KEMAGNETAN (Materi IPA Kelas 9 SMP/MTs) KEMAGNETAN BAHAN KEMAGNETAN BAHAN Kita dapat menggolongkan enda erdasarkan si!atn"a . : Benda yang dapat ditarik magnet disebut benda magnetik. Benda yang tidak dapat ditarik magnet disebut benda nonmagnetik.
Benda yang dapat ditarik ditarik magnet magnet ada yang dapat ditarik kuat, dan ada yang ditarik secara lemah. Oleh karena itu, benda dikelompokkan menjadi tiga, yaitu benda feromagnetik, benda benda paramagnetik, dan benda diamagnetik. Benda yang ditarik ditarik kuat kuat oleh magnet magnet disebut disebut benda benda !eromagnetik . 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. •
•
•
•
•
Ba#a sulit untuk dibuat magnet, tetapi setelah menjadi magnet sifat kemagnetannya tidak mudah hilang. Oleh karena itu, baja digunakan untuk untuk membuat magnet magnet tetap (magnet permanen). untuk dibuat dibuat magnet, magnet, tetapi tetapi jika setelah setelah menjadi menjadi magnet magnet sifat kemagnetann kemagnetannya ya mudah mudah Besi mudah untuk hilang.
Ada tiga $ara mem%at magnet magnet&& "ait% menggosok& ind%ksi& dan ar%s listrik' ' Mem%at Magnet Mem%at Magnet dengan dengan ara Menggosok Besi yang semula tidak bersifat magnet magnet,, dapat dijadikan magne magnet. t. Caranya besi digosok dengan salah satu ujung magnet tetap. Arah gosokan gosokan dibuat searah agar magnet elementer yang terdapat pada besi letaknya menjadi teratur dan mengarah ke satu arah.
*' Mem%at Magnet Mem%at Magnet dengan ara Ind%ksi Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang, akan terbentuk terbentuk kutub yang yang selalu berlawanan dengan kutub kut ub magnet penginduksi penginduks i. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya.
+' Mem%at Magnet dengan ara Ar%s ,istrik elain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti ka!at yang dihubungkan dengan baterai. "agnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh aliran ar%s seara- (.) yang dihasilkan baterai. #al ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. "agnet yang demikian disebut magnet listrik atau elektromagnet.
Besi yang berujung A dan B dililiti ka!at berarus listrik. $utub magnet yang terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan. %ika arah arus berla!anan jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. ebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. &engan demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.
Agar sifat kemagnetan sebuah magnet dapat tahan lama, maka dalam menyimpan magnet diperlukan angker (sepotong esi) "ang dipasang pada k%t% magnet' 'emasangan angker bertujuan untuk mengarahkan magnet elementer hingga membentuk rantai tertutup. ntuk menyimpan dua buah magnet batang diperlukan dua angker yang dihubungkan dengan dua kutub magnet yang berla!anan. %ika berupa magnet untuk menyimpan diperlukan satu angker yang dihubungkan pada kedua kutubnya. "agnet yang mengalami pemanasan dan pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah. 'enggunaan arus AC menyebabkan arah arus listrik yang selalu berubahubah. 'erubahan arah arus listrik memengaruhi letak dan arah magnet elementer. Apabila letak dan arah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang. •
• •
KTB MAGNET
Ujung magnet yang memiliki gaya tarik paling kuat disebut kutub magnet. ebuah magnet batang yang tergantung bebas dalam keadaan setimbang, ujungujungnya akan menunjuk arah utara dan arah selatan bumi. jung magnet yang menunjuk arah utara bumi disebut kutub utara magnet. jung magnet yang menunjuk arah selatan bumi disebut kutub selatan magnet. • •
etiap magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Alat yang digunakan untuk menunjukkan arah utara bumi atau geografis disebut kompas.
$ompas merupakan magnet jarum yang dapat bergerak bebas pada sebuah poros. 'ada keadaan setimbang salah satu ujung magnet jarum menunjuk arah utara dan ujung lainnya menunjuk arah selatan. • • •
•
%ika kutubnya senama akan saling menolak tetapi jika kutubnya berbeda akan saling menarik. "akin dekat kedua magnet, makin terasa kuat gaya tarik atau gaya tolaknya. %ika di sekitar magnet batang diletakkan bendabenda magnetik, bendabenda itu akan ditarik oleh magnet. "akin dekat dengan magnet, gaya tarik yang dialami benda makin kuat. "akin jauh dari magnet makin kecil gaya tarik yang dialami benda.
Ruang di sekitar magnet yang masih terdapat pengaruh gaya tarik magnet disebut medan magnet . 'ada tempat tertentu benda tidak mendapat penga uh gaya tarik magnet. Benda yang demikian dikatakan berada di luar medan magnet.
• • •
Garis0garis "ang menggamarkan pola medan magnet dise%t garis0garis ga"a magnet *arisgaris gaya magnet keluar dari kutub utara, masuk (menuju) ke kutub selatan. "akin banyak jumlah garisgaris gaya magnet makin besar kuat medan magnet yang dihasilkan.
.%a k%t% magnet "ang tidak se#enis saling berdekatan pola medan magnetnya juga berupa garis lengkung yang keluar dari kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet.
'ada dua kutub magnet yang tak sejenis, garisgaris gaya magnetnya keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan magnet lain. +tulah sebabnya dua kutub magnet yang tidak sejenis saling tarikmenarik.
Pada d%a k%t% magnet "ang se#enis , garisgaris gaya magnet yang keluar dari kutub utara masingmasing cenderung saling menolak. $arena arah garis gaya berla!anan, terjadilah tolakmenolak antara garisgaris gaya yang keluar kedua kutub utara magnet. #al itulah yang menyebabkan dua kutub yang sejenis saling menolak.
KEMAGNETAN BMI ' B%mi Seagai Magnet 'ada umumnya sebuah magnet terbuat dari bahan besi dan nikel. $eduanya memiliki sifat kemagnetan karena tersusun oleh magnet magnet elementer. Batuanbatuan pembentuk bumi juga mengandung magnet elementer. Bumi dipandang sebagai sebuah magnet batang yang besar yang membujur dari utara ke selatan bumi. "agnet bumi memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan selatan. $utub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan bumi. Adapun kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara bumi. "agnet bumi memiliki medan magnet yang dapat memengaruhi jarum kompas dan magnet batang yang tergantung bebas. "edan magnet bumi digambarkan dengan garisgaris leng kung yang berasal dari kutub selatan bumi menuju kutub utara bumi. "agnet bumi tidak tepat menunjuk arah utaraselatan geografis. 'enyimpangan magnet bumi ini akan menghasilkan garisgaris gaya magnet bumi yang menyimpang terhadap arah utaraselatan geografis. Adakah pengaruh penyimpangan magnet bumi terhadap jarum kompas •
• •
• • • •
*' .eklinasi dan Inklinasi
•
•
•
•
•
'enyimpangan jarum kompas terjadi karena letak kutubkutub magnet bumi tidak tepat berada di kutubkutub bumi, tetapi menyimpang terhadap letak kutub bumi. #al ini menyebabkan garisgaris gaya magnet bumi mengalami penyimpangan terhadap arah utaraselatan bumi. Akibatnya penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap arah utaraselatan bumi (geografis). udut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arah utaraselatan geografis disebut deklinasi (*ambar --.-). "engapa kedudukan jarum kompas tidak mendatar 'enyimpangan jarum kompas itu terjadi ka rena garisgaris gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi (bidang hori/ontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas menyimpang naik atau turun terhadap permukaan bumi. 'enyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap bidang datar permukaan bumi. udut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan bidang datar disebut inklinasi (*ambar --.-0). Alat yang digunakan untuk menentukan besar inklinasi disebut inklinator.
ME.AN MAGNET .I SEKITA1 A1S ,IST1IK
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. "edan magnet di sekitar ka!at berarus listrik ditemukan secara tidak sengaja oleh #ans Christian Oersted (-112-3-), ke tika akan memberikan kuliah bagi mahasis!a. Oersted menemukan bah!a di sekitar ka!at berarus listrik magnet jarum kompas akan bergerak (menyimpang). 'enyimpangan magnet jarum kompas akan makin besar jika kuat arus listrik yang mengalir melalui ka!at diperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arus listrik yang mengalir dalam ka!at. *ejala itu terjadi jika ka!at dialiri arus listrik. %ika ka!at tidak dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi. 'erubahan arah arus listrik ternyata juga memengaruhi perubahan arah penyimpangan jarum kompas. 'erubahan jarum kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.
Bagaimanakah menentukan arah medan magnet di sekitar penghantar berarus listrik %ika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompas menyimpang berla!anan dengan arah putaran jarum jam. %ika 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.
' Pola Medan Magnet di Sekitar Ar%s ,istrik
*ejala penyimpangan magnet jarum di sekitar arus listrik membuktikan bah!a arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat diterangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu penghantar berarus listrik digenggam tangan kanan. 'erhatikan *ambar %ika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang timbul searah keempat jari yang menggenggam. $aidah yang demikian disebut kaidah tangan kanan menggenggam'
*' Solenoida
ebuah penghantar melingkar jika dialiri arus listrik akan menghasilkan medan listrik seperti *ambar --.-4. Peng-antar melingkar "ang erent%k k%mparan pan#ang dise%t solenoida' "edan magnet yang ditimbulkan oleh solenoida akan lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah penghantar melingkar, apalagi oleh sebuah penghantar lurus. 5ahukah kamu mengapa demikian 2ika solenoida dialiri ar%s listrik maka akan meng-asilkan medan magnet' "edan magnet yang dihasilkan solenoida berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan. • •
• •
•
•
•
*arisgaris gaya magnet pada solenoida merupakan gabungan dari garisgaris gaya magnet dari ka!at melingkar. *abungan itu akan menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. $umparan seolaholah mempunyai dua kutub, yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.
E,EKT13MAGNET "edan 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. olenoida berarus listrik dan dilengkapi dengan besi lunak itulah yang dikenal sebagai elektromagnet. ' 4aktor "ang Memengar%-i Kek%atan Elektromagnet
Apakah yang memengaruhi besar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet ebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi. $ekuatan elektromagnet akan bertambah, jika: a. arus yang melalui kumparan bertambah, b. jumlah lilitan diperbanyak, c. memperbesar6memperpanjang inti besi. 7lektromagnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan. Beberapa keunggulan elektromagnet antara lain sebagai berikut. a. $emagnetannya dapat diubahubah dari mulai yang kecil sampai yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi. cara memutus dan b. ifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan dengan menghubungkan arus listrik meng gunakan sakelar. c. &apat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki. d. 8etak kutubnya dapat diubahubah dengan cara mengubah arah arus listrik. *' Keg%naan Elektromagnet
Beberapa peralatan seharihari yang menggunakan elektromagnet antara lain seperti berikut. a' Bel listrik Bel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap solenoida dililitkan pada arah yang berla!anan (perhatikan *ambar--.9-). Apabila sakelar ditekan, arus listrik akan mengalir melalui solenoida. 5eras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lentur dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan bunyi. 5arikan 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. $epingan besi lentur akan kembali ke kedudukan semula. 5eras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lentur dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan bunyi kembali. 'roses ini berulangulang sangat cepat dan bunyi lonceng terus terdengar.
' 1elai 1elai er!%ngsi seagai sakelar %nt%k meng-%%ngkan ata% mem%t%skan ar%s listrik "ang esar pada rangkaian lain dengan mengg%nakan ar%s listrik "ang ke$il' $etika sakelar ditutup arus listrik kecil mengalir pada kumparan. 5eras besi akan menjadi magnet (elektromagnet) dan menarik kepingan besi lentur. 5itik sentuh C akan tertutup, menyebabkan rangkaian lain yang mem ba!a arus besar akan tersambung. Apabila sakelar dibuka, teras besi hilang kemagnetannya, keping besi lentur kembali ke kedudukan semula. 5itik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lain terputus. $'
Telepon
Telepon terdiri dari d%a agian "ait% agian pengirim (mikro!on) dan agian penerima (telepon)' 'rinsip kerja bagian mikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran getaran listrik. 'ada bagian pengirim ketika seseorang berbicara akan menggetarkan diafragma aluminium. erbukserbuk karbon yang terdapat pada mikrofon akan tertekan dan menyebabkan hambatan serbuk karbon mengecil. *etaran yang berupa sinyal listrik akan mengalir melalui rangkaian listrik.
'rinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang bunyi. inyal listrik yang dihasilkan mikrofon diterima oleh pesa!at telepon. Apabila sinyal listrik berubahubah mengalir pada kumparan, teras besi akan menjadi elektromagnet yang kekuatannya berubahubah (perhatikan *ambar --.9). &iafragma besi lentur di hadapan elektromagnet akan ditarik dengan gaya yang berubahubah. #al ini menyebabkan diafragma bergetar. *etaran diafragma memengaruhi udara di hadapannya, sehingga udara akan dimampatkan dan direnggangkan. 5ekanan bunyi yang dihasilkan sesuai dengan tekanan bunyi yang dikirim melalui mi krofon. d' Katrol ,istrik
7lektromagnet 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. &engan cara ini sampah yang berupa tembaga, aluminium, dan seng dapat dipisahkan dengan besi. $ebaikan katrol listrik adalah: a. mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besar b. dapat mengangkat6memindahkan bongkahan besi yang tanpa rantai c . membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan feromagnetik.
GA5A ,31ENT6
+nteraksi medan magnet dari ka!at berarus dengan medan magnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. 'ada peristi!a ini terdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gaya magnet. #ubungan besaranbesaran itu ditemukan oleh fisika!an Belanda, #endrik Anton 8orent/ (-3-493). &alam penyelidikannya 8orent/ menyimpulkan bah!a esar ga"a "ang ditim%lkan eranding l%r%s dengan k%at ar%s& k%at medan magnet& pan#ang ka7at dan s%d%t "ang dient%k ara- ar%s listrik dengan ara- medan magnet' ntuk menghargai jasa penemuan #.A. 8orent/, gaya tersebut disebut gaya 8orent/. Besar gaya 8orent/ dirumuskan. .engan8 F B ' I ' l F ; gaya 8orent/ satuan ne!ton (<) B ; kuat medan magnet satuan tesla (5). l ; panjang ka!at satuan meter (m) I ; kuat arus listrik satuan ampere (A) Ga"a ,orent: "ang ditim%lkan makin esar& #ika pan#ang ka7at& k%at ar%s listrik& dan k%at medan magnet makin esar' $a!at panjangnya 9 m berada tegak lurus dalam medan magnet 92 5. %ika kuat arus listrik yang mengalir =22 mA, berapakah besar gaya 8orent/ yang dialami ka!at Pen"elesaian8
&iketahui: l ; 9 m B ; 92 5 + ; =22 mA ; 2,= A &itanya: > ; ... %a!ab: F = B ? I ? l ; 92 ? 2,= ? 9 ; -0 < • •
•
ntuk menentukan arah gaya 8orent/ digunakan kaida- ata% at%ran tangan kanan' Caranya rentangkan ketiga jari yaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian hingga membentuk sudut 42 derajat (saling tegak lurus). %ika ibu jari menunjukan arah arus listrik ( I ) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet ( B) maka arah gaya 8orent/ searah jari tengah ( F ).
Ga"a ,orent: dapat diman!aatkan %nt%k mem%at alat "ang dapat meng%a- energi listrik men#adi energi gerak' Alat yang menerapkan gaya 8orent/ adalah motor listrik dan alatalat ukur listrik. "otor listrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dan komputer. Adapun, contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter, @oltmeter, dan ohmmeter. • •
Istila- 0 istila- penting Interuptor : kemagnetan : kutub magnet : magnet elementer : motor listrik : Solenoid : relai :
pemutus arus. gejala fisika pada bahan yang memiliki kemampuan menimbulkan medan magnet. kedua ujung besi (magnet) yang paling kuat daya tariknya. bagian terkecil dari magnet yang masih mempunyai sifat magnet. alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. kumparan yang panjang. alat yang bekerja atas dasar penggunaan arus yang kecil untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar.
Ker#akan soal0soal erik%t di %k% ker#am% 1. 2. 3. 4. 5.
ebutkan sifatsifat dua kutub magnet yang saling berdekatan. ebutkan tiga faktor yang memengaruhi besar medan magnet yang dihasilkan oleh elektromagnet. ebutkan tiga faktor yang memengaruhi besarnya gaya 8orent/. ebuah ka!at panjangnya -2 m berada tegak lurus dalam medan magnet sebesar 02 tesla. %ika kuat arus listrik yang mengalir pada ka!at 9 A, tentukan be sarnya gaya 8orent/. $e manakah arah medan magnet, bila arah gaya 8orent/ dan arah arus ditun jukkan gambar berikut
,ati-an ; 1. Apakah pengaruh arah arus listrik terhadap arah medan magnet 2. Bagaimanakah pola medan magnet dari ka!at berarus listrik pada ka!at me lingkar berarus 3. &i manakah titik yang memiliki medan magnet paling kuat listrik 4. 5entukan letak kutub utara dan selatan 5. ebutkan tiga cara memperbesar gaya 8orent/ yang ditimbulkan ka!at berarus dalam medan magnet 6. Berdasarkan gambar berikut, tentukan besarnya gaya 8orent/. (+ ; = A, B ; 3 5, l ; -2 m) 7. 5entukan arah gaya 8orent/ gambar berikut. 8. "engapa menambah jumlah lilitan dapat menghasilkan kemagnetan yang lebih besar 9. Bagaimana cara penentuan elektromagnet 10. Apakah yang terjadi pada besi dan baja apabila arah gosokan ujung magnet tetap arahnya bolak balik 11. "engapa jika kaca digosok dengan magnet tetap, berapapun lamanya gosokan kaca tidak dapat menjadi magnet 12. "engapa magnet yang dibakar akan hilang sifat kemagnetannya 13. Apakah perbedaan antara kutub utara dan kutub selatan sebuah magnet 14. ebutkan dua sifatsifat kutub magnet yang saling berdekatan. 15. Apakah yang dimaksud medan magnet 16. Bagaimanakah pengaruh jumlah garis gaya magnet terhadap kekuatan magnet
