermuatan negatif dan benda bermuatan negatif itu didasarkan pada perbandingan dari jumlahnmuatanppositif dan jumlah muatan negatif ndalamnatomnpenyusunnbahanntersebut. Maksudnya jika perbandingan muatan positif dan muatan negatif sama, maka benda tersebut netral, dan jika perbandingan jumlah muatan negatif lebih banyak dari jumlah muatan positif maka benda bermuatan negatif, serta yang terakhir adalah jika perbandingan jumlah muatan negatif lebih sedikit dibandingkan jumlah muatan positif maka benda bermuatan positif. Sebagai ilustrasi seperti pada Tabel 1.3. Tabel 1.3. Benda bermuatan listrik Jenis muatan Atom Negatif
Positif
netral
e > p, atau p
e < p, atau p>e
e=p
Jika kita amati tabel di atas, benda bermuatan negatif jumlah muatan negatifnya lebih banyak dibandingkan dengan jumlah muatan positifnya, hal ini karena pada atom tersebut kedatangan muatan elektron dari atom lain, sehingga muatan elektron berlebih, begitu juga sebaliknya pada gambar di tengah tabel (muatan positif), mengapa jumlah elektronnya lebih sedikit, hal ini dikarenakan muatan elektron yang ada pada atom tersebut berpindah/mengalami loncatan ke atom lain, kondisi ini menyebabkan atom tersebut bermuatan positif. Penyebab berpindahnya elektron salah satunya adalah dengan proses menggosok.
Kondisi inilah yang mendasari konsep elektrostatika, dimana elektron mengalami perpindahan/mengalami loncatan elektron statis dari satu atom ke atom lain. Lalu kapan suatu benda memiliki muatan listrik? Secara teoritik dari berbagai literatur dikatakan saat benda mengalami kelebihan atau kekurangan elektron. Akan tetapi secara kasat mata kelebihan dan kekurangan elektron tersebut tidak nampak. Bermuatan atau tidak bermuatannya suatu benda dapat kita amati dari berbagai peristiwa-peristiwa yang sudah Anda cobakan di atas. Prinsipnya melihat reaksi benda-benda yang digosokkan tadi jika didekatkan akan saling tarik menarik atau tolak menolak.
Peristiwa elektrostatika pada skala yang lebih besar yaitu pada peristiwa petir. Petir terjadi diakibatkan adanya perpindahan atau loncatannmuatannlistrik statis di ionosfer.
b.
Sifat Muatan Listrik
Ada dua interaksi antara benda-benda yang bermuatan, yaitu: 1. Tarik-menarik Terjadi
saatnbendanbermuatan
tidak nsama (berlawanan), benda bermuatan positif dan negatif didekatkan, digosok Sumber gambar: https://fiawahyuningsih.wordpress.co m/
Gambar 1.2 Muatan saling tarik menarik
misalnya:
dengan
rambut,
sisir kaca
digosok dengannkainnsutra akan salingntarik nmenarik, karena sisir bermuatan
negatif,
kaca
bermuatan positif.
2. Tolak-menolak (repulsif) Kondisi dimana benda yang bermuatan sama (positif dengan positif ataupun negatif dengan negatif) didekatkan.
Misalnya: dua kaca yang didekatkan dengan kain sutera, karena keduanya positif maka akan saling tolak menolak. Alat untuk mendeteksi muatannlistrik adalah elektroskop.
Sumber gambar: https://fiawahyuningsih.wordpress.com/
Gambar 1.3 Benda bermuatan yang saling tolak menolak 2) Hukum Coulomb untuk Muatan Listrik Coulomb (1768) dalam percobaanya menemukan bahwa muatan-muatan listrik sejenis yang didekatkan terjadi gaya tarik-menarik dan muatan listrik
yang
berlainan jenis terjadi gaya saling menolak. Interaksi dua buah benda bermuatan yang didekatkan adalah gaya tolakan atau tarikan sesuai dengan muatan kedua benda.
(a) Gaya tarik menarik
(b) Gaya tolak-menolak
Gambar 1.4 Gaya tarikan/tolakan menurut Hukum Coulomb
Kondisi hukum di atas, nampak seperti hukum yang berlaku pada magnet, yang menyatakan jika kutub-kutub senama didekatkan maka akan tolak-menolak dan jika kutub-kutub tidak senama didekatkan maka akan tarik-menarik. Bunyi
hukum coulumb adalah “Besar gaya tolak-menolak atau tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan
listrik, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda
bermuatan” . Secara persamaan hukum coulomb dinyatakan dalam:
Fc=
dimana: k = 1/(4πε0) ≈ 9 x 109 N. m2 /C2 F = Gaya Coulomb (Newton)
Q2 = Muatan kedua (coulomb)
Q1 = Muatan pertama (coulomb)
r = jarak antar muatan (meter)
Aplikasi listrik statis dalam kehidupan sehari-hari, misalnya dipasangnya penangkal petir, prinsipnya bumi dijadikan penetralisir loncatan-loncatan elektron dari awan, sehingga muatan kembali netral. Aplikasi lain tentang listrik statis ini pun sering digunakan pada Generator Van de Graff: penghasil muatan dengan prinsip menggosok, digunakan untuk penelitian interaksi antar atom.
b. Elektrodinamika Elektrodinamika dalam bahasa lain dikenal dengan listrik dinamis. Listrik dinamis berkaitan denganndengan muatan listrik yang bergerak, mengalir dari satu tempat ke tempat lain. Aliran muatan listrik inilah yang disebut dengan arus listrik. Arah pergerakan arus listrik berlawanan dengan arah pergerakan elektron. Pergerakan arus listrik dari titik yang memiliki potensial tinggi (kutub positif) menuju titik yang memiliki potensial rendah (kutub negatif). Arah elektron dari kutub negatif ke kutub
positif Arag arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif
Gambar 1.5. Arah arus listrik dan elektron
Ketentuan arah arus ini hanyalah merupakan kebenaran yang bersifat konsensus (sebuah
kesepakatan).
Arus
listrik
sebenarnya
adalah
aliran
partikel
bermuatannnegatif (elektron bebas). elektron yang letaknya jauh dari inti menyebabkan gaya tariknya tidak terlalu kuat. Gaya yang tidak terlalu kuat inilah yang menyebabkan elektron bebas mengalir dalam medium kawat ketika ada perbedaannpotensial diantara dua titik pada kawat.
Penentuannarah arus ini didasarkannpada kesepakatan historis, karena mulamula dianggap bahwa adanya arus listrik pada logam itu, disebabkannoleh gerakan
muatannpositif,
sedangkannyang
sebenarnya
yanggbergerak
adalahnelektron. Arus listrik mengalir pada dasarnya disebabkan oleh dua faktor yaitu pertama karena adanya sumber tegangan yang dipasang pada rangkaian tertutup. Kedua karena bahan yang menjadi medium perambatan arus listriknya adalah merupakan bahan-bahan pilihan, bahan dimana ia mampu dengan mudah menghantarkan/mengalirkan arus listrik yang melewatinya. Bahan-bahan ini sering dikenal dengan sebutan Konduktor.
Banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam tiap satuan waktu disebut dengan Kuat arus listrik. Secara matematis kuat arus listrik dinyatakan dalam persamaan: Keterangan:
I=
I = Kuat arus listrik (ampere) atau Coulomb per detik Q = Muatan listrik (coulomb) t = waktu (sekon)
Seperti kita ketahui pada penjelasan sebelumnya, arus listrik akan mengalir dengan sangat mudah jika salah satu syaratnya yaitu bahan pengantarnya baik. Bahan-bahan ini jika diklasifikasikan berdasarkan kemampuan menghantarkan listriknya dibedakan menjadi 3, yaitu: 1. Konduktor; bahan yang mampunmenghantarkannarus listrik dengan sangatnbaik, misalnya: tembaga, besi, alumunium.
2. Semi konduktor, bahannyang mampu menghantarkannarus listrik akan tetapi kualitasnya tidak sebaik bahan konduktor, tetapi ia lebih baik dari bahan isolator, misalnya: germanium, silikon murni; dan 3. Isolator; merupakannbahan yang sukar menghantarkannarus listrik, misalnyankaret, plastik, kayu.
2) Beberapa Konsep Dasar Listrik Dinamis a) Hukum Ohm Seperti kita ketahui pada penjelasan sebelumnya, bahwa kualitas bahan penghantar mempengaruhi mudah/sukarnya arus lintrik mengalir pada suatu rangkaian. Semakin baik bahan akan baik pula arus listrik mengalir dan sebaliknya. Baik tidaknya bahan ini tergantung dari hambatan yang dimilikinya masing-masing,
karena
pada
dasarnya
di
alam
ini
tidak
adaabahan
isolatorrmaupun bahannkonduktorryang sempurna, yaitu suatu bahan yang sama sekali tidak ndapatnmengantarkan arus listrik, maupun suatu bahan yang tanpa mempunyai hambatan.
Selain besar kecilnya hambatan yang melekat pada bahan, arus listrik juga mengalir karena adanya perbedaan beda potensial, dari satu titik ke titik yang lain, dari beda potensial tinggi ke potensial rendah.
hubungan perbedaan
potensial dan kuat arus listrik pertama kali diselidiki oleh George Simon Ohm (1787 – 1854). Hasil penelitiannya menemukan bahwa kuat arus listrik berbanding lurus dengan perbedaan potensial, semakin besar beda potensial semakin besar arus listrik yang mengalir, sebaliknya semakin kecil beda potensial semakin kecil arus listrik yang mengalir, perbandingan Potensial listrik dengan
kuat arus disebut dengan hambatan listrik. secara matematis dapat ditulis R= ,
dimana I adalah kuat arus satuannya Ampere, V adalah beda potensial satuannya Volt dan R adalah hambatan satuannnya Volt per Ampere atau ohm.
Ketiga hubungan ini dikenal dengan “hukum Ohm”.
Bunyi Hukum Ohm “Kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar, berbanding lurus dengannbeda potensial antar kedua ujung penghantar tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatannya”. Secara matematis ditulis: V=I.R
I = kuat arus (Ampere) V = beda potensial (Volt) R = hambatan (Volt/Ampere atau ohm)
Berdasarkan hukum di atas satuan hambatan dinyatakan dalam Volt/ampere. Hal ini menunjukkan bahwa hambatan dari konduktor bernilai 1 ohm jika beda potensial antara kedua ujung konduktornya adalah 1 volt dan arus yang dihasilkan
sama
dengan
1
ampere.
Hambatan
listrik
diukur
dengan
menggunakan alat bernama ohmmeter. Ohmmeter biasanya digabungkan dengantalat untuk mengukur arus listrik dan tegangan listrik. Gabungan alat tersebut dinamakan multitester.
Pada dasarnya nilai hambatan suatu kawat penghantar tergantung pada beberapa faktor antara lain hambatan jenis penghantar (=rho), panjang penghantar (l), dan luas penampang penghantar (A). Ketiga besaran tersebut jika dihubungkan dan digunakan untuk menghitung hambatan penghantar berlaku persamaan : R=
,
atau rho adalah sifat intrinsik dari bahannkonduktor yang disebut dengan resistivitas atau hambatann jenis. Hambatan jenis ini tergantung pada struktur elektronik
dari
bahan
dan
temperatur.
Konduktornlistrik
yang
baik
akannmempunyai hambatan jenis yang sangatnkecil dan bahan isolatornyang baik akan mempunyai hambatan jenis yang sangat besar. Satuan hambatan jenis dalam sistem satuan SI dinyatakan dengan ohm meter. Tabel 1.4 menunjukkan harga hambatan jenis dari suatu bahan.
Tabel. 1.4. Harga hambatan jenis bahan Bahan
(hambatan jenis)
(ohm. meter) a. Konduktor Alumunium
2,65 x 10-8
Tembaga
1,68 x 10-8
Besi
9,71 x 10-8
Perak
1,59 x 10-8
Emas
2,44 x 10-8
Platina
10,6 x 10-8
Raksa
98 x 10-8
nikrom
100 x 10-8
b. Semi Konduktor Karbon
(3-60) x 10-5
Germanium
(1-100) x 10-3
Silikon
(0,1-60)
c. Isolator kayu
108-1014
Kaca
109-1012
Karet Padatan
1013-1015
b) Rangkaian Hambatan pada Rangkaian Listrik. Secara umum rangkaian dalam sebuah alat listrik terdapat banyak jenis komponen yang terangkai secara secara sederhana maupun kompleks. Akan tetapi agar lebih mudah mempelajarinya biasanya jenis rangkaian dikelompokkan dalam dua rangkaian yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Beberapa resistor
dirangkai
untuk
tujuan
tertentu
seperti
untuk
membagi
arus
(memperkecil arus) ataupun membagi tegangan.
2) Rangkaian Listrik a) Hukum Kirchoff 1. Hukum I Kirchoff (Hukum Persambungan atau hukum kekekalan muatan)
Hukum I Kirchoff berkaitan dengan arus listrik yang mengalir dalam suatu
rangkaian. Hukum ini berbunyi ” pada suatu titik cabang jumlah kuat arus yang masuk pada titik percabangan (arus masuk) sama dengan kuat arus yang meninggalkan percabangan (arus keluar). Secara matematis :
Arus pada satu titik percabangan sama dengan 0 (nol) ; i2 + i4 - i1 – i3 = 0;
atau Arus yang masuk percabangan = Arus yang keluar percabangan I masuk = I keluar
i2 + i4 = i1 + i3 b) jenis rangkaian listrik 1. Rangkaian Seri Rangkaian seri adalah merupakan rangkaian yang tidak memiliki percabangan, dengan kata lain rangkaian yang hanya memiliki satu jalan untuk tempat mengalirnya arus listrik. Apa yang ada dalam benak Anda, seandainya jalan itu putus, apakah ada jalan lain untuk tempat mengalirnya arus listrik? tentu tidak ada bukan. Inilah salah satu karakteristik dengan rangkaian listrik yang disusun seri. A
B
Gambar 1.6. Rangkaian Seri Hambatan Listrik
Jika Anda perhatikan gambar 1.6. Arus listrik dari baterai mengalir hanya pada satu jalan, yaitu arus mengalir ke lampu A, kemudiannke lampu B, dannkembali laginke baterai. Lampu dalam konsep ini diposisikan sebagai hambatan. Hambatan pengganti dari beberapa penghambat yang disusun secara seri adalah jumlah dari masing-masing hambatan. Hambatan pengganti atau hambatan subsitusi (Rs) ini adalah hambatan jika terdapat beberapa penghambat dalam suatu rangkaian, misalnya R 1, R 2, dan R 3, R 4, R 5 dan dirangkai secara seri.
R s Skema rangkaian seri dengan 5 buah lampu atau hambatan, maka dapat ditulis: Rs = R 1 + R 2 + R 3 + …… Rn.
Pada rangkaian seri hambatan listrik (lampu) berlaku: 1. Hambatan pengganti pada rangkaian sama dengan jumlah semua hambatan pada rangkaian. Artinya semakin banyak lampu semakin besar hambatan. Misalnya jika kita memiliki 5 lampu, maka hambatan pada rangakaian itu adalah jumlah dari kelima hambatan dari masing-masing lampu tersebut. (Rs = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + R 5). 2. Kuat arus pada setiap hambatan (kuat arus pada masing-masing lampu) sama dengan kuat arus hambatan pengganti. Misalnya jika Anda memiliki lima (5) lampu dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan sumber arus, maka kelima lampu tersebut akan dialiri arus yang sama besar. (I = I1 = I2 = I3 = I4 = I5).
3. Jumlah tegangan semua hambatan dari masing-masing lampu bernilai sama dengan nilai tegangan pengganti. (V = V1+ V2 + V3 + V4 + V5). 4. Jika salah satu bagian dari rangkaian seri tidak terhubung atau putus, maka aliran arus akan terhenti juga. Misalnya dari lima lampu, ada satu
lampu yang terputus (padam), maka keempat lampu akan ikut padam juga, karena tidak teraliri arus listrik. 5. Semakinnbanyak lampu yang dipasanggsecara seri, maka semakinnredup nyala lampunyanggdihasilkan.
2. Rangkaian Paralel. Jika pada rangkain seri hanya ada satu jalan untuk aliran arus listrik, maka pada rangkaian paralel ini arus listrik memiliki banyak jalan (memiliki lebih dari satu titik percabangan arus). R1
R2
+
-
Gambar 1.7. Rangakaian pararel hambatan listrik
Pada rangkaian pararel hambatan listrik berlaku: 1. Kuat arus yang melalui hambatan pengganti sama dengan penjumlahan kuat arus yang melalui tiap-tiap hambatan/lampu. Is = I1 + I2+... 2. Tegangan pada hambatan pengganti bernilai sama besar dengan tegangan pada tiap hambatan. Vs = V1 = V2 = Dst.... 3. Hambatan pengganti pada rangkaian pararel dirumuskan:
4. Masing-masing cabang pada rangkaiannparalel adalah rangkaian yang berdiri sendiri. 5. Jika salah satu cabangntahanan paralel putus, arus listrik yang terputus hanya pada rangkaian tahanan tersebut saja. Rangkaian cabang yang lain tetap teraliri arus, artinya tetap menyala walaupun ada satu lampu atau cabang tahanan yang putus. 6. Nyala Lampu yang dihasilkan lebih terang dibandingkan lampu yang dipasang secara seri.
c) Energi listrik dan Daya Listrik pada rangkaian. Energi listrik merupakan energi yang dihasilkan oleh arus listrik pada suatu penghantar. Energi ini termasuk salah satu bentuk energi yang paling sering dan paling banyak digunakan dalam kehidupan sehar-hari. Di masyarakat kita (Indonesia) penggunaan energi listrik dihitung tiap kwh yakni satuan dari energi yang digunakan persatuan waktu.
Energi listrik dapat ditentukan dengan persamaan:
W = V I t atau
W=
W = I2 .R.t
Dimana: W = energi listrik (joule) V = tegangan listrik (volt) I = arus listrik (Ampere) t = waktu (sekon atau detik) R = hambatan listrik (ohm) Daya listrik didefiniskan sebagai energi listrik tiap satuan waktu. Jika dibuat dalam persamaan, maka:
W = P.t atau P=
= V.I atau
P = I2 x R =V2 /R
keterangan : P = volt.ampere atau watt kWh = kilowatt.hour atau kilowatt.jam
d) Pemakaian Energi listrik Pada masyarakat kita di Indonesia, energi listrik dihitung tiap kWh. Satuan kWh merupakan singkatan kilowatt hour
yang menyatakan besarnya energi listrik
yang menghasilkan daya listrik sebesar satu kilowatt selama satu jam. PLN dapat mengetahui banyaknya energi listrik yang terpakai di setiap rumah dengan cara memasang alat bernama kWh meter atau meteran listrik disetiap rumah penduduk.
Penggunaan energi listrik secara terus menerus akan mengurangi sumber energi listrik. Disisi lain, dengan penggunaan energi listrik secara terus menerus juga berpengaruh terhadap biaya yang harus dikeluarkan untuk membeli pulsa listrik ataupun bayar bulanan ke PLN. Ada beberapa langkah yang bisa Anda eksplor bersama anak didik Anda, tentang perilaku menghemat listrik, antara lain: 1. Menggunakan alat listrik hemat energi. 2. Matikan alat listrik jika tidak digunakan 3. Diusahakan bergantian dalam menghidupkan peralatan listrik yang memiliki daya besar 4. Berusaha mencari energi alternatif sebagai pengganti energi fosil (minyak bumi dan batubara). 5. Manfaatkan jendela dan sirkulasi udara yang ada sebagai pengganti kipas angin atau AC jika tidak terlalu dibutuhkan 6. Manfaatkan pencahayaan dari jendela rumah atau kantor sebagai pengganti pencahayaan dalam rumah jika pencahayaan dari matahari cukup. 7. Lakukan pengecatan pada dinding rumah dengan warna yang cerah, hal ini akan membantu penerangan di dalam rumah, sehingga lampu yang digunakan tidak perlu menggunakan lampu dengan watt besar 8. Buka-tutup kulkas seperlunya saja, dan pastikan saat menutup dalam kondisi tertutup rapat. dan lain-lainnya. Anda bisa mengeksplor sendiri bersama anak-anak di kelas.
Sub Kegiatan Belajar 2 MAGNET Pengantar Magnet merupakan salah satu materi pokok yang tidak terpisahkan pada kajian di sekolah dasar. Magnet merupakan benda yang dekat dengan kehidupan anak, dan kehidupan kita orang dewasa, ia sering dimainkan dan digunakan dalam kehidupan sehari-hari, termasuk anak-anak. Bagi seorang pendidik sekolah dasar (SD), mempelajari dan memahami konsep magnet adalah bagian yang tidak terpisahkan juga, karena magnet telah menjadi bagian penting dalam pembelajaran sains di SD. Lalu apa itu magnet? Sebelum kita membahas lebih jauh tentang magnet, seperti biasa kita akan mengenal fenomena dalam kehidupan sehari-hari, perihal penggunaan magnet yang mungkin tanpa kita sadari, kita sudah menggunakan magnet. Apa saja itu, apakah diantara benda-benda ini (tv, radio, speaker, kipas angin, mobil tamia, monitor, kompas, obeng, mesin jahit, kulkas, kartu atm, tas bermagnet, generator, dan kaset audio kompak) ada di sekitar Anda?, jika ia Anda sudah memanfaatkan magnet dalam kehidupan sehari-harinya. Alat-alat yang kita miliki, baik alat-alat elektronika, dan alat-alat untuk keperluan listrik adalah contoh-contoh yang tidak terpisahkan dari magnet. Keberfungsian mereka tergantung pada magnet. Magnet dalam sejarah dikenal sebagai benda atau material yang bermakna batu magnetik atau batu magnesian (magnes atau magnitis lithos) yang dapat menarik benda-benda khususnya benda benda yang berbahan dasar logam. Benda ini ditemukan di daerah magnesia, Yunani, sekarang menurut beberapa sumber, kota ini bernama Manisa dan berada di wilayah Turki.
a. Hakikat Magnet
Menurut definisi, magnet merupakan suatu benda yang dapat menarik bendabenda yang berbahan dasar logam atau benda-benda yang bahan dasarnya mengandung unsur baja dan besi.
b. Klasifikasi magnet Magnet berdasarkan kejadiannya dikelompokkan menjadi dua yaitu magnet alam dan magnet buatan. 1) Magnet Alam Magnet alam adalah bahan yang memiliki sifat magnet tanpa pengaruh dari luar. magnet ini telah memiliki sifat magnet tanpa campur tangan manusia. Artinya sejak ditemukan, benda-benda ini telah memiliki sifat magnet. Kemagnetan magnet alamnterjadinkarenanpengaruh medannmagnet dari planet bumi. Magnet alam terdapat di dalamntanah berupa bijih besi magnet dalamiibentuk besi oksida (Fe3O4).
Dalam buku de magnete , bumi ini dianalogikan oleh William Gilbert sebagai sebuah dipole magnetik iiraksasa, dengan kutub utaraumagnetik berbedaasekitar 11,5° dari kutub utaraageografis bumi. Mengapa buminbersifat magnetik k? Dari sekian banyak penyebab (sumber) magnet bumi, penyebab utama adalah dikarenakan faktor cairnya inti bumi. Inti cair bumi terdirindari lelehannbesi dan nikelnbertemperatur 5000 oC, serta mengandung sejumlah muatan listrik yang berputar mengelilinginsumbunya, sehingga terbentuk medannmagnet yang arahnya dari selatannmenuju utara bumi.
Konsep inilah yang menjadikan bumi menjadi sebuah magnet raksasa dengan kutub selatan magnet di utara, dan kutub-utara magnet di selatan. Penamaan ini berbeda dengan penamaan kutub-kutub magnet yang digunakan manusia. Penamaan kutub magnet yang didasarkan pada manusia didasarkan pada arah mata angin yang ditunjuknya. Apa maksudnya? Maksudnya adalah arah kutub yang ditunjukkan magnet buatan manusia, menunjukkan arah kutub yang berlawanan dengan kutub bumi. Misalnya kutub yang didasarkan oleh manusia itu selatan (pada magnet kompas), maka itu menandakan kutub buminya adalah
selatan,
begitu
juga
sebaliknya.
Keberadaannmedannmagnetik
bumi
ini
memberikan keuntungannbagi kehidupanndi planet bumi karena melindungi bumindari bahaya radiasi elektomagnetik matahari atau dikenal sebagai sabuk Van Allen.
2) Magnet Buatan Jika magnet alam dalam kejadinnya tidak ada pengaruh dari luar atau campur tangan manusia, lain hal ini dengan magnet buatan. Magnet buatan ada karena ada pengaruh dari lauar yaitu ada campur tangan manusia yang dibuat secara sengaja. Bahan untuk magnet buatan ini dipilih umumnya berbahan dasar dari besi, baja, nikel atau paduan antara alumunium, nikel dan kobalt (alnico).
c. Sifat kemagnetan bahan Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa magnet dapat menarik bendabenda berbahan tertentu saja misalnya besi, baja dan logam-logam tertentu. Ia tidak dapat menarik benda-benda yang berbahan kertas, plastik, karet, kain dan sejenisnya. Artinya jika demikian maka tidak semua bahan memiliki sifat kemagnetan yang sama.
Berdasarkan
sifat-sifat
dikelompokkan
menjadi
kemagnetan tiga
bahan
bagian
yaitu
terhadap bahan
pengaruh
ferromagnetik,
magnet, bahan
paramagnetik, dan bahan diamagnetik.
1. Bahan Ferromagnetik. Merupakan bahan yang dapat ditarik kuat oleh magnet. Benda berbahan ferromagnetik ini sangat mudah dipengaruhi oleh magnet dan juga dapat dengan mudah dibuat magnet. Contoh bahan yang termasuk ferromagnetik antara lain logam murni (misalnya besi, nikel, baja, kobalt) ataupun logam paduan (bajakobalt, baja-nikel, aluminium-nikel-kobalt (alnico), besi-nikel (permalloy), besinikel-kobalt (perminvar), dan sebagainya.
2. Bahan Paramagnetik
Merupakan bahan yang masih dapat ditarik (dipengaruhi) oleh magnet namun gaya tarikannya lemah, tidak seperti bahan ferromagnetik. Lemahnya gaya tarikan ini menyebabkan bahan-bahan paramagnetik tidak dapat dibuat magnet. Misalnya alumunium, platinum atau platina, mangan, magnesium, timah (tin), oksigen, dan udara.
3. Bahan Diamagnetik . Merupakan bahan yang sama sekali tidak terpengaruh oleh magnet. Bahan diamagnetik ini dalam klasifikasi lain dikelompokkan ke dalam benda nonmagnetik, karena kesukarannya dipengaruhi oleh magnet, baik ditarik ataupun
dibuat
ferromagnetik.
magnet. Bahan
ini
Bahan
ini
bertolak
mempunyai
belakang
dengan
permeabilitas (angka
bahan
koefisien
kemagnetan) kurang dari satu. Jika benda diamagnetik di udara atau di ruang hampa udara didekatkan magnet, maka benda ini akan ditolak oleh magnet itu sekalipun dengan pengaruh gaya tolak yang sangat kecil. Contoh zat yang termasuk bahan diamagnetik ialah: emas, tembaga, bismuth, air raksa, seng murni, timbal, perak, fosfor dan air, kayu, kertas, plastik, dll.
d. Karakteristik magnet Mempelajari teori kemagnetan, alangkah baiknya Anda mempelajari dahulu karakteristik magnet. Karakteristik magnet yang dapat diamati antara lain: 1. Sebuah kutub magnet memiliki dua kutub yaitu kutub selatan dan utara. a. Kutub-kutub yang sejenis apabila didekatkan akan saling tolak menolak
Arah gaya magnet
b. Kutub-kutub yang tidak sejenis apabila didekatkan akan saling tarikmenarik
Arah gaya magnet
2. Kutub terbesar pada magnet terdapat pada kutub-kutubnya
e. Kutub Magnet Berkaitan dengan magnet, tidak lepas dari kutub-kutub yang ada pada magnet. Jika pada penjelasan karakteristik magnet dijelaskan bahwa kutub terbesar magnet terdapat pada kutub-kutubnya, sekarang kita kenali lebih jauh tentang kutub magnet.
kutub magnet merupakan sifat unik dan khas yang dimiliki oleh sebuah magnet. Peristiwa atau kajian kajian kutub magnet ini telah diselidiki oleh de Maricourt pada tahun 1269. Pada kajian studinya, ia mengamati adanya sepasang kutub pada benda magnetik yang merupakan kekuatan gaya terbesar pada magnet. Kutub-kutub ini kemudian dinamakan dengan “kutub utara” dan “kutub selatan”. Jika dua buah kutub yang sejenis didekatkan maka akan saling menolak, dan sebaliknya jika kutub yang berlainan atau tidak sejenis didekatkan akan saling menarik. Anda penasaran? Cobalah Anda praktikkan bersama murid-murid Anda di kelas nanti.
Gaya saling menolak dan saling menarik pada magnet memiliki perbedaan cukup penting dengan gaya antar muatan listrik (gaya Coulomb). Pada magnet, kutub utara dan selatan tidak bisa terpisahkan dan selalu berpasangan, walupun magnet dipotong menjadi dua bagian, tiga bagian bahkan mungkin menjadi potongan-potongan kecil, magnet akan tetap memiliki dua kutub utara dan kutub selatan. Sepasang kutub yang selalu melekat pada magnet walaupun ukurannya kecil (magnet elementer) dikenal dengan istilah dipole magnet (di = dua, pole = kutub). Sebuah dipole magnet (memiliki medan magnet yang arahnya dari kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet seperti ditunjukkan pada gambar
1.8. Benda-benda logam (magnetik) yang berada di sekitar medan magnet tersebut akan mengalami gaya magnetik
Gambar 1.8. Garis gaya pada medan magnet
Lain halnya pada listrik, jika pada magnet dipotong menjadi bagian terkecil , maka benda tersebut akan tetap memiliki dua kutub (dipole) yang saling berpasangan yaitu utara dan selatan, maka pada benda bermuatan listrik berbeda, benda bermuatan listrik jika diberi perlakuan yang sama dipotongpotong menjadi bagian yang paling kecil, maka benda tersebut tetap hanya memiliki satu jenis muatan saja. Jika suatu benda bermuatan listrik positif, maka benda tersebut tetap bermuatan poisitif, tidak dapat dalam waktu bersamaan benda tersebut menjadi benda yang bermuatan listrik negatif. Demikian sebaliknya.
Lalu bagaimana kita dapat mengetahui atau memeriksa kutub suatu magnet? Untuk dapat mengetahui kutub pada suatu magnet ada banyak cara yang bisa kita lakukan, antara lain: 1. Siapkan kompas, letakkan dalam kondisi tenang, dalam permukaan yang datar. Amati jarum kompas. Arah jarum kompas akan selalu menunjuk ke arah mata angin utara dan selatan. Jarum yang mengarah pada arah mata angin utama, maka jarum tersebut adalah kutub utaranya magnet kompas, dan sebaliknya. Kenapa demikian? Jika kita pahami kembali karakteristik magnet, jika dua kutub tidak sejenis didekatkan akan saling tarik-menarik dan sebakiknya. Hal ini menunjukkan pada saat kompas diletakkan dalam kondisi stabil,
maka arah jarum kompas yang mengarah arah utara tertarik dengan kutub selatan magnet bumi. Oleh karenanya jarum kompas akan dalam keadaan yang stabil mengarah ke utara dan selatan. Dari penjelasan di atas dapat kita simpulkan bahwa kutub utara pada magnet kompas, menunjukkan kutub selatan bumi. Sebaliknya kutub selatan pada magnet kompas, menunjukkan kutub utara bumi.
2. Cara yang kedua adalah menggantungkan magnet batang dalam kondisi bebas.
Gambar 1.9. Menggantung magnet untuk memeriksa kutub magnet
Langkahnya adalah gantunglah sebuah magnet batang yang Anda miliki seperti tampak pada gambar. Tunggu beberapa saat hingga magnet tersebut menggantung dalam keadaan diam. Amati arah magnetnya, ke arah mata angin manakah magnet mengarah?. Ulangi kegiatan serupa, amati kembali magnet yang menggantung. Dari semua kegiatan tersebut Anda akan mendapatkan bahwa magnet dalam keadaan bebas bergerak akan selalu mengarah ke utara-selatan arah mata angin.
Bagian yang selalu mengarah ke utara
adalah kutub utara magnet,
sedangkan yang selalu mengarah ke selatan adalah kutub selatan magnet. Penjelasannya seperti pada kegiatan nomor satu. Pada kondisi ini, kita dapat memeriksa keakuratan penulisan yang ada pada magnet yang sudah kita miliki di sekolah maupun di rumah. Kegiatan ini bisa Anda lakukan bersana anak-anak di Kelas.
3. Siapkan magnet jarum, letakkan sedemikain rupa sehingga magnet jarum dalam kondisi stabil, bergerak bebas dan tegak lurus dengan porosnya. Amati keadaan jarumnya, maka ia akan selalu menempatkan dirinya sejajar dengan garis utara-selatan magnet bumi. Ujung jarum magnet yang menunjukkan arah utara disebut kutub utara, dan ujung jarum yang menunjuk arah selatan disebut kutub selatan.
Akan tetapi perlu dicatat, kalau kita amati percobaan-percobaan di atas, arah ujung magnet batang arahnya tidak begitu tepat menunjuk ke arah utara dan selatan, melainkan sedikit berbelok,dan membuat sudut persimpangan dengan garis utara-selatan geografis bumi.
Utara deklinasi
Selatan Gambar 1.10 Deklinasi
Sudut yang dibentuk oleh garis utara-selatan geografis (bumi) dan garis utaraselatan magnet batang inilah yang disebut dengan sudut deklinasi . Besar sudut deklinasi tidak lah konstan, tergantung dimana letak magnet jarum tersebut terhadap kutub utara-selatan magnet bumi. Ini berarti, sudut deklinasi di Teheran (ibu kota Iran) berbeda dengan sudut deklinasi di New York. Tentu saja ada tempat - tempat yang mempunyai sudut deklinasi yang sama; garis yang menghubungkan tempat –tempat ini, dalam peta, disebut garis isodeklinasi. Bagaimana patokan kasar untuk menentukan hal ini?
Demikian juga kalaunmagnetn jarumndipasang pada sudut mendatarnsehingga ia dapat berputar bebas, maka jarum itu akan sedikitnmenunjuk ke bawah. Sudut
yang dibentuk pada garisnmendatarn(horisontal)ndenganngaris kutub utaraselatan magnet jarum disebut sudut inklinasi . Besar sudut inklinasi ini pada setiap di muka bumi tidak sama besarnya, misalnya di kutub utara sudut inklinasi besar nya 90o, dan di katulistiwa sama dengan nol.
Utara
inklinasi
Selatan Gambar 1.11 Inklinasi
f. Bentuk Magnet Bentuk magnet secara umum bentuk dasarnya ada tiga jenis, yaitu magnet batang, ladam dan jarum. Bentuk-bentuk lainnya dibuat sesuai dengan kebutuhan. Bentuk magnet yang sering kita jumpai ada beberapa macam bentuk, antara lain :
Sumber gambar: http://www.imron.web.id/2018/01/gaya-gravitasi-gaya-gesek-dan-gaya.html
Gambar. 1.12. Macam magnet
g. Pembuatan magnet Seperti kita ketahui magnet berdasarkan kejadiannya ada magnet alam dan magnet buatan. Magnet buatan ini adalah magnet yang ada campur tangan manusia dalam proses pembuatannya, tentunya bahan-bahan yang akan dijadikan magnet buatan ini adalah bahan-bahan dengan klasifikasi tertentu
seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Pada kajian ini, Anda akan dikenalkan beberapa cara membuat magnet buatan. Cara-cara ini dapat anda lakukan bersama teman sejawat atau anak-anak di kelas. Berikut cara-caranya; 1. Menggosok
Sumber gambar: https://informazone.com/cara-membuatmagnet/
Gambar. 1.13. Teknik membuat magnet dengan menggosok
Cara ini adalah cara dasar dalam membuat magnet. Sebelum Anda mencoba membuat magnet dengan cara ini, pastikan beberangka langkah berikut: a. benda-benda
yang
akan
dijadikan
magnet
harus
benda-benda
ferromagnetik, seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. b. pastikan bahan-bahan tadi belum menjadi magnet, caranya adalah dekatkan bahan-bahan yang akan dijadikan magnet tadi ke paku-paku kecil, jika paku kecil tadi tidak menempel maka benda tadi belum jadi magnet. Hal ini berguna untuk memastikan proses membuat magnet dengan cara menggosok ini berhasil atau tidak. c. Tandai bahan yang akan dijadikan magnet tadi menjadi dua bagian yang berbeda. Caranya dengan mewarnai salah satu ujungnya dengan cat atau apapun yang penting terlihat dua bagian yang berbeda. d. Lakukanlah
penggosokan,
pastikan
pada
tahap
ini
lakukan
penggosokannnya hanya satu arah yang sama, kalau arahnya ke bawah kebawah terus, jika ke atas keatas terus, jangan dilakukan secara sembarang (bolak-balik). Lakukan secara teliti dan sabar dalam beberapa menit. e. Setelah itu lakukan uji kembali, dekatkan bahan yang sudah digosok tadi dengan paku-paku kecil yang sudah anda siapkan sebelumnya. Amati apa
yang terjadi. jika bahan tadi mampu mengangkat paku-paku kecil tadi maka proses pembuatan dengan cara menggosok berhasil, walaupun kekuatannya tidak terlalu besar.
Oleh karena proses pembuatan magnet dengan cara menggosok ini hasil magnet buatannnya tidak terlalu kuat (tidak permanen), maka industriindustri besar jarang menggunakan cara ini sebagai alternatif membuat magnet buatan. Cara-cara ini biasanya hanya dilakukan untuk percobaanpercobaan di lembaga-lembaga pendidikan (sekolah dan sejenisnya).
2. Induksi Proses induksi magnet adalah cara pembuatan magnet dengan mendekatkan ujung besi atau baja dengan magnet tetap. Ada beberapa hal harus Anda perhatikan saat membuat magnet buatan dengan cara induksi ini bersama anak-anak didik di kelas:
Gambar. 1.14. Induksi magnet
a. Pastikan bahan yang akan diinduksi adalah bahan-bahan dalam klasifikasi ferromagnetik, bahan yang muda didaptkan misalnya berbahan dasar besi atau baja. b. Pastikan bahan yang yang akan diinduksi dalam keadaan netral, tidak dalam kondisi memiliki sifat kemagnetan. Caranya dengan menempelkan ke paku kecil atau serbuk besi yang tersedia, jika tidak menempel paku kecil atau
serbuk besinya, maka bisa dijadikan bahan untuk diinduksi. Perlakuan ini penting untuk melihat keberhasilan proses induksi magnet. c. Sediakan magnet yang akan dijadikan magnet tetap, lebih dari dua atau tiga jenis magnet dengan ukuran yang berbeda, hal ini untuk memperoleh perbandingan
apakah
perbedaaan
besar
magnet
tetap
berpengaruh
terhadap hasil induksi. d. Selalu tandai kutub magnet pada magnet tetap dan tandai dengan tanda yang berbeda pada bahan yang akan diinduksi dengan tanda yang berbeda disetiap ujung-ujungnya. e. Pastikan alat penahan magnet tetap tersedia dan berfungsi dengan baik. Hal ini agar proses induksi berjalan sesuai rencana. f.
Pastikan paku-paku kecil atau atau serbuk besi atau bahan sejenisnya tersedia. Bahan bahn ini untuk ujicoba hasil induksi.
g. Lakukan proses induksi, pastiakan magnet tetap dan bahan yang akan diinduksi terpasang dengan benar. Pastikan juga bahan yang akan dijadikan induksi tidak menempel pada magnet tetap, tetapi prinsipnya adalah didekatkan. h. Lakukan dengan teliti dan sabar, selama lima menit. Ambil bahan yang sudah diinduksi, lalu coba tempelkan ke paku-paku kecil atau serbuk besi yang tersedia, apakah dapat menarik paku kecil atau serbuk besi? i.
Jika dapat menarik paku-paku kecil atau serbuk besi, maka proses induksi magnet telah berhasil.
j.
Lakukan percobaan kedua, dengan perlakuan yang berbeda, ukuran magnet tetapnya diganti dengan ukuran yang lebih besar. Coba Anda bandingkan hasilnya apakah ada perbedaan hasil induksi? (catatan: waktunya sama 5 menit, bahan yang akan diinduksi diganti dengan yang baru/netral tetapi berbahan dasar yang sama, ukuran sama.
Pada proses induksi magnet ini, logam yang didekati (mendekati) salah satu kutub magnet tetap akan memiliki kutub berlawanan dengan magnet tetapnya. Lihat gambar 1.14. jika kondisinya demikian maka:
Tabel. 1.5. Hasil induksi magnet Cara induksi
Bagian x menjadi
Bagian Y menjadi
Kutub selatan
Kutub Utara
Cara ini dapat Anda lakukan di kelas bersama anak-anak didik.
Sifat kemagnetan dari hasil induksi magnet ini akan mudah atau sukar hilang tergantung dari besar gaya koersif bahan yang diinduksinya. Gaya koersif ialah kemampuan (gaya) untuk mengembalikan kedudukan magnet elementer ke kedudukan seperti semula, setelah dipengaruhi oleh magnet tetap. Gaya koersif pada besi jauh lebih besar daripada gaya koersif pada baja, oleh karena itu kekuatan kebertahanan sifat magnet pada besi lebih kecil (lebih cepat hilang sifat kemagnetannya) daripada bahan yang dari baja.
3. Elektromagnetik Proses elektromagnetik merupakan proses pembuatan magnet buatan dengan cara mengaliri listrik (DC) pada sebuah batang besi atau baja yang dililiti kawat penghantar. Bagian A dan B ketika dialiri listrik akan Sumber gambar: http://fismath.com/cara-membuatma net-den an-cara-induksi-
Gambar. 1.15. Elektromagnetik
beruba
menjadi
Perhatikan tabel 1.6.
kutub-kutub
magnet.
Tabel 1.6. Proses elektromagnetik Proses elektromagnetik
Arah arus yang dihasilkan
Bagian A menjadi
Bagian B menjadi
Kutub utara
Kutub selatan
Kutub selatan
Kutub utara
Kekuatan gaya magnet dengan cara elektromagnetik dipengaruhi oleh besar kecilnya kuat arus yang mengalir pada lilitan kawat, dan juga bergantung pada banyak lilitan kawat di sekitar batang logam atau bahan sejenisnya tersebut.
h. Bagaimana suatu bahan bersifat magnet Penjelasan suatu bahan dapat bersifat magnet ini ada beberapa teori, salah satunya adalah teori Webber dan teori Weis.
Teori Webber menyatakan bahwa semua benda terdiri dari molekul-molekul yang memiliki sifat magnet yang disebut magnet elementer . Suatu benda bersifat magnet bergantung pada bagaimana struktur magnet elementernya sendiri. Jika struktur atau letak magnet elementer pada bahan ferromagnetik tersebut tidak tidak teratur, atau dalam arti saling menetralkan maka maka bahan ferromagnetik tersebut tidak lagi memiliki sifat magnet. Lain halnya dengan
benda yang memiliki sifat magnetik, susunan magnet elementernya teratur dan mengarah ke satu jurusan, sehingga satu dengan lainnya saling memperkuat.
Teori yang kedua adalah teori Weiss. Teori ini menjelaskan konsep magnet dengan menggunakan teori elektron. Menurut teori Weis, setiap atom pada suatu benda terdiri dari inti dan elektron-elektron yang beredar mengelilingi intinya sesuai dengan orbitnya. Di samping berputar mengelilingi inti menurut garis edarnya, elektron-elektron itu juga berputar sekeliling sumbunya masing-masing. Akibat perputaran pada sumbu elektron ini terjadilah kutub-kutub magnet elementer, yaitu kutub utara dan selatan.
Perputaran elektron-elektronnmenurut sumbunya iniaada positif dannada yang negatif; artinya arah perputarannitu ada yang searah dan ada yang berlawanan arah. Kemudian, perputaran elektron menurut sumbunya disebut puntiran elektron. Puntiran-puntiran elektronnyang tidak searah serta letak poros-poros elektron tidak teratur menyebabkan kutub-kutub magnet elementer pada poros elektron saling memperlemah (menetralkan) satu dengan lainnya. Kelompokkelompok elektron yang memiliki puntiran searah disebut juga Kompleks Weiss atau Kelompok Weiss , dan ini akan saling memperkuat sehingga merupakan magnet-magnet kecil di dalam atom-atom benda.
Bahan-bahan ferromagnetik mudah dipengaruhi oleh magnet karena arah puntiran elektron-elektronnya mudah diarahkan. Di antara bahan yang sudah dijadikan magnet ada yang mudah kembali seperti semula, dan ada pula yang tidak dapat kembali atau hampir tidak dapat kembali seperti semula. Kekuatan untuk mengarahkan puntiran elektron seperti semula disebut gaya koersif (coercive force ). Gaya koersif besi lunak dan pelat-pelat dinamo lebih besar daripada gaya koersif baja atau logam campuran. Artinya, gaya tolak-menolak atau tarik-menarik kutub-kutub elektron besi dan pelat dinamo juga lebih besar.
i.
Garis-Garis Gaya dan Kuat Medan Magnet
Pada pembentukan garis-garis gaya ini dapat Anda lakukan dengan cara siapkan kertas diatas magnet, berilah serbuk besi di atas kertasnya lalu ketuk-ketuklah kertasnya, amati apa yang terjadi. Perlakuan anda tadi akan membentuk seperti gambar 1.16.
Gambar.1.16. Garis-garis gaya magnet
Pola-pola seperti pada gambat tersebut menandakan serbuk besi tersusun sedemikian
rupa
sehingga
susunannya
membentuk
garis-garis
yang
menghubungkan kutub utara dan kutub selatan magnet. Jika Anda lihat gambar 1.16. Garis-garis yang terbentuk pada kertas tersebut menandakan adanya pengaruh gaya kutub utara dan kutub selatan magnet terhadap sekitarnya, sehingga arah garis-garis tersebut dengan mudah dapat dilihat. Pengaruh gaya kutub-kutub magnet yang menyebabkan garis-garis tersebut dinamakan garis gaya. Garis gaya magnet ini dimulai dari kutub utara dan berakhir pada kutub selatan magnet.
Pengaruh gaya pada daerah (titik-titik sekeliling kutub magnet) ini tidaklah sama, baik pengaruh gaya tolak-menolak maupun pengaruh gaya tarikmenarik. Semakin jauh dari kutub magnet maka semakin berkurang pengaruh gaya itu. Besar gaya tolak atau gaya tarik kutub magnet berbanding terbalik dengan jarak kuadrat dari kutub yang bersangkutan. Titik-titik di dalam ruangan di mana masih terdapat pengaruh gaya magnet dinamakan medan magnet.
j. Memelihara Magnet Seiring bertambahnya waktu, kekuatan suatu magnet dapat berkurang atau bisa juga hilang atau melemah. Ada beberapa cara yang bisa Anda lakukan untuk dapat mempertahankan kualitas magnet buatan yang Anda miliki agar magnet
dapat dipergunakan dalam waktu relatif lama. Akan tetapi sebelum mempelajari bagaimana cara merawat magnet dengan benar, terlebih dahulu kita ketahui faktor-faktor penyebab kualitas sifat magnet dapat berkurang. Apa saja itu: 1. Pemanasan Panas
yang
mengenai
batang
magnet
berpengaruh terhadap pergerakan
magnet
elementer bergerak lebih cepat. Pergerakan yang cepat ini berpengaruh terhadap kecepatan perubahan susunan magnet elementer menjadi Sumber gambar: https://www.slideshare.net/novi_hudi/ kemagnetan-31804017 Gambar.1.17. Pemanasan ma net
tidak teratur. Ketidakteraturan susunan magnet elementer inilah yang berpengaruh terhadap lemahnya atau hilangnya sifat kemagnetan pada suatu benda.
2. Pemukulan/dijatuhkan Pemukulan atau benturan keras antara magnet
dengan
benda
lainnya
juga
berpengaruh terhadap susunan magnet elementer, sehingga tidak lagi teratur. Sumber gambar: https://www.slideshare.net/novi_hudi/ kemagnetan-31804017
Gambar.1.18. Pemukulan magnet
Ketidakteraturan
ini
yang
menjadi
penyebab hilangnya atau lemahnya sifat kemagnetan pada suatu benda.
3. Dialiri arus bolak balik (AC) Seperti kita ketahui, pada kajian tentang proses dasar pembuatan magnet yang pertama adalah dengan cara menggosok. Proses menggosok ini salah satu syarat yang harus diperhatikan adalah prosesnya Sumber gambar: https://www.slideshare.net/novi_h udi/kemagnetan-31804017 Gambar.1.19. Magnet dialiri listrik AC
harus dengan arah yang sama, tidak boleh bolak-balik, hal ini agar diperoleh susunan pada magnet elementer teratur.
Sehingga pemberian arus bolak-balik (AC) bolak-balik pada magnet ini salah satu syarat yang bertentangan dengan proses dasar pembuatan magnet yang harus dilakukan satu arah. Adanya arus bolak balik pada magnet otomatis membuat susunan magnet elementer tidak lagi teratur, sehingga kekuatan sifat suatu magnet melemah dan atau bahkan hilang.
Setelah Anda memahami faktor-faktor penyebab lemahnya atau hilangnya sifat kemagnetan pada suatu benda, pertanyaan selanjutnya adalah apa yang harus Anda lakukan untuk tetap menjaga kualitas magnet. Jawaban sederhananya tentu jangan dibanting, jangan dipukul-pukul, jangan dipanasi, dan jangan dialiri listrik bolak-balik. Adakah cara lain? Ada. yaitu menyimpan magnetnya harus benar. Proses menyimpan magnet yang benar adalah dengan pemberian penguat berupa jangkar (angker) dari besi lunak dan diletakkan sebagai penutup pada kutub-kutub magnet, seperti pada gambar 1.20.
Jangkar U
S
U
S
Jangkar Gambar 1.20. Menyimpan magnet menggunakan jangkar
Dengan cara ini, tujuannya adalah agar garis-garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan magnet akan melalui jangkar (angker), dan hampir tidak ada yang melalui udara. Cara lain yang bisa kita lakukan adalah dengan cara menjauhkan magnet dari benda-benda yang dapat ditarik oleh magnet. Artinya magnet harus disimpan mandiri, terpisah atau menjauh dari bahan-bahan ferromagnetik.
