PENENTUAN MEDAN MAGNETIK DENGAN MENGGUNAKAN KAWAT BERARUS BERDASARKAN HUKUM BIOT-SAVART 1)
2)
Arintha Mei Astuti , Widyandari Fajar Pratama , Ari Prihatining Tyas 1)
3)
2)
E-mail:
[email protected], E-mail:
[email protected], 3) Email:
[email protected] Program Studi Pendidikan Universitas Ahmad Dahlan Yogyakarta Jln. Prof. Dr. Soepomo,SH. Janturan Yogyakarta 55164 Telp. (0274) 381523, 379418 Intisari
Dilakukan percobaan untuk memverifikasi besarnya hubungan kuat medan magnet dengan arus listrik. Dengan metode eksperimen, digunakan sensor magnetik dan calculator TI-84 (CBL). Sensor magnetik diletakkan diatas kawat yang terhubung pada sumber tegangan baterai dan multimeter, tentukan arus yang akan digunakan untuk eksperimen dengan menggunakan amperemeter, kemudian ukur kuat medan magnet dengan menggunakan CBL. Dalam hal ini menggunakan hukum biot-savart untuk mengetahui kuat medan listrik di dalam muatan dalam sebuah kawat melingkar. Setelah dilakukan percobaan, diketahui hubungan antara arus yang mengalir dengan kuat medan magnet adalah linier dengan tingkat linearitas sebesar 0,17. Kata kunci: hukum biot-savart, sensor magnetik , calculator (CBL), linear. Abstract
Experiment is conducted to verify the degree of relationship between magnitude strength of the magnetic field with electric current. With the experimental method, it uses magnetic sensor and TI-84 calculator (CBL). Magnetic sensor is placed over the wire that is connected to the battery voltage source and a multimeter, determine the current that will be used in experiment by using ammeters, and then measure the magnetic field strength using the CBL. In this case, use the Biot-Savart law to determine the electric field strength in the charge in a circular wire. After the experiment, known relationship between the current flowing in the magnetic field strength is linear with the linearity of 0.17. Keywords: Biot-Savart law, magnetic sensor, calculator (CBL), linear. Pendahuluan
Hukum Biot-Savart menjelaskan adanya induksi magnetik disekitar penghantar berarus. Hasil penelitian Biot dan Savart menunjukkan kontribusi induksi magnetik dB pada suatu titik P berjaraj r dan mempunyai sudut sebesar ϴ terhadap elemen penghantar dl yang dialiri arus I maka dB sebanding dengan kuat arus listrik (I), sebanding dengan panjang kawat penghanatar (dl), sebanding dengan sinus sudut apit antara arah arus pada dl dengan garis hubung titik P dengan dl, dan berbanding terbalik dengan kuadrat
jarak (r). Eksperimen ini dilakukan untuk memverifikasi linearitas antara besarnya induksi magnetik dengan kuat arus pada kawat/elemen penghantar. Praktikan menggunakan metode MBL dalam melakukan eksperimen ini dan menggunakan analisis perhitungan langsung. Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah : 1. Melakukan eksperimen verifikasi tentang Hukum Biot-Savart dengan sistem CBL. 2. Mencari tingkat linearitas hubungan kuat arus listrik dan kuat medan magnet Alat dan Bahan
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Modul eksperimen hukum Biot-Savart, berupa kumparan Sensor Magnetik Multimeter Easy Link Kumparan Kabel Penghubung Calculator TI-84 Plus Graphing
Gambar 1.1 Alat dan Bahan Percobaan Landasan Teori
Hukum Biot-Savart merupakan rumusan dari Jean Baptise Biot dan Felix Savart dalam menerjemahkan pengaruh medan listrik terhadap timbulnya medan magnet. Sebuah muatan listrik akan menimbulkan medan magnet di sebuah titik yang sebanding dengan besar muatan ( Q) dan kecepatan muatan bergerak ( V ) serta terbanding terbalik dengan kuadrat jarak titik ( r ) tersebut terhadap muatan. Medan magnetik yang ditimbulkan di titik tersebut memiliki arah yang berkaitan dengan arah gerak muatan dengan arah vektor posisi.
Gambar 1.2 Konsep Hukum Biot Savart pada Kumparan Berarus Dengan menggunakan hukum Biot-Savart tentang medan magnet oleh arus listrik, medan magnet oleh simpal arus lingkaran pada titik-titik yang terletak dalam garis yang melalui titik pusat simpal dan tegak lurus bidang simpal dinyatakan oleh persamaan:
(1)
Jika koil/kumparan terdiri dari N simpal dengan jari-jari yang sama, maka medan magnet totalnya adalah:
(2)
Untuk x=0 yang berarti B di titik pusat kumparana, maka nilai B adalah:
(3)
Keterangan : B = Kuat medan magnet (Tesla) N = Jumlah lilitan kawat I = Kuar arus pada kumparan (A) R = Jari-jari kumparan (m)
Persamaan memperlihatkan bahwa medan magnet berbanding langsung dengan kuat arus dan jumlah lilitan, serta berbanding terbalik dengan jari-jari lingkaran kumparan. Dalam hal ini semakin besar kuat arus yang mengalir semakin besar kuat medan magnet yang akan ditimbulkan. Metode Penelitian
Metode yang digunakan untuk pengambilan data adalah metode eksperimen atau praktikum yang dilakukan di Laboratorium Teknologi Pendidikan Sains Universitas Ahmad Dahlan pada hari Kamis, 1 Desember 2011.
Prosedur Percobaan
1. Siapkan alat dan bahan percobaan yang terdiri dari kumparan, sensor magnetik easy link, calculator TI-84 Plus Graphing dan Multimeter. 2. Fungsikan multimeter sebagai alat pengukur arus listrik yaitu amperemeter. 3. Hubungkan kabel positif amperemeter dengan kumparan dan yang negatif dengan sumber tegangan (baterai). 4. Tempelkan sensor magnetik pada kumparan, hubungkan sensor dengan CBL. 5. Catat perubahan arus dan kuat medan magnet. Hasil dan Pembahasan
Data Percobaan Tabel 1.1 Data hasil pengukuran arus dan kuat medan magnet No I (mA) B (mT) 1 25 661 2 50 665 3 75 673 4 100 681 5 125 681 6 150 685 7 175 689 8 200 693 9 225 698 10 250 701 Grafik 1.1 Hubungan antara arus dan kuat medan magnet
Grafik hubungan I dan B 710 ) 700 B m ( t 690 e n g a 680 M n a 670 d e M660
Grafik hubungan I dan B Linear (Grafik hubungan I dan B)
650 0
50
100 150 200 250 300 Arus (mA)
Analisis Data Mencari linearitas dari data percobaan, dengan menggunakan persamaan :
(4)
Maka adalah gradien atau linearitas dari grafik dan , dimana adalah arus yang mengalir dan adalah kuat medan magnet yang timbul. Maka linearitas dapat dicari dengan rumus :
(5)
dimana a
= Linearitas x dan y = Arus terkecil (mA) = Arus terbesar (mA) = Kuat medan magnet terkecil (mT) = Kuat medan magnet terbesar (mT)
Maka,
Jadi, tingkat linearitas yang diperoleh dari data Arus listrik dan Kuat medan magnet dalam percobaan adalah sebesar 0,17. Kesimpulan Kesimpulan Semakin besar arus yang diberikan maka semakin besar pula medan magnet yang ditimbulkan, jadi hubungan antara arus dan kuat medan magnet yang timbul adalah berbanding lurus dan mempunyai nilai linearitas sebesar 0,17.
Saran
Disarankan pada setiap orang yang akan melaksanakn praktikun Induksi Magnetik harus memehami dulu konsep dan prinsip dari hukum Biot-Savart, arus dan kuat medan magnet. Selain itu, bila ingin mendapat data yang akurat, dasarankan menggunakan alat yang masih baik.
Daftar Pustaka
Young, H.D., dan Freedman, R.A 2002. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga. Supiyanto, 2006. Fisika untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : PT. Phiebta Aneka Gama.
