LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FISIKA DASAR II “MEDAN MAGNET BUMI”
DISUSUN OLEH : NAMA : RESPITA MURTININGRUM MURTININGRUM NIM : 09/283271/PA/12502 09/283271/PA/12502 PRODI : FISIKA TANGGAL PERCOBAAN : 3 MEI 2010 JAM/SESI : 15.00 ASSISTEN : NUR HAYATI
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2010
LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM “MEDAN MAGNET BUMI” I.
PENDAHULUAN A. Latar Belakang Ilmu pengetahuan megnetisme tumbuh dari pengamatan bahwa “batu - batu” batu” (magnetit) tertentu akan menarik potongan besi yang kecil-kecil. Perkataan magnetisme berasal dari Magnesia di Asia kecil, yakni di antara tempat dimana batu-batu tersebut ditemukan. Terdapat magnet alami, yang merupakan magnet permanen. “Magnet alamia” yang lain adalah bumi sendiri, yang aksi pengarahanya pada sebuah jarum kompas magnetik telah dikenal dikenal sejak zaman purbakala. Dalam kehidupan sehari-hari tentunya kita tidak asing lagi dengan istilah medan magnet. Bumi pun memiliki dua medan, yaitu pada kutub utara dan kutub selatan. Medan magnet dalam ilmu fisika adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak. Oersted menemukan bahwa arus listrik di dalam sebuah kawat dapat juga menghasilkan efek-efek magnetik, yaitu arus tersebut dapat mengubah arah (orientasi) sebuah jarum pada sebuah kompas. B. Tujuan Percobaan ini bertujuan untuk: a. Mengukur kuat medan magnet bumi dengan beberapa cara
II. DASAR TEORI A. Cara I Jika sebuah magnet dalam medan uniform dengan kekuatan B, ditempatkan dengan sudut terhadap garis-garis gaya medan tersebut maka magnet akan mengalami gaya F pada kutub-kutubnya. Besar F ini berbanding langsung dengan B. Jadi F = c1B ........................ (1) Jika magnet bebas berputar melingkari P maka komponen F yang tegak lurus pada batang akan menyebabkan magnet berisolasi berkisar P. Persamaan differensial yang menguasai gerakan osilasi ini adalah:
.............................. .............................. (2)
Dimana
I = momen kelembaman batang = puntiran (momen) yang dirasakan oleh batang
Dalam hal ini
....................... ....................... (3)
Untuk kecil dengan L = panjang batang Gabungan (1), (2), dan (3) memberikan
Yang penyelesaianya adalah:
;
.................... (4)
Kita membuat medan magnet homogen dengan mengalirkan arus i melalui kumparan. Kuat medan ditengah-tengah kumparan ialah. .................... (5) Dimana c2 adalah konstanta, yang besarnya tergantung dari kumparanya dan pemilihan sistim satuan yang digunakan. Jika kita menempatkan kumparanya searah sea rah dengan magnet bumi maka kuat medan total di dalam kumparan tadi menjadi Bt = Bc + B b .................... (6) Dimana B b komponen horizontal dengan medan magnet bumi. B. Cara II Sebuah kawat lurus yang dilalui arus listrik menimbulkan medan magnet di sekitarnya dengan garis-garis gaya berbentuk lingkaran. Sepanjang satu lingkaran tertentu harga absolut Bw tidak berubah, yang berubah hanya arahnya. Menumpang (disuperposisikan) pada B w adalah komponen horisontal medan magnet bumi B b. Arah jarum kompas akan sejajar dengan resultan B b + Bw. III.
METODE EKSPERIMEN A. Alat dan Bahan 1. Jarum dan atau batang magnet kmpas 2. Penghantar listrik dengan berbagai bentuk 3. Sumber listrik searah 4. Stopwatch 5. Penggaris B. Skema Percobaan 1. Percobaan 1
2.
Percobaan 2
C. Cara Kerja 1. Percobaan 1 metode osilasi batang magnet a. Alat disusun sesuia skema percobaan b. Sumber arus listrik dihubungkan ke alat eksperimen c. Arus dipasang pada 0.2 A d. Waktu ducatat pada saat batang bergerak selama 20 osilasi e. Arus divariasikan pada 0.4, 0.6, sampai mencapai 6 data f. Langkah c diulangi kembali g. Setelah data didapatkan, dibuat grafik 1/T 2 versus I 2. Percobaan 2 variasi I dengan d tetap a. Alat disusun sesuai skema percobaan b. d(tinggi kawat dari kompas) dibuat 3 cm c. Arus dipasang pada 0.2 A d. Sudut penyimpangan jarum kompas dicatat dari arah sejajar kawat e. Arus divariasikan pada 0.4, 0.6 dan seterusnya hingga didapat enam data f. Langkah d diulangi kembali g. Setelah langkah didapatkan, dibuat grafik tan versus I h. Langkah a-g diulangi kembali untuk d 4 cm 3. Percobaan 3 variasi d engan I tetap a. Alat disusun sesuai skema percobaan b. Arus dipasang tetap sebesar 1 A c. Tinggi kawat (d) dipasang 2 cm d. Sudut penyimpangan jarum kompas dicatat dari arah sejajar kawat e. Tinggi kawat (d) divariasikan pada 2.5 cm, 3 cm dan seterusnya hingga didapat enam data f. Langkah d diulang kembali g. Setelah langkah didapatkan, dibuat grafik tan versus d h. Langkah a-g diulangi kembali untuk arus sebesar 2 A
D. Metode Analisis Data 1. Percobaab I Metode Osilasi Batang Magnet
B = Bb + Bw , dengan
Bw =
⌉ ⌈⌉ ⌉ ⌈⌉
Y = m x + Grafik linier
c
√ √ X=I
2.
Percobaan II Variasi I dengan d tetap
Ni
tidak ada,
,
;
y = y = tan
m
;
x
d1
d2 x=I
( ) ( ) ( ) ( )
;
3.
Percobaan III Variasi d dengan I tetap
y = m y = 1/tan
x
I1
I2 x=d
( ) ( ) ( ) IV. HASIL PERCOBAAN A. Tabel Data Percobaan 1. Percobaan 1 I (ampere) t (sekon) 0,2 15,94 0,4 12,88 0,6 10,07 0,8 7,32 1,0 6,81 1,2 5,53 1,4 4,40 1,6 4,53 1,8 3,78 2,0 3,53
T (sekon) 0,80 0,64 0,50 0,37 0,34 0,28 0,22 0,23 0,19 0,18
1/T (s- ) 1,25 1,55 1,99 2,73 2,94 3,62 4,55 4,42 5,29 5,67
T 0,64 0,41 0,25 0,13 0,12 0,08 0,05 0,05 0,04 0,03
1/T 1,57 2,41 3,94 7,47 8,63 13,08 20,66 19,49 27,99 32,10
2.
3.
Percobaan 2 d = 3 cm I (A) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 d = 4 cm I (A) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Percobaan 3 I=1A d (cm) 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 I=2A d (cm) 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
6 6 7,5 10 11 14
tan 0,11 0,11 0,13 0,18 0,19 0,25
5 7 9 11 14 16
tan 0,09 0,12 0,16 0,19 0,25 0,29
20 13 11 8 11 8
1/tan 2,75 4,33 5,14 7,11 5,14 7,11
26 22 18 20 17 14
1/tan 2,05 2,47 3,08 2,75 3,27 4,01
B. Grafik Percobaan 1. Percobaan 1
2.
Percobaan 2
3.
Percobaan 3
C. Perhitungan 1. Percobaan 1 x
y
x2
y2
xy
0,6
3,94
0,36
15,56
2,36675
0,8
7,47
0,64
55,73
5,97211
1,4
20,66
1,96
426,88
28,92562
1,8
27,99
3,24
783,71
50,39053
2
32,10
4
1030,44
64,20082
Σxi2 Σyi2
Σxi = 6,6 Σyi = 92,16602 Σxiyi = 151,8558 (Σxiyi)2 = 23.060,18
2.
= 10,2 = 2312,313 (Σxi )2 = 43,56 (Σyi )2 = 8.494,57
( ) ( ) Percobaan 2 d = 3 cm x
y
x2
y2
xy
0,4
0,11
0,16
0,0121
0,044
0,8
0,18
0,64
0,0324
0,144
1,2
0,25
1,44
0,0625
0,3
Σxi = 2,4 Σyi = 0,54 Σxiyi = 0,488 (Σxiyi)2 = 0,238144
Σxi2 Σyi2
= 2,24 = 0,107 (Σxi )2 = 5,76 (Σyi )2 = 0,2916
( ) ( ) d = 4 cm x
y
x2
y2
xy
0,4
0,12
0,16
0,0144
0,048
0,6
0,16
0,36
0,0256
0,096
1
0,25
1
0,0625
0,25
1,2
0,29
1,44
0,0841
0,348
3,2
0,82
2,96
0,1866
0,742
Σxi = 3,2 Σyi = 0,82 Σxiyi = 0,742 (Σxiyi)2 = 0,550564
Σxi2 Σyi2
= 2,96 = 0,1866 (Σxi )2 = 10,24 (Σyi )2 = 0,6724
( ) ( )
3.
Percobaan 3 I=1A x
y
x2
y2
xy
2
2,75
4
7,5625
5,5
2,5
4,33
6,25
18,7489
10,825
3,5
7,11
12,25
50,5521
24,885
Σxi2 Σyi2
Σxi = 8 Σyi = 14,19 Σxiyi = 41,21 (Σxiyi)2 = 1.6982641
= 22,5 = 76,8635 (Σxi )2 = 64 (Σyi )2 = 201,3561
( ) I=2A x
y
x2
y2
xy
2
2,05
4
4,2025
4,1
2,5
2,47
6,25
6,1009
6,175
3
3,08
9
9,4864
9,24
4,5
4,01
20,25
16,0801
18,045
Σxi = 11 Σyi = 16,61 Σxiyi = 37,56 (Σxiyi)2 = 1.410,7536
Σxi2 Σyi2
= 39,5 = 35,8699 (Σxi )2 = 121 (Σyi )2 = 275,8921
( )
V. PEMBAHASAN Pada percobaan kali ini, yang berjudul medan maksud bumi ini dimaksudkan untuk mengukur kuat medan magnet bumi dengan berbagai macam cara. Dalam kenyataanya bumi juga merupakan sebuah magnet, yang kutub-kutubnya terdapat pada kutub utara dan kutub selatan. Sama halnya dengan sebuah s ebuah magnet yang memiliki dua buah kutub. Pada percobaan pertama digunanakan cara osilasi batang untuk menentukan medan magnet bumi. Batang osilasi ditempatkan di dalam kumparan kawat berarus listrik. Karena pada dasarnya arus listrik dapat mempengaruhi kecepatan periode osilasi batang. Kemudian arus listrik pada kawat tersebut divariasikan. Dapat dilihat dari hasil eksperimen, bahwa semakin besar besar arus listrik listrik yang diberikan maka maka periode osilasi akan semakin kecil. Artinya batang menjadi semakin cepat berosilasi. Setelah didapatkan data, dibuat grafik analisa 1/T2 versus I. Sedangkan pada percobaan kedua digunakan cara kawat listrik. Kawat yang dialiri arus listrik di tempatkan diatas kompas. Dengan variasi arus listrik dan tinggi tetap. Tinggi/jarak kawat dibuat 3cm dan 4cm, kemudian arus divariasikan. Pada eksperimen terjadi pengaruh arus listrik pada pergeseran arah jarum kompas, hal tersebut membuktikan bahwa kawat berarus dapat mempengaruhi arah jarum kompas. Setelah didapatkan hasil data pergeseran jarum kompasnya, kemudian dibuat grafik analisa tan versus I. Sama halnya dengan percobaan kedua, pada percobaan ketiga ini juga menggunakan cara kawat listrik. Bedanya pada percobaan ketiga arus dibuat tetap dan tinggi/jarak divariasikan. Arus dibuat 1 ampere dan 2 ampere, kemudian tinggi/jarak kawat divariasikan. Pada percobaan ini juga terjadi pergeseran arah jarum kompas. Setelah didapatkan data pergeseran jarum kompas, kemudian dibuat grafik analisa 1/tan versus d. Pada proses analisa digunakan metode grafik untuk menentukan kuat medan magnet bumi. Namun pda percobaan ini, ralat tidak tergambar. Oleh karena itu, digunakan metode regresi linier sebagai acuan perhitungan.
Dari hasil percobaandidapatkan hasil perhitungan sebagai berikut: a. Percobaan 1 b. Percobaan 2
d = 3cm
d = 4 cm c. Percobaan 3
I = 1A
I = 2A Dari hasil perhitungan masih terdapat perbedaan hasil akhir dengan teori. Hal ini dapat dikarenakan oleh beberapa faktor. Salah satu faktor alami adalah, mungkin saja terjadi pengaruh dari alat-alat elektronik di sekitar percobaan. Peralatan elektronik dapat memancarkan gelombang elektromagnetik sehingga dapat mengganggu proses pengukuran. Kesalahan juga terjadi pada proses perhitungan dan analisa data. Analisa data pada grafik dapat memberikan pengaruh pada hasil perhitungan, karena apabila garis/alur datanya salah maka akan menyebabkan kesalahan pada gradien, sehingga hasil akhir menadi berubah juga.
VI. KESIMPULAN Didapatkan hasil eksperimen sebagai berikut: a. Percobaan 1 b. Percobaan 2
d = 4 cm Percobaan 3
c.
d = 3cm
I = 1A
I = 2A
VII. DAFTAR PUSTAKA
Laboraturium Fisika Dasar.1996. Panduan .Yogyakarta: Panduan Praktikum Praktikum Fisika Dasar II .Yogyakarta: Fakultas MIPA Universitas Gadjah Mada
Halliday dan Resnick.1996. Fisika Fisika Dasar Jilid Jilid II.Jakarta: Erlangga
http//:www.wikipedia.org
http//:www.gudangilmufisika.com/medanmagnetbumi
Assiten
Nur Hayati
Yogyakarta, 9 Mei 2010 Praktikan
Respita Murtiningrum
