Elektromagnetik

Pada tahun 1819, Hans Christian Oersted menemukan bahwa medan magnet dapat timbul di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik. Penemuan ini didasarkan atas percobaan dengan menempatkan kompas disekitar kawat di sekitar kawat berarus listrik. Melalui percobaan, ia berhasil mengungkap hubungan antara listrik dan magnet. Ia berhasil membuktikan bahwa penghantar yang berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik.

Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Medan magnet juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa arus listrik yang mengaliri dalam kawat penghantar ini menghasilkan medan magnetik, atau disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik.

Pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus listrik yang digunakan semakin besar medan magnetik yang dihasilkan.

Arah medan magnetik di sekitar kawat penghantar lurus berarus listrik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), maka arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat digunakan untuk menemukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk lingkaran yang dialiri listrik.

Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik, dapat dilakukan dengan cara:

1. Perhatikan arah listrik yang mengalir pada kumparan.
2. Ujung kumparan yang pertama kali mendapat arus listrik dijadikan sebagai pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet.
3. Kemudian, genggam ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawan pada inti besi.
   
4. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggam kumparan yang berinti besi.
5. Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan.
6. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tangan ke belakang, kemudian genggam kumparan kawat itu.
7. Dengan cara yang sama kita dapat juga menentukan letak kutub utara, dan kutub selatan magnet.

Ternyata penghantar berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet  juga mengalami gaya magnet. Hal ini ditemukan pertama kali oleh Hendrik Antoon Lorentz. Gaya Lorentz terjadi apabila kawat penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnetik. Besar gaya Lorentz bergantung pada besar medan magnetik, panjang penghantar, dan besar arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar. Untuk arah aliran arus listrik tegak lurus terhadap arah medan magnet, gaya Lorentz dapat dinyatakan dengan:

F = B x I x l

Keterangan:

F = gaya Lorentz pada kawat (N)

B = medan magnet (Tesla)

I = arus listrik (A)

l = panjang kawat (m)

Gaya Lorentz sudah banyak diterapkan dalam peralatan sehari-hari, antara lain:

1. Alat bor listrik

2. Blender rumah tangga

3. Mikser

4. Alat pengering rambut (Hair Dryer)

5. Mesin penyedot air

6. Mesin cuci

Prinsip kerja dari semua alat diatas adalah dengan mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

Magnet dan Kemagnetan

A.    Pengertian Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.

Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Macam-macam bentuk magnet :

1. magnet jarum

2. magnet ladam (tapal kuda)

3. magnet huruf U

4. magnet keping

5. magnet batang

6. magnet silinder

7. magnet cincin

nama magnet biasanya disesuaikan dengan bentuknya.

B. Medan Magnet

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 lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

Walaupun gaya-gaya magnet yang terkuat terletak pada kutub-kutub magnet, gaya-gaya magnet tidak hanya berada pada kutub-kutubnya saja. Gaya-gaya magnet juga timbul di sekitar magnet. Daerah di sekitar magnet yang terdapat gaya-gaya magnet disebut medan magnet. Garis gaya magnet dapat digambarkan dengan cara menaburkan serbuk besi pada kertas yang diletakkan di atas magnet. Jika pada suatu tempat garis gaya magnetnya rapat, berarti gaya magnetnya kuat. Sebaliknya jika garis gaya magnetnya renggang, berarti gaya magnetnya lemah.

C. Sifat-sifat Magnet

1. Magnet mempunyai gaya tarik terhadap benda lain disebut dengan gaya magnet.

Gaya tarik paling besar berada pada kutub-kutubnya. Gaya magnet adalah gaya yang ditimbulkan oleh daya tarik magnet. Hanya benda-benda yang memiliki sifat tertentu saja yang dapat ditari oleh magnet. Magnet dapat menarik benda yang bersifat magnetis disebut feromagnetik misalnya besi, baja, kobalt, nikel. Magnet tidak dapat menarik benda yang bersifat non magnetis disebut diamagnetis misalnya emas, tembaga, perak, aluminium, kaca, kertas, karet, plastik.

Kekuatan gaya magnet untuk menarik benda yang bersifat magnetic dipengaruhi oleh gaya magnet, jarak benda magnetik, dan ujung-ujung magnet/ kutub magnet.

2. Magnet mempunyai dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan.

Kekuatan sifat magnet paling besar terdapat pada kutub-kutubnya. Jika kutub senama (utara-utara atau selatan-selatan) dihadapkan maka kedua magnet akan saling menolak. Jika kutub yang berbeda (utara-selatan) dihadapkan maka kedua magnet akan saling menarik. Jika kutub tidak senama dari dua, tiga, empat buah magnet dihubungkan maka akan terbentuk satu magnet baru yang memiliki satu kutub utara dan satu kutub selatan. Jika sebuah magnet dipotong menjadi dua bagian, maka akan terbentuk dua magnet yang masing-masing memiliki kutub utara dan kutub selatan.

3. Di sekitar medan magnet terdapat garis magnet.

Daerah di sekitar magnet yang dipengaruhi gaya tarik magnet disebut medan magnet. Yang paling kuat terletak pada kutubnya.  Medan magnetik didefinisikan sebagai daerah atau ruang di sekitar magnet yang masih dipengaruhi gaya magnetik. Kuat dan arah medan magnetik dapat juga dinyatakan oleh garis-garis gaya magnetik.

Ada tiga aturan garis-garis medan magnet, yaitu :

1. Garis-garis medan magnet tidak pernah memotong satu sama lain
2. Garis-garis medan magnet selalu keluar dari kutub utara dan memasuki kutub selatan dan membentuk kurva tertutup.
3. Jika garis-garis medan magnet di daerah tertentu rapat, maka medan magnetis pada daerah itu kuat, demikian sebaliknya jika garis-garis medan magnet renggang, maka medan magnetis di daerah itu lemah.

D.    Cara Membuat Magnet

Seiring dengan teknologi yang semakin maju, maka dibuatlah magnet buatan. Bahan yang dapat dibuat untuk membuat magnet adalah besi atau baja. Besi lebih mudah dibuat menjadi magnet namun kemagnetannya cepat hilang. Baja sangat sukar dibuat magnet. Namun demikian, kemagnetannya lebih tahan lama dibandingkan dengan magnet yang dibuat dari besi. Terdapat beberapa cara dalam pembuatan magnet di antaranya adalah sebagai berikut :

1.         Cara induksi

Magnet dapat dibuat dengan cara induksi, yaitu mendekatkan atau menempelkan magnet pada benda yang akan dijadikan sebagai magnet, contohnya paku. Benda magnetis yang menempel pada magnet dapat menarik benda-benda magnetis lainnya, contohnya jarum atau paku payung.

2.         Cara Menggosok

Magnet dapat dibuat dengan cara menggosok benda yang akan dijadikan magnet dengan magnet batang yang kita miliki atau terdapat di sekolah. Untuk mendapatkan magnet dengan cara menggosok, lakukanlah langkah-langkah berikut ini.

a)      Letakkan sebatang besi atau baja yang akan dijadikan magnet diatas meja.

b)      Gosokkan salah satu kutub magnet pada besi atau baja tersebut dengan kuat dan searah.

c)      Lakukan gosokkan tersebut berulang-ulang. Semakin lama menggosok maka semakin kuat kemagnetannya.

3.         Mengalirkan arus listrik

Untuk membuat magnet dengan cara mengalirkan arus listrik, kita membutuhkan paku yang cukup besar, kawat kumparan, dan batu baterai sebagai sumber arus listriknya. Perhatikan cara pembuatan magnet dengan mengalirkan arus listrik berikut ini!

a)      Lilitkan paku dengan kawat kumparan. Semakin banyak kumparan maka kemagnetannya akan semakin kuat

b)      Sambungkan kedua kawat kumparan pada batu baterai.

c)      Dekatkan paku tersebut dengan jarum atau paku payung maka jarum dan paku payung akan menempel pada paku.

E. Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan

1.       Magnet dipanasakan hingga berpijar atau dibakar

Pemanasan  pada magnet menyebabkan sifat kemagnetannya berkurang atau bahkan hilang. Hal ini terjadi karena tambahan energi akibat pemanasan menyebabkan partikel-partikel bahan bergerak lebih cepat dan lebih acak, maka sebagian magnet elementernya tidak lagi menunjuk arah yang sama seperti semula. Bahkan setiap benda di atas suhu tertentu sama sekali tidak dapat dibuat menjadi magnet.

2.       Magnet dipukul atau ditempa hingga bentuknya berubah atau rusak

Magnet yang  mengalami pemukulan akan  menyebabkan perubahan susunan  magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah. Magnet-magnet elementer yang tadinya segaris (searah) menjadi berarah sembarangan, sehingga benda kehilangan sifat magnetiknya.

3.       Magnet diletakkan pada solenoida (kumparan kawat berbentuk tabung panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik bolak-balik (AC).

Penggunaan arus AC menyebabkan arah arus  listrik yang  selalu  berubah-ubah. Perubahan arah arus listrik memengaruhi letak dan arah magnet elementer. Apabila letak dan arah magnet elementer berubah, sifat kemagnetannya hilang.

E. Penggunaan Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Kompas

Pada kompas terpasang magnet jarum yang selalu menunjuk arah utara dan selatan.

2. Alat Pengangkut Besi Tua

Alat pengangkut besi tua menggunakaneketromagnet yang dialiri arus lisrik kuat sehingga besi tua akan menampel pada magnet.

3. Ujung Gunting dan Obeng

Ujung gunting dibuat dari magnet supaya dapat digunakan untuk mengambil jarum dan pisau silet. Ujung obeng dibuat dari magnet agar dapat lebih mudah mengambil sekrup dan dan memasangnya pada lubang.

4. Pintu Kulkas

Pada bagian dalam pintu kulkas terdapat sekat karet yang melapisi magnet di dalamnya. Tujuannya agar pintu kulkas selalu tertutup rapat sehingga makanan di dalamnya tetap segar.

5. Buah Catur

Bagian bawah papan catur memiliki magnet agar buah catur tetap menempel kuat pada tempatnya.

6. Kereta Api Maglev (Magnetic Levitation)

Kereta api jenis ini tidak memiliki roda dan dapat meluncur di atas udara. Rel kereta api ini terbuat dari magnet untuk menyangga kereta api dan membuat kereta api melayang dan bergerak.

7. Dinamo Sepeda

Di dalam dinamo sepeda terdapat magnet yang berputar membangkitkan listrik sehingga lampu dapat menyala.

8. Bel listrik

Bel listrik menggunakan inti besi yang dialiri arus listrik. Magnet yang muncul manarik jangkar besi sehingga pemukul mengenai bel dan bel berbunyi.