Nama Pelapor :
1
Daftar Isi: Sampul……………………………………………………………………………………………….1
Daftar Isi…………………………………………………………………………………………….2
Medan Magnet & Induksi Elektromagnetik…………………………..…..3
A. Medan Magnet………………………………………………………………….3
B. Sifat Kemagnetan Bahan…….……………………………………………..9
C. Induksi Magnetik di Sekitar Arus Listrik…………………………….11
D. Gaya Magnet…………………………………………………………………….16
E. Motor Listrik…………………………………………………………………....23
F. Elektromagnetik……………………………………………………………….29
G. Spektrum Gelombang Elektromagnetik…………………………….33
2
Medan Magnet Dan Induksi Elektromagnetik A. Medan Magnet Ditemukan sebuah kota di Asia Kecil (bernama Magnesia) lebih dahulu dari listrik Di tempat tersebut ada batu-batu yang saling tarik menarik. Benda yang dapat menarik besi disebut MAGNET. Macam-macam bentuk magnet, antara lain : magnet batang
magnet ladam
magnet jarum
Magnet dapat diperoleh dengan cara buatan. Jika baja di gosok dengan sebuah magnet, dan cara menggosoknya dalam arah yang tetap, maka baja itu akan menjadi magnet.
Baja atau besi dapat pula dimagneti oleh arus listrik. Baja atau besi itu dimasukkan ke dalam kumparan kawat, kemudian ke dalam kumparan kawat dialiri arus listrik yang searah. Ujung-ujung sebuah magnet disebut Kutub Magnet . Garis yang menghubungkan kutub-kutub magnet disebut sumbu magnet dan garis tegak lurus sumbu magnet serta membagi dua sebuah magnet disebut garis sumbu.
3
Sebuah magnet batang digantung pada titik beratnya. Sesudah keadaan setimbang tercapai, ternyata kutub-kutub batang magnet itu menghadap ke Utara dan Selatan. Kutub magnet yang menghadap ke utara di sebut kutub Utara. Kutub magnet yang menghadap ke Selatan disebut kutub Selatan. Hal serupa dapat kita jumpai pada magnet jarum yang dapat berputar pada sumbu tegak ( jarum deklinasi ). Kutub Utara jarum magnet deklinasi yang seimbang didekati kutub Utara magnet batang, ternyata kutub Utara magnet jarum bertolak. Bila yang didekatkan adalah kutub selatan magnet batang, kutub utara magnet jarum tertarik.
Kesimpulan : Kutub-kutub yang sejenis tolak-menolak dan kutub-kutub yang tidak sejenis tarik-menarik Jika kita gantungkan beberapa paku pada ujung-ujung sebuah magnet batang ternyata jumlah paku yang dapat melekat mele kat di kedua kutub magnet sama banyak. Makin ke tengah, makin berkurang jumlah paku yang dapat melekat. Kesimpulan : Kekuatan kutub sebuah magnet sama besarnya semakin ke tengah kekuatannya makin berkurang.
4
HUKUM COULOMB. Definisi : Besarnya gaya tolak-menolak atau gaya tarik menarik antara kutub-kutub magnet, sebanding dengan kuat kutubnya masing-masing dan berbanding terbalik dengan kwadrat jaraknya.
F
0
.
4
m1 . m2 R 2
F = gaya tarik menarik/gaya tolak menolak dalam newton. R = jarak dalam meter. m1 dan m2 kuat kutub magnet dalam Ampere-meter.
0 = permeabilitas hampa. Nilai
4
7
= 10 Weber/A.m
0
Nilai permeabilitas benda-benda, ternyata tidak sama dengan permeabilitas hampa. Perbandingan antara permeabilitas suatu zat debgan permeabilitas hampa disebut permeabilitas relatif zat itu.
r
0
r = Permeabilitas relatif suatu zat. = permeabilitas zat itu 0 = permeabilitas hampa.
PENGERTIAN MEDAN MAGNET .
Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan oleh magnet lain.
5
Kuat Medan ( H ) = IT EN SI TY .
Kuat medan magnet di suatu titik di dalam medan magnet ialah besar gaya pada suatu satuan kuat kutub di titik itu di dalam medan magnet m adalah kuat kutub yang menimbulkan medan magnet dalam Ampere-meter. R jarak dari kutub magnet sampai titik N yang bersangkutan dalam meter. dan H = kuat medan titik itu dalam : atau dalam A. m Weber m2
Garis Gaya.
Garis gaya adalah : Lintasan kutub Utara dalam medan magnet atau garis yang bentuknya demikian hingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis singgungnya. Sejalan dengan faham ini, garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke dalam kutub Selatan. Untuk membuat pola garis-garis gaya dapat dengan jalan menaburkan serbuk besi disekitar sebuah magnet. Gambar pola garis-garis gaya.
Rapat Garis-Garis Gaya ( FL U X DE NS IT Y ) = B
Definisi : Jumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat medan. B
A
Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis-garis gaya dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya. 6
H
B
B
H
r . o. H
B = rapat garis-garis gaya.
= Permeabilitas zat itu. H = Kuat medan magnet. catatan : rapat garis-garis gaya menyatakan kebesaran induksi magnetik. Medan magnet yang rapat garis-garis gayanya sama disebut : medan magnet serba sama ( homogen )
Bila rapat garis-garis gaya dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis-garis 2 gaya ( ) yang menembus bidang seluar A m dan mengapit sudut dengan kuat medan adalah :
= B.A Sin
Satuanya : Weber.
Diamagnetik Dan Para Magnetik.
Sehubungan dengan sifat-sifat kemagnetan benda dibedakan atas Diamagnetik dan Para magnetik. Benda magnetik : bila ditempatkan dalam medan magnet yang tidak homogen, ujungujung benda itu mengalami gaya tolak sehingga benda akan mengambil posisi yang tegak lurus pada kuat medan. Benda-benda yang demikian mempunyai nilai permeabilitas relatif lebih kecil dari satu. Contoh : Bismuth, tembaga, emas, antimon, kaca flinta. Benda paramagnetik : bila ditempatkan dalam medan magnet yang tidak homogen, akan mengambil posisi sejajar dengan arah kuat medan. Benda-benda yang demikian mempunyai permeabilitas relatif lebih besar dari pada satu. Contoh : Aluminium, platina, oksigen, sulfat tembaga dan banyak lagi garam-garam logam adalah zat paramagnetik.
7
Benda feromagnetik : Benda-benda yang mempunyai effek magnet yang sangat besar, sangat kuat ditarik oleh magnet dan mempunyai permeabilitas relatif sampai beberapa ribu. Contoh : Besi, baja, nikel, cobalt dan campuran logam tertentu ( almico )
8
B. Sifat Kemagnetan Badan Sifat magnet dari suatu bahan dipengaruhi oleh bilangan kuantum keempat yang dikenal sebagai bilangan kuantum spin (ms). Bilangan ini menunjukkan arah dari gerakan electron mengelilingi inti atom. Spin electron mempunyai nilai +1/2 jika electron bergerak searah jarum jam, dan bernilai -1/2 jika electron bergerak berlawanan arah dengan jarum jam.Kontribusi gerakan electron dalam atom yang saling berlawanan ini akan menimbulkan suatu gaya yang disebut momen magnetic, dimana resultannya akan sama dengan nol jika momen yang dihasilkan oleh gerakan electron yang searah jarum jam diimbangi dengan gerakan electron yang berlawanan dengan jarum jam. Sifat magnet ini terdiri dari 3 macam:
Diamagnetik Bahan ini menghasilkan efek penolakan yang lemah terhadap medan magnet, dan mempunyai sifat kemagnetan hanya karena pengaruh dari medan magnet eksternal tersebut. Bersifat tidak dapat menahan pengaruh kemagnetan apabila medan magnet eksternal dihilangkan. Sifat diamagnetik timbul karena penyusunan kembali orbit elektron dalam pengaruh medan magnet. Merupakan sifat yang dimiliki oleh bahan yang semua elektron dalam kulitnya berpasangan. Hal ini disebabkan resultan momen magnetiknya sama dengan nol, karena semua spin elektron -1/2 diimbangi dengan semua spin elektron +1/2, sehingga bahan ini tidak menciptakan medan magnet. Permeabilitas bahan ini: µ < µo. Contoh: Bi, Cu, Au, Ag, Zn, NaCl.
Paramagnetik Bahan ini memiliki kerentanan positif tetapi masih kecil terhadap medanmagnet. Bahan ini sedikit tertarik oleh medan magnet tetapi tidak dapat menyimpan pengaruh magnet tersebut apabila medan magnet eksternal dihilangkan. Merupakan sifat magnet dari bahan yang memiliki electron yang tidak berpasangan dalam orbitalnya. Hal ini menyebabkan momen magnetiknya tidak sama dengan nol, karena ada arah putaran elektron yang tidak diimbangi. Sifat paramagnetik timbul karena penyusunan kembali orbit elektron yang disebabkan oleh pengaruh medan magnet eksternal. Jika bahan ini masuk ke dalam solenoida, akan timbul induksi magnet. Permeabilitas bahan ini: µ > µo. Contoh: Al, Mg, W, Pt. Feromagnetik Bahan ini memiliki kerentanan positif yang besar terhadap medan magnet eksternal, dan dapat tertarik kuat dalam medan magnet, serta dapat menyimpan pengaruh magnetik walaupun medan magnet eksternal telah dihilangkan. Memiliki elektron yang tidak berpasangan dalam orbitalnya, maka resultan momen magnetiknya tidak sama dengan nol. Sifat magnetik yang kuat ini juga dipengaruhi oleh adanya magnet domain. 9
Magnet domain dapat diartikan sebagai bagian-bagian kecil dimana dalam setiap domain dipol atom berpasangan bersama-sama dalam arah tertentu. Pengaturan ini pula yang menyebabkan pembentukan bahan menjadi kristal selama proses pembekuan dari bentuk leburnya. Permeabilitas bahan ini: µ > µo. Bahan ini biasanya yang dijadikan sebagai bahan untuk membuat magnet permanen. Contoh: Fe, Ni, Co.
10
C. Induksi Magnetik di sekitar Arus Listrik Definisi induksi magnet. Induksi magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor. Adanya kuat medan magneti di sekitar konduktor berarus listrik diselidiki pertaa kali oleh Hans Christian (Denmark, 1774 – 1851). Jika jarum kompas diletakkan sejajar dengan konduktor itu dialiri arus listrik. Bila arah arus dibalik, maka penyimpangannya juga berbalik. Selanjutnya, secara teoritis laplace (1749 – 1827) menyatakan bahwa kuat medan magnet atau induksi magnet di sekitar arus listrik sebagai berikut : 1. Berbanding lurus dengan arus listrik 2. Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar 3. Berbanding terbalik dengan kuadrat arak suatu titik dari kawat penghantar itu 4. Arah induksi magnet tersebut tegak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik.
Besar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari kawat sebanding dengan kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.
B= B dalam W/m
0
2
.
I
. a
2
I dalam Ampere a dalam meter Kuat medan dititik H =
B
=
B
r .
0
=
I 2 . a
r udara = 1 11
Jika kawat tidak panjang maka harus digunakan Rumus : B
0
i
4 a
(cos 1
cos 2 )
Induksi Induksi magnetik di pusat arus lingkaran .
Titik A berjarak x dari pusat kawat melingkar besarnya induksi magnetik di A dirumuskan : Jika kawat itu terdiri atas N lilitan maka :
0
B=
2
.
a. I . N r 2
atau
. sin 1
Induksi magnetik di pusat lingkaran .
Dalam hal ini r = a dan = 90
0
Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.
B=
0
2
.
2
B dalam W/m . I dalam ampere. N jumlah lilitan. 12
I . N a
B=
0
2
2
.
a . I . N 3
r
a jari-jari lilitan dalam meter. Arah medan magnetik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.
Jika arah arus sesuai dengan arah melingkar jari tangan kanan arah ibu jari menyatakan arah medan magnet.
Solenoide
Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti spiral. Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di dalam selenoide terjadi medan magnet dapat ditentukan dengan tangan. Gambar :
Besar induksi magnetik dalam solenoide.
13
Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah :
N
. dx atau n dx, n banyaknya lilitan tiap satuan panjang di titik P.
Bila 1 sangat besar dibandingkan dengan a, dan p berada di tengah-tengah maka 1= 0 dan 2 = 180
0
0
Induksi magnetik di tengah-tengah solenoide :
B
B
0
2
0
n I . 2
n I 0
Bila p tepat di ujung-ujung solenoide 1= 0 dan 2 = 90
B
B
0
2
0
2
0
n I . 1
n I
Toroida
Sebuah solenoide yanfg dilengkungkan sehingga sumbunya membentuk lingkaran di sebut Toroida.
Bila keliling sumbu toroida 1 dan lilitannya berdekatan, maka induksi magnetik pada sumbu toroida. 14
B
n dapat diganti dengan
n I
N 2 R
N banyaknya lilitan dan R jari-jari toroida.
15
D.Gaya Magnet Gaya Lorentz Pada percobaan oersted telah dibuktikan pengaruh arus listrik terhadap kutub magnet, bagaimana pengaruh kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikan dari percobaan berikut : Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub magnet ladam kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata kawat melengkung kekiri. Gejala ini menunjukkan bahwa medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz . Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya Lorentz dapat
ditentukan dengan tangan kanan. Bila arah melingkar jari-jari tangan kanan sesuai dengan putaran dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorents. gambar :
Besar Gaya Lorentz .
Hasil-hasil yang diperoleh dari percobaan menyatakan bahwa besar gaya Lorentz dapat dirumuskan sebagai : F = B I sin F = gaya Lorentz. B = induksi magnetik medan magnet. I = kuat arus.
16
= panjang kawat dalam medan magnet. = sudut yang diapit I dan B.
Satuan Kuat Arus.
Kedalam kawat P dan Q yang sejajar dialirkan arus listrik. Bila arah arus dalam kedua kawat sama, kawat itu saling menarik. Penjelasannya sebagai berikut : Dilihat dari atas arus listrik P menuju kita digambarkan sebagai arus listrik dalam kawat P menimbulkan medan magnet. Medan magnet ini mengerjakan gaya Lorentz pada arus Q arahnya seperti dinyatakan anak panah F. Dengan cara yang sama dapat dijelaskan gaya Lorentz yang bekerja pada arus listrik dalam kawat P.
Kesimpulan : Arus listrik yang sejajar dan searah tarik-menarik dan yang berlawanan arah tolakmenolak.
Bila jarak kawat P dan Q adalah a, maka besar induksi magnetik arus P pada jarak a :
B
I P
2
a
0
17
Besar gaya Lorentz pada arus dalam kawat Q F
B. I Q . Q
Besar gaya Lorentz tiap satuan panjang F
B. I Q
I P
2
a
I P I Q
2
a
0
F
0
I Q
F tiap satuan panjang dalam N/m. Ip dan IQ dalam Ampere dan a dalam meter.
Bila kuat arus dikedua kawat sama besarnya, maka :
F
0
I 2
2
a
2 I
4
a
0
2
2.10
7
I 2 a
-7
Untuk I = 1 Ampere dan a = 1 m maka F = 2.10 N/m Kesimpulan : 1 Ampere adalah kuat arus dalam kawat sejajar yang jaraknya 1 meter dan -7
menimbulkan gaya Lorentz sebesar 2.10 N tiap meter.
Gerak Partikel Bermuatan Dalam Medan Listrik. Pertambahan energi kinetik.
18
Partikel A yang massanya m dan muatannya q berada dalam medan listrik serba sama, kuat medannya E arah vektor E kekanan. Pada partikel bekerja gaya sebasar F = qE, oleh sebab itu partikel memperoleh percepatan : a
q. E m
Usaha yang dilakukan gaya medan listrik setelah partikel berpindah d adalah : W = F . d = q . E .d Usaha yang dilakukan gaya sama dengan perubahan energi kinetik Ek = q . E .d 1 2
mv2
2
1 2
mv1
2
q. E .d
v1 kecepatan awal partikel dan v 2 kecepatannya setelah menempuh medan listrik sejauh d. Lintasan partikel jika v tegak lurus E.
Didalam medan listrik serba sama yang kuat medannya E, bergerak partikel bermuatan positif dengan kecepatan v x. Dalam hal ini partikel mengalami dua gerakan sekaligus, yakni gerak lurus beraturan sepanjang sumbu x dan gerak lurus berubah beraturan sepanjang sumbu y.
19
Oleh sebab itu lintasannya berupa parabola. Setelah melintasi medan listrik, lintasannya menyimpang dari lintasannya semula.
t
d
1 2
2
v
1 2
at
.
q. E m
.
2
v X
2
Kecepatan pada saat meninggalkan medan listrik.
v
vY
v X
2
a. t
vY
2
q. E m
.
v X
Arah kecepatan dengan bidang horisontal : tg
vY v X
Gerak Partikel Bermuatan Dalam Medan Magnet
Besar gaya Lorentz pada partikel.
Pada arus listrik yang berada dalam medan magnet bekerja gaya Lorentz. F = B . I . sin Arus listrik adalah gerakan partikel-partikel yang kecepatannya tertentu, oleh sebab itu rumus di atas dapat diubah menjadi :
20
F=B.
q t
. v . t sin
F = B . q . v sin
F adalah gaya Lorentz pada partikel yang muatannya q dan kecepatannya v, B besar induksi magnetik medan magnet, sudut yang diapit vektor v dan B. Lintasan partikel bermuatan dalam medan magnet.
Tanda x menyatakan titik tembus garis-garis gaya kemagnetan yang arah induksi magnetiknya ( B ) meninggalkan kita. Pada partikel yang kecepatannya v, bekerja gaya Lorentz. F = B . q . v sin 90
0
F=B.q.v Vektor F selalu tegak lurus pada v, akibatnya partikel bergerak didalam medan magnet dengan lintasan bentuk : LINGKARAN.
Gaya centripetalnya yang mengendalikan gerak ini adalah gaya Lorentz.
21
Fc = F Lorentz m v R
2
=B.q.v
R=
mv B q
R jari-jari lintasan partikel dalam magnet. m massa partikel. v kecepatan partikel. q muatan partikel. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan kadah tangan kanan bila tangan kanan di buka : Ibu jari menunjukkan ( v ), keempat jari menunjukkan ( B ) dan arah telapak tangan menunjukkan ( F )
22
E. Motor Listrik Motor listrik mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanik dan dibedakan menjadi dua kategori yang berbeda: DC(Direct Current) dan AC(Alternatif Current). Berdasarkan kekuatannya, motor listik dibagi menjadi 3 kategori yaitu kecil, sedang dan besar. Motor biasa(kecil) terbagi menjadi motor-motor horsepower kecil dengan rating dari 1/20 hingga 1 horepower. Motor sedang terbagi menjadi motor-motor dengan rating 1 hingga 100 Hp dengan motor besar antara 100 hingga 50.000 Hp. Teori Operasi Motor
Motor DC Medan-Lilitan (Wound-Field) Motor Lilitan-Seri (Series-Wound) Motor Lilitan-Paralel (Shunt-Wound) Motor Gabungan (Compound) Motor dgn Magnet Permanen Rangkaian Kontrol Motor DC
Aktuator: kmponen sistem kontrol prtama
2 yg benar bergerak Motor AC:
motor elektrik Berdasar daya penggeraknya: AC & DC
lebih kecil, lebih andal & lebih murah
berputar pd la ju tetap trgantung f rek jaringan
Motor DC: la ju, torka & arah dpt diubah sesuai beban beker ja pd teg rendah mudah
antar-muka
Konduktor yg mengalirkan arus akan me- rasakan gaya kala di dlm medan magnet
Arah arus, medan & gaya baku tegaklurus
23
Teori Operasi Torka: gaya-putar yg dpt dihasilkan motor
Armature motor yg sesungguhnya:
Hubungan kesebandingan:
T ∞ F sedangkan
F ∞ B dan F ∞ I
Motor Lilitan-Seri Konf igurasi ini menghasilkan torka awal yg besar:
24
Motor Lilitan-Paralel Motor dgn regulasi la ju yg lbh alamiah:
Motor Gabungan Motor ini memiliki kelebihan motor lilitan- seri & lilitan-paralel:
25
26
Jenis Motor Dalam dunia industri ada beberapa jenis motor. Jenis ini sesuai dengan fungsinya. Diantaranya adalah : * AC Motors * DC Motors * Brushless DC Motors * Servo Motors * Brushed DC Servo Motors * Brushless AC Servo Motors * Stepper Motors * Linear Motors AC Motors Jenis motor yang sering digunakan dalam industri yaitu motor 3 phasa. Keuntungannya Simple Design Low Cost Reliable Operation Easily Found Replacements Variety of Mounting Styles Many Different Environmental Enclosures
Kerugian * Expensive speed control * Inability to operate at low speeds * Poor positioning control
DC Motors
27
Motor DC kebanyakan digunakan untuk kecepatan variable yang bias diatur dan aplikasi pengontrolan putaran. Keuntungan
Easy to understand design Easy to control speed Easy to control torque Simple, cheap drive design Kerugian
Expensive to produce Can't reliably control at lowest speeds Physically larger High maintenance Dust
28
F. Elektromagnetik Elektromagnet adalah prinsip pembangkitan magnet dengan menggunakan ar us listrik. Aplikasi praktisnya kita temukan pada motor listrik, speaker, relay dsb. Sebatang kawat yang diberikan listrik DC arahnya meninggalkan kita (tanda silang), maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet melingkar, lihat gambar 1. Sedangkan gambar visual garis gaya magnet didapatkan dari serbuk besi yang ditaburkan disekeliling kawat beraliran listrik, seperti telah dijelaskan pada artikel sebelumnya “prinsip kemagnetan” .
Gambar1.Prinsip elektromagnetik. Sebatang kawat pada posisi vertikal diberikan arus listrik DC searah panah, maka arus menuju keatas arah pandang (tanda titik). Garis gaya magnet yang membentuk selubung berlapis lapis terbentuk sepanjang kawat. Garis gaya magnet ini tidak tampak oleh m ata kita, cara melihatnya dengan serbuk halus besi atau kompas yang didekatkan dengan kawat penghantar tsb. Kompas menunjukkan bahwa arah garis gaya sekitar kawat melingkar. Arah medan magnet disekitar penghantar sesuai arah putaran sekrup (James Clerk Maxwell, 1831 -1879). arah arus kedepan (meninggalkan kita) maka arah medan magnet searah putaran sekrup kekanan. Sedangkan bila arah arus kebelakang (menuju kita) maka arah medan magnet adalah kekiri.
Gambar 2. Garis magnet membentuk selubung seputar kawat ber arus.
29
Gambar 3. Prinsip putaran sekrup Aturan sekrup mirip dengan hukum tangan kanan yang menggenggam, dimana arah ibu jari menyatakan arah arus listrik mengalir pada kawat. Maka keempat arah jari menyatakan arah dari garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan. Arah aliran arus listrik DC pada kawat penghantar menentukan arah garis gaya elektromagnet. Arah arus listrik DC menuju kita (tanda titik pada penampang kawat), arah garis gaya elektromagnet melingkar berlawanan arah jarum jam. Ketika arah arus listrik DC meninggalkan kita (tanda silang penampang kawat), garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan melingkar searah dengan jarum jam (sesuai dengan model mengencangkan sekrup). Makin besar intensitas arus yang mengalir semakin kuat medan elektro-magnet yang mengelilingi sepanjang kawat tersebut.
Gambar 4. Elektromagnetik sekeliling kawat.
Elektromagnet pada Belitan Kawat
Jika sebuah kawat penghantar berbentuk bulat dialiri arus listrik I sesuai arah panah, maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet yang arahnya secara gabungan membentuk kutub utara dan kutub selatan. Makin besar arus listrik yang melewati kawat, maka akan semakin kuat 30
medan elektromagnetik yang ditimbulkannya.
Gambar 5. Kawat melingkar berarus membentuk kutub magnet Jika beberapa belitan kawat digulungkan membentuk sebuah coil atau lilitan, dan kemudian dipotong secara melintang maka arah arus ada dua jenis. Kawat bagian atas bertanda silang (meninggalkan kita) dan kawat bagian bawah bertanda titik (menuju kita).
Gambar 6. Belitan kawat membentuk kutub magnet. Hukum Tangan Kanan
Hukum tangan kanan untuk menjelas kan terbentuknya garis gaya elektromagnet pada se buah gulungan atau coil dapat dilihat pada gambar 7. Dimana sebuah gulungan kawat coil dialiri arus listrik, maka arah arusnya ditunjukkan sesuai dengan empat jari tangan kanan, sedangkan kutub magnet yang dihasilkan ditunjukkan dengan ibu jari untuk arah kutub utara dan kutub selatan arah lainnya.
31
Gambar 7. Hukum tangan kanan. Untuk menguatkan medan magnet yang dihasilkan pada gulungan dipasangkan inti besi dari bahan ferromagnet, sehingga garis gaya elektromagnet menyatu. Aplikasinya dipakai pada coil kontaktor atau relay.
32
G.Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X. Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Gambar berikut ini menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik.
spektrum gelombang elektromagnetik Gelombang Radio
Tentu kamu sering menonton TV, mendengarkan radio, atau menggunakan ponsel untuk berkomunikasi, bukan? Nah, semua peralatan elektronik itu menggunakan gelombang radio sebagai perambatan sinyalnya.
33
Gelombang radio merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling kecil atau panjang gelombang paling panjang. Gelombang radio berada dalam rentang frekuensi yang luas meliputi beberapa Hz sampai gigahertz (GHz atau orde pangkat 9). Gelombang ini dihasilkan oleh alat-alat elektronik berupa rangkaian osilator (variasi dan gabungan dari komponen Resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C)). Oleh karena itu, gelombang radio banyak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Siaran TV, radio, dan jaringan telepon seluler menggunakan gelombang dalam rentang gelombang radio ini. Suatu sistem telekomunikasi yang menggunakan gelombang radio sebagai pembawa sinyal informasinya pada dasarnya terdiri dari antena pemancar dan antena penerima. Sebelum dirambatkan sebagai gelombang radio, sinyal informasi dalam berbagai bentuknya (suara pada sistem radio, suara dan data pada sistem seluler, atau suara dan gambar pada sistem TV) terlebih dahulu di modulasi. Modulasi di sini secara sederhana dinyatakan sebagai penggabungan antara getaran listrik informasi (misalnya suara pada sistem radio) dengan gelombang pembawa frekuensi radio tersebut. Penggabungan ini menghasilkan gelombang radio termodulasi. Gelombang inilah yang dirambatkan melalui ruang dari pemancar menuju penerima. Oleh karena itu, kita mengenal adanya istilah AM dan FM. Amplitudo modulation (AM) atau modulasi amplitudo menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa berupa perubahan amplitudonya. Adapun frequency modulation (FM) atau modulasi frekuensi menggabungkan getaran listrik dan getaran pembawa dalam bentuk perubahan frekuensinya. Gelombang Mikro
34
oven microwave Pernahkah kamu mendengar tentang alat elektronik berupa oven microwave? Atau, kamu mungkin sudah pernah menggunakannya untuk memasak? Oven microwave menggunakan sifat-sifat gelombang mikro ( microwave) berupa efek panas untuk memasak. Selain itu, gelombang mikro juga digunakan dalam sistem komunikasi radar dan analisis struktur atom dan molekul. Rentang frekuensi gelombang mikro membentang dari 3 GHz hingga 300 GHz. Frekuensi sebesar ini dihasilkan dari rangkaian osilator pada alat-alat elektronik. Gelombang mikro dapat diserap oleh suatu benda dan menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Sebuah sistem pemanas berbasis microwave dapat memanfaatkan gejala ini untuk memasak benda. Sistem semacam ini digunakan dalam oven microwave yang dapat mematangkan makanan di dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat). Dalam suatu sistem radar, gelombang mikro dipancarkan terus menerus ke segala arah oleh pemancar. Jika ada objek yang terkena gelombang ini, sinyal akan dipantulkan oleh objek dan diterima kembali oleh penerima. Sinyal pantulan ini akan memberikan informasi bahwa ada objek yang dekat yang akan ditampilkan oleh layar radar.
antena radar
35
Dari waktu pemancaran sinyal sampai diterima kembali oleh radar, jarak objek yang terdeteksi dapat diketahui. Tentu kamu dapat membayangkan rumus yang dapat dipakai untuk menghitung jarak ini, bukan? Ya, jarak adalah kecepatan dikali waktu, dan karena kecepatan gelombang adalah konstan, maka dengan mengetahui waktu, jarak pun dapat dihitung. Jangan lupa bahwa pembagian dengan faktor 2 diperlukan karena sinyal menempuh jarak pulang pergi. Coba kamu tuliskan rumusnya. Sistem radar banyak dimanfaatkan oleh pesawat terbang dan kapal selam. Dengan adanya radar, pesawat terbang dan kapal selam mampu mendeteksi keberadaan objek lain yang dekat dengan mereka. Di saat cuaca buruk di mana terjadi badai dan gangguan cuaca yang dapat mengganggu pengelihatan, keberadaan radar dapat membantu navigasi pesawat terbang untuk mengetahui arah dan posisi mereka dari tempat tujuan pendaratan. Sinar Inframerah
Bagaimana remote TV dapat digunakan untuk mematikan atau menyalakan TV? Di sini remote menggunakan pemancar dan penerima sinar inframerah. Tahukah kamu bahwa ada ponsel yang dilengkapi dengan inframerah untuk transfer data dari atau menuju ponsel? Sinar inframerah (infrared/IR) termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Telah lama diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomik dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam bentuk sinar inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas. Foto inframerah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari satu gedung dapat digunakan untuk mengetahui daerah mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan. Dalam bidang kesehatan, pancaran panas berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosis dan keputusan tindakan yang sesuai buat pasien. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar dan encok.
36
hasil citra foto inframerah terhadap tubuh manusia untuk pemeriksaan kesehatan Dalam teknologi elektronik, sinar inframerah telah lama digunakan sebagai media transfer data. Ponsel dan laptop dilengkapi dengan inframerah sebagai salah konektivitas untuk menghubungkan atau transfer data dari satu perangkat dengan perangkat lain. Fungsi inframerah pada ponsel dan laptop dijalankan melalui teknologi Irda ( infra red data acquitition). Cahaya atau sinar tampak
Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati pita sempit di atas sinar inframerah. Spektrum frekuensi sinar tampak berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi sinar tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz (10 pangkat 13) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 pangkat -9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi ini. cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron. Pembahasan tentang cahaya begitu luas dan membentuk satu disiplin ilmu fisika tersendiri, yaitu optik. Sinar Ultraviolet
Rentang frekuensi sinar ultraviolet (ultraungu) membentang dalam kisaran 80.000 GHz sampai puluhan juta GHz (10 pangkat 17).
37
Sinar ultraungu atau disebut juga sinar ultraviolet datang dari matahari berupa radiasi ultraviolet memiliki energi yang cukup kuat dan dapat mengionisasi atom-atom yang berada di lapisan atmosfer. Dari proses ionisasi atom-atom tersebut dihasilkan ion-ion, yaitu atom yang bermuatan listrik. Lapisan yang terdiri dari ion-ion ini membentuk lapisan khusus dalam atmosfer yang disebut ionosfer. Lapisan ionosfer yang terisi dengan atom-atom bermuatan listrik ini dapat memantulkan gelombang elektromagnetik frekuensi rendah (berada dalam spektrum frekuensi gelombang radio medium) dan dimanfaatkan dalam transmisi radio. Karena energinya yang cukup kuat dan sifatnya yang dapat mengionisasi bahan, sinar ultraviolet tergolong sebagai radiasi yang berbahaya bagi manusia (terutama jika terpancar dalam intensitas yang besar). Untungnya, atmosfer bumi memiliki lapisan yang dapat menahan dan menyerap radiasi ultraviolet dari matahari sehingga sinar matahari yang sampai ke bumi berada dalam taraf yang tidak berbahaya. Tentu kamu sudah tahu lapisan apakah itu? ya, lapisan ozon.
lapisan ozon di atmosfer menahan sebagian radiasi ultraviolet Penggunaan bahan kimia baik untuk pendingin (lemari es dan AC) berupa freon maupun untuk penyemprot (parfum bentuk spray dan pilok/penyemprot cat), dapat menyebabkan kebocoran lapisan ozon. Hal ini menyebabkan sinar ultraviolet dapat menembus lapisan ozon dan sampai ke permukaan bumi, suatu hal yang sangat berbahaya buat manusia. Jika semakin banyak sinar ultraviolet yang terpapar ke permukaan bumi dan mengenai manusia, efek yang tidak diinginkan bagi manusia dan lingkungan dapat timbul. 38
gas untuk spray menyebabkan lubang di lapisan ozon Kanker kulit dan penyakit gangguan penglihatan seperti katarak dapat ditimbulkan dari radiasi ultraviolet yang berlebihan. Ganggang hijau sebagai sumber makanan alami dan mata rantai pertama dalam rantai makanan dapat berkurang akibat radiasi ultraviolet ini. ini dapat mengganggu keseimbangan alam dan merupakan sesuatu yang sangat merugikan buat kehidupan makhluk hidup di Bumi. Sinar ultraviolet juga dapat dihasilkan oleh proses internal atom dan molekul. Sinar ultraviolet juga dapat dimanfaatkan dalam proses sterilisasi makanan dimana kuman dan bakteri berbahaya di dalam makanan dapat dimatikan. Sinar-X
Sinar-X dikenal luas dalam dunia kedokteran sebagai sinar Rontgen. Dipakai untuk memeriksa organ bagian dalam tubuh. Tulang yang retak di bagian dalam tubuh dapat terlihat menggunakan sinar-X ini. Sinar-X berada pada rentang frekuensi 300 juta GHz (10 pangkat 17) dan 50 miliar GHz (10 pangkat 19). Penemuan sinar-X dianggap sebagai salah satu penemuan penting dalam fisika. Sinar-X ditemukan oleh ahli fisika Jerman bernama Wilhelm Rontgen saat sedang mempelajari sinar katoda. Cara paling umum untuk memproduksi sinar-X adalah melalui mekanisme yang disebut bremstrahlung atau radiasi perlambatan. Mekanisme ini yang ditempuh oleh Rontgen saat pertama kali menghasilkan sinar-X. Dalam teori radiasi gelombang elektromagnetik diketahui bahwa muatan listrik yang dipercepat (atau diperlambat) akan menghasilkan gelombang elektromagnetik. Selain melalui radiasi perlambatan, sinar-X juga dihasilkan dari proses transisi internal elektron di dalam atom atau molekul.
39
