Melayani siapa saja untuk belajar fisika kapan saja dan dimana saja

Sunday, March 21, 2021

Induksi Magnetik dan Aplikasinya dalam Kehidupan Sehari-hari atau Teknologi

Sahabat fisioner kali ini kita akan membahas topik tentang induksi magnetik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi. Terdapat beberapa penerapan induksi magnetik dalam kehidupan sehari-hari-hari atau teknologi. Sahabat fisioner, tahukah bagaimana cara kerja alat pengangkat besi diatas? Konsep/prinsip/hukum fisika apakah yang berlaku pada alat pengangkat besi tersebut? Nah pertanyaan ini bisa sahabat fisioner jawab setelah mempelajari topik induksi magnetik berikut ini.  

Topik: Induksi magnetik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi

1. Magnet

Lebih dari 2000 tahun yang lalu, orang yunani yang hidup di magnesia menemukan batu yang istemewa. Batu tersebut dapat menarik benda-benda yang mengandung logam. Ketika batu itu digantung sehingga dapat berputar, salah satu ujungnya selalu menunjukkan arah utara. Karena batu itu ditemukan di magnesia, orang yunani menamainya magnetit. Bahan-bahan magnetik dapat dibagi menjadi tiga, yaitu ferromagnetik, paramagnetik dan diamagnetik. Bahan ferromagnetik merupakan bahan yang dapat ditarik magnet dengan kuat, contohnya besi, baja, nikel dan kobal. Bahan paramagnetik merupakan bahan yang ditarik magnet dengan gaya magnet yang lemah, contohnya aluminium, platina, mangan. Sedangkan bahan diamagnetik adalah bahan yang sulit dipengaruhi medan magnet luar, contohnya: bismuth, timbelantimon, air raksa, emas, air, fosfor dan tembaga.

Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih bekerja gaya magnet, dan digambarkan oleh garis gaya magnet yang menyebar dari kutub-kutub magnet (Gambar di atas). Pada dasarnya sumber medan magnet tidak hanya magnet permanen tetapi dapat juga berupa elektromagnet yaitu magnet yang dihasilkan oleh arus listrik atau muatan-muatan listrik yang bergerak. Terjadinya medan magnet oleh arus listrik pertama kali dikemukakan oleh Hans Christian Oersted (1777 - 1851) fisikawan dari Denmark yang mengemukakan bahwa sebuah jarum magnet dapat disimpangkan oleh suatu arus listrik yang mengalir melalui seutas kawat konduktor.

Sesuai dengan gambar di atas, Oersted menemukan bahwa jika kawat tidak dialiri arus listrik (I = 0) maka jarum listrik tidak menyimpang. Jika kawat dialiri arus listrik dari A ke B maka jarum magnet akan meyimpang ke kiri, sedangkan jika kawat dialiri listrik B ke A maka magnet akan menyimpang ke kanan. Oersted menjelaskan bahwa penyimpangan jarum magnet tersebut disebabkan oleh adanya medan magnet disekitar arus listrik yang dapat mempengaruhi medan lain disekitarnya. Dalam hal ini, magnet yang dihasilkan oleh arus listrik disebut dengan elektromagnetik. Medan magnet yang dihasilkan oleh eketromagnetik mempunyai arah. Untuk menentukan arah medan magnet dapat digunakan kaidah tangan kanan, yaitu arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), sedangkan arah lipatan jari menunjukkan arah medan magnet (B). perhatikan gambar berikut.

2. Induksi Magnet di dekat kawat lurus panjang berarus

Besarnya induksi magnetik di titik P yang berjarak a dari penghantar kawat lurus yang sangat panjang dan dialiri arus I dapat diketahui melalui persamaan berikut.
induksi magnetik kawat lurus berarus
Dimana :
B = induksi magnetik (weber/m2)
µ0 = peremeabilitas udara/vakum (weber/Amperemeter)
= 4πx10-7 Wb/A.m
i = kuat arus (Ampere)
a = jarak titik ke penghantar (meter)
π = 22/7 = 3,14


Contoh Soal

Sebuah kawat lurus panjang berarus dialiri arus sebesar 2 A. Tentukan besar induksi magnetik pada titik P yang berjarak 2 cm dari kawat tersebut. (µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m)

Penyelesaian

Diketahui:

i = 2 A

a = 2 cm = 2 x 10-2 m

µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m

Ditanyakan:

B = ….?

Jawab:
Jadi besarnya induksi magnetik di titip P adalah 2 x 10-5 Wb/m2

2. Induksi Magnetik pada pusat arus melingkar

Besarnya induksi magnetik pada pusat arus melingkar dapat diketahui melalui persamaan berikut.
induksi magnetik di sekitar kawat melingkar
dengan :
B = induksi magnetik
i = kuat arus
µ0 = permeabilitas udara/vakum
a = jari-jari lingkaran
Jika jumlah kawat lilitan lebih dari satu, maka besarnya induksi magnetik dapat diketahui melalui persamaan berikut.
induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus
dengan :
N = jumlah lilitan kawat


Contoh Soal

Sebuah kawat melingkar dengan jari-jari 10 cm dialiri arus 2 A. (µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m). Tentukan:

a. Induksi magnetik di pusat lingkaran

b. Induksi magnetik jika banyaknya lilitan kawat 10 lilitan

Penyelesaian

Diketahui:

a = 10 cm = 10 x 10-2 m = 10-3 m

i = 2A

µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m

Ditanyakan:

a.       B = …?

b.      B = ….? Jika N = 10

Jawab:

3. Induksi Magnetik pada Solenoida

Sebuah solenoida adalah kawat penghantar beraliran listrik yang digulung menjadi sebuah kumparan panjang. Medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuah kumparan yang dialiri arus listrik lebih kuat daripada medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuah lingkaran. Spektrum magnet yang dihasilkan oleh sebuah solenoida sama dengan spektrum yang dihasilkan oleh sebuah magnet batang. Jadi sebuah solenoida berkelakuan sama dengan magnet batang. Jika pada tiap ujung kumparan ditempatkan sebuah magnet jarum maka kutub utara salah satu magnet akan ditarik oleh ujung kumparan yang satu sedangkan kutub utara magnet yang lain ditolak oleh ujung kumparan yang lainnya. Jika di dalam kumparan ditempatkan inti besi lunak, maka kemagnetannya menjadi jauh lebih besar, dimana susunan seperti itu disebut elektromagnet. Besar induksi medan magnet di tengah-tengah solenoida memenuhi persamaan:

induksi magnetik solenoida
Dengan:
B = induksi magnetik di pusat kumparan
i = kuat arus
N = jumlah lilitan
l = panjang solenoida
µ0 = permeabilitas udara/vakum
Sedangkan di ujung solenoida:
induksi magnetik solenoida
Dengan:
B = induksi magnetik
i = kuat arus
N = jumlah lilitan
l = panjang solenoida
µ0 = permeabilitas udara/vakum


Contoh Soal

Sebuah solenoida dengan panjang 20 cm dan jumlah lilitan 100 dialiri arus sebesar 2 A. (µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m). Tentukan:

a. besar induksi magnetik di tengah-tengah solenoida

b. besar induksi magnetik di ujung solenoida 

Penyelesaian

Diketahui:

l = 20 cm = 20 x 10-2 m = 2 x 10-3 m

N = 100 lilitan

i = 2 A

µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m

Ditanyakan:

a. B = ….? Di tengah solenoida

b. B = ….? Di ujung solenoida

Jawab:

4. Induksi Magnetik pada Toroida

Toroida adalah kawat yang dililitkan pada inti yang berbentuk lingkaran atau solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya membentuk sebuah lingkaran. Jadi pada prinsipnya toroida merupakan solenoida yang intinya dibengkokkan sehingga berbentuk lingkaran. Sesuai dengan persamaan induksi magnetik di tengah solenoida maka besarnya induksi magnetik pada sumbu toroida akan menjadi persamaan berikut.

induksi magnetik toroida
Dengan n adalah jumlah lilitan kawat (N) per satuan panjang kawat. Dalam hal ini panjang kawat adalah sama dengan keliling lingkaran ( 2pa ), sehingga persamaannya menjadi sebagai berikut.
induksi magnetik toroida
dimana :
B = induksi magnetik
µ0 = permeabilitas udara/vakum
N = jumlah lilitan
π = 22/7=3,14
a = jari-jari efektif toroida


Contoh Soal

Sebuah toroida memiliki jari-jari efektif 10 cm dan jumlah lilitan 10 dialiri arus sebesar 2 A. (µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m). Tentukanlah besarnya induksi magnetik pada sumbu toroida!

Penyelesaian

Diketahui:

a = 10 cm = 10 x 10-2 m = 10-3 m

N = 10 lilitan

i = 2 A

µ0 = 4πx10-7 Wb/A.m

Ditanyakan: B = ….?

Jawab:
Jadi besarnya medan magnet pada sumbu toroida sebesar 40 x 10-4 Wb/m2

5. Aplikasi Induksi Magnetik dalam Kehidupan Sehari-hari atau Teknologi

Terdapat beberapa aplikasi induksi magnetik dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi seperti diantaranya alat pengangkat besi, bel listrik, relai, telepon, motor listrik, alat ukur listrik, dan yang lainnya. Kali ini kita akan membahas aplikasi induksi magnetik pada alat pengangkat besi seperti pada gambar di atas. 

Alat pengangkat besi merupakan salah satu penerapan dari induksi magnetik yang digunakan untuk mengangkat, memindahkan, benda-benda logam yang berat atau terbuat dari besi dan baja, dimana alat pengangkat besi ini memiliki sifat kemagnetan sementara yang kuat. Dewasa ini alat tersebut digunakan untuk memisahkan bahan logam dengan bahan bukan logam misalnya pada tempat bekas bangunan gedung. 

Prinsip kerja alat pengangkat besi tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada umumnya alat tersebut menggunakan kumparan berisi inti besi lunak yang berbentuk U. Dengan mengalirkan arus listrik pada kumparan, inti besi yang berbentuk U tersebut menjadi sebuah magnet sehingga dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi ataupun baja. Setelah sampai pada tempat yang ditentukan, besi atau baja yang diangkat tersebut diletakkan dengan cara memutuskan aliran arus yang mengalir pada kumparan sehingga alat tersebut sifat kemagnetannya hilang sehingga besi atau baja tersebut terlepas. Untuk memperbesar gaya tarik alat, dapat dilakukan dengan cara menambah lilitan dan menambah arus listrik. 

Demikianlah penjelasan tentang induksi magnetik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi. Semoga memberikan wawasan dan memberikan semangat untuk senantiasa belajar fisika.

Artikel lainnya:

No comments:

Post a Comment