HUKUM- HUKUM KEMANGNETAN

HUKUM- HUKUM KEMANGNETAN

Bunyi-Bunyi Hukum Listrik dan Magnet

.      1.  BUNYI HUKUM COULOMB

“gaya yang dilakukan oleh suatu muatan pada titik lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatantesebut. Besarnya gaya berbanding terbalik kuadrat jaarak keduanya, berbanding lurus dengan perkalian kedua muatan”.

2.  2.     BUNYI HUKUM GAUSS

“jumlah garis-garis medan listrik (fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara ”.

3.    3.   BUNYI HUKUM OHM

“Besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya”. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya.

4.      BUNYI HUKUM KIRCHOFF

a.     4. Hukum Kirchoff I

“jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.

b.    5.   Hukum Kirchoff II

“dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial adalah nol”.

5.    6. BUNYI HUKUM BIOT dan SAVART

“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suattu penghantar yang berada diantara medan magnetik”.

6.   7.    BUNYI HUKUM AMPERE

“Intergral garis induksi magnetik B melalui lintasan tertutup sama dengan  kali jumlah yang terlingkupi oleh lintasan itu”.

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan

bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.

7.     8.  BUNYI HUKUM FARADAY

“GGL induksi yang timbul antara ujung-ujung loop suatu penghantar berbanding lurus denngan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.

8.    9.   BUNYI HUKUM LENZ

“Arah arus induksi pada suatu rangkaian adalah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik ( arus induksi berusaha mempertahankan agar fluks magnetik total adalah konstan )”.

Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.

Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.

Konversi Energi Elektromekanik

Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:

“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”

Fluksi Medan Magnet

Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik.

Gambar 1. Belitan kawat berinti udara dan garis-garis gaya magnet.

Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik (Φ) diukur dalam Weber, disingkat Wb dan didefinisikan dengan:

”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”

Weber = Volt x detik

[Φ] = 1 Voltdetik = 1 Wb

Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul
medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan, seperti diperlihatkan pada gambar 2.

Gambar 2. Daerah Pengaruh medan magnet.

Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir. Gaya gerak magnetik (θ) sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit.

θ = I . N

[θ] = Amper-turn

dimana;

θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N = Jumlah belitan kawat

Contoh : Belitan kawat sebanyak 500 lilit, dialiri arus 2 A.
Hitunglah a) gaya gerak magnetiknya b) jika kasus a) dipakai 1000 lilit berapa besarnya arus ?
Jawaban :
a) θ = I . N = 500 lilit x 2 A = 1.000 Ampere-lilit
b) I = θ /N = 1.000 Amper-lilit/1000 lilit = 1 Ampere.


Kuat Medan Magnet

Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya. Belitan toroida yang besar memiliki diameter lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet (Θ = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas.

Persamaan kuat medan magnet adalah:



Dimana:
H = Kuat medan magnet
lm = Panjang lintasan
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N= Jumlah belitan kawat

Contoh : Kumparan toroida dengan 6.000 belitan kawat, panjang lintasan magnet 30cm, arus yang mengalir sebesar 200 mA. Hitung besarnya kuat medan magnetiknya
Jawaban :
H = I.N/Im = 0,2 A. 6.000 / 0,3 = 4000 A/m

Kerapatan Fluksi Magnet

Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluksi magnet”, artinya fluksi magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah, sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluksi magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi.

Kerapatan fluksi magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai:

“fluksi persatuan luas penampang”

Satuan fluksi magnet adalah Tesla. Persamaan fluksi magnet adalah:



Dimana;
B = Kerapatan medan magnet
Φ = Fluksi magnet
A = Penampang inti

Contoh : Belitan kawat bentuk inti persegi 50mm x 30 mm, menghasilkan kerapatan fluksi magnet sebesar 0,8 Tesla. Hitung besar fluksi magnetnya.

Jawaban: B = Φ/ A, maka Φ = B.A = 0,08T x (0,05 m x 0,03 m) = 1,2 mWb

RANGKAIAN MAGNET (bag.2)

Permeabilitas Magnet

Daya hantar atau permeabilitas magnet μ merupakan parameter bahan yang menentukan besarnya fluks magnetik. 

Permeabilitas ruang kosong μ_o  telah terpilih sebagai konstanta referensi.

μ_o = 1,256 . 10^-6  [Weber/ampere x meter]  (Wb/Am  atau  H/m)

Dalam sistem satuan elektromagnet yang lama μ_o bernilai

μ_o = 1,256  [Gauss x sentimeter/ampere]  (G•cm/A)

Permeabilitas μ dari setiap bahan yang lain dinyatakan sebagai kelipatan μ_{o .}

Pengganda dinamakan permeabilitas relatif  μ_r, sehingga 

          μ = μ_o • μ_r

 

Untuk kebanyakan bahan μ_r, harganya mendekati satu, hingga permeabilitasnya praktis sama dengan μ_o .

Pengecualian terhadap keadaan ini ialah bahan feromagnetik; permeabilitas relatif μ_r jenis bahan tersebut jauh lebih besar daripada satu.

Bahan-bahan feromagnetik adalah

          Kobalt                                                μ_r       sampai                            70

          Nikel                                        μ_r       sampai                            200

          Besi dan besi paduan                 μ_r`      sampai                            100.000

Disebabkan oleh nilai permeabilitasnya yang tinggi, bahan feromagnetik dipergunakan untuk rangkaian magnet, umpamanya untuk magnet listrik (elektromagnet) dalam mesin listrik dan transformator.

Rangkaian Magnet

Jejak tertutup arus listrik dinamakan “ Rangkaian Listrik “  (Gambar 16)

Sehubungan dengan itu jejak tertutup untuk fluks magnetik 

dinamakan “ Rangkaian Magnet “  (Gambar 17)

 

Perbandingan Rangkaian Magnet dan Rangkaian Listrik

Kita telah melihat bahwa “rangkaian listrik” dan “rangkaian magnet” adalah ekuivalen (setara). Oleh sebab itu hubungan matematika dalam kedua rangkaian harus serupa.

Marilah kita pergunakan diagram rangkaian yang sama untuk kedua rangkaian:

                                           Rangkaian Listrik                Rangkaian Magnet

GGL E menggerakkan arus I                          GGM θ menghasilkan fluks magnetik

melalui tahanan Ohm R.                                 melalui reluktansi magnet R_M.

Kita memiliki Hukum Ohm untuk                    Kita memiliki Hukum Ohm untuk

Rangkaian Listrik:                                        Rangkaian Magnet:

gejala kemagnetan

Gejala Kemagnetan (Ferromagnetik, Paramagnetik dan Diamagnetik) serta Sifat-sifat Kutub Magnet

Berikut ini merupakan pembahasan tentang gejala kemagnetan yang meliputi sifat-sifat magnet, sifat-sifat kutub magnet, gaya magnet, sebutkan sifat-sifat magnet, kemagnetan bumi, sifat2 magnet, sifat kemagnetan bumi.

Magnet, mungkin kamu tidak asing dengan benda ini. Kita mengenal magnet pada hiasan yang sering ditempelkan di kulkas. Bahkan kita sebenarnya tinggal dalam sebuah magnet yang sangat besar yaitu Bumi, planet tempat tinggal kita.

Magnet dapat menempel pada besi dan beberapa logam lainnya. Bagaimana sifat magnet dan apa manfaatnya dalam kehidupan kita, akan kamu pelajari pada pembahasan ini.

Gejala Kemagnetan

Para pemulung memungut paku dari tumpukan sampah dengan menggunakan magnet. Benda-benda seperti besi, baja, nikel, dan kobalt disebut benda magnet. Benda magnet ditarik dengan kuat oleh magnet, sehingga walaupun terhalang benda lain seperti kaca, serbuk besi masih dapat ditarik oleh magnet.

Benda magnet pun dapat dengan mudah dibuat menjadi magnet. Berbeda dengan benda magnet, benda seperti plastik, tembaga, dan kaca hanya ditarik dengan lemah atau bahkan tidak ditarik oleh magnet.

Benda yang ditarik dengan kuat oleh magnet disebut ferromagnetik. Benda yang ditarik dengan lemah oleh magnet dan benda yang tidak ditarik oleh magnet disebut paramagnetik. Selain itu, terdapat pula benda yang ditolak oleh magnet meskipun benda itu bukan magnet. Benda yang demikian disebut diamagnetik,seperti seng atau bismut. 

Jadi benda magnet disebut juga ferromagnetik, sedangkan benda bukan magnet mencakup paramagnetik dan diamagnetik.

Sifat-sifat Kutub Magnet

Bagian magnet yang mempunyai gaya tarik terbesar disebut kutub magnet. Magnet selalu mempunyai dua kutub. Bila benda magnet didekatkan pada magnet batang, maka di bagian tengah (daerah netral) tidak ada yang melekat, sedangkan makin ke ujung makin banyak yang melekat pada magnet.

Hal ini menandakan, gaya magnet yang paling besar berada di ujung-ujung magnet. Garis yang menghubungkan dua kutub magnet disebut sumbu magnet.

Gambar: Sifat Kutub Magnet

Bagian yang banyak dilekati besi merupakan kutub magnet. Hal ini menandakan, gaya magnet yang paling besar berada diujung-ujung magnet. Garis yang menghubungkan dua kutub magnet disebut sumbu magnet. 

Kutub utara selalu menunjukkan ke arah utara Bumi sedangkan kutub selatan selalu menunjukkan ke arah selatan Bumi. Kutub-kutub senama (sejenis) akan tolak menolak dan kutub-kutub yang tidak senama (tidak sejenis) akan tarik menarik.

Sekarang orang dapat membuat magnet dari besi, baja atau campuran lagam lain. Jenis magnet seperti bijih besi disebut magnet alam, sedangkan jenis magnet yang dibuat disebut magnet buatan.

    

HUKUM KELISTRIKAN ARUS SEARAH

HUKUM KELISTRIKAN ARUS SEARAH

LISTRIK ARUS SEARAH

A.  Pengertian Arus Listrik Dan Beda Potensial

Ada beberapa asas penting yang perlu di ingat dan di pahami kembali yaitu:

·      Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif ( + ) dan muatan negative ( - )

·      Muatan positif ada pada inti atom, sedangkan muatan negative ada pada electron

·      Electron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain, sedangkan inti tidak dapat pindah

·      Atom-atom penghantar (konduktor) memiliki electron-elektron bebas yang sangat mudah berpindah dari satu tempat ke tempat lain di dalam penghantar itu.

·      Muatan listrik dapat bergerak (mengalir) jika ada beberapa potensial (tegangan)

Dari beberapa asas tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa arus listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang berpindah atau muatan listrik yang bergerak. Bila dalam suatu penghantar terus menerus terjadi perpindahan muatan atau electron, maka berarti dalam penghantar itu terjadi arus listrik.

Agar terjadi arus listrik pada suatu penghantar maka ujung-ujung kawat penghantar itu harus di buat berbeda potensialnya, ujung yang satu potensialnya harus lebih tinggi daripada ujung yang lain. Beda potensial yang menyebabkan terjadinya arus listrik, sering di sebut dengan tegangan lisrik.

1.    Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik didefinisikan sebagai jumlah muatan yang mengalir melalui penampang suatu kawat penghantat per satuan waktu. Jadi, bila sejumlah muatan q mengalir melalui penampang penghantar dalam waktu t, maka kuat arus i yang mengalir besarnya adalah:

2.    Hukum Ohm Dan Hambatan Listrik

Pada tahun 1827, seorang ahli fisika bangsa Jerman bernama George Simon Ohm ( 1789-1854 ) menemukan hubungan antara arus dan tegangan listrik. Kuat arus yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya. Pernyataan ini disebut hukum ohm. Dalam bentuk persamaan , hukum ini di tulis :

Dalam persamaan tersebut, R dapat dianggap sebagai tetapan kesebandingan. Tetapan ini selanjutnya disebut hambatan listrik (resistor ).

Dari persamaan hukum ohm ini, dapat disimpulakn sebagai berikut :

Kuat arus yang mengalir dalam suatu kawat penghantar ( yang tidak mengalami perubahan suhu ) besaranya :

·  Sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya

·  Berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar

Hambatan Listrik

Besar hambatan listrik pada suatu penghantar di pengaruhi oleh jenis bahan dari penghantar tersebut. Besarnya hambatan listrik tersebut dapat di rumuskan :

 Percoban-percobaan yang teliti mununjukan bahwa hambatan suatu penghantar besarnya:

· Sebanding dengan panjang penghantar (L). artinya, semakin panjang kawat maka hambatannya semakin besar.

· Berbanding terbalik dengan dengan luas penampang penghantar (A). artinya, semakin luas penmapang penghantar maka hambatnnya semakin kecil

· Sebanding dengan hambatan jenis dari bahan kawat (ρ). Artinya. Jika bahan kawat penghantar memiliki hambatan jenis yang besar maka hambatan jenis yang besar maka hambatan penghantar dari bahan itu besar.

Pengaruh Suhu Terhadap Hambatan Jenis

Besarnya hambatan listrik pada suatu bahan penghantar juga dipengaruhi leh suhu badan tersebut, persamaan matemaisnya adalah :

3.      Hukum Kirchof

Menurut hukum kirchof 1, jumlah arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari ttik percabangan itu.

B.       Alat Ukur Listrik

Alat ukur yang biasa digunakan dalam dalam pengukuran besar-besaran lisrik yaitu, ampere meter, voltmeter, meter dasar, multitester dan osiloskop.

· Ampere meter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik , sedangkan voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik. Pada masa sekarang kedua alat tersebut sudah di rangkum dalam satu alat yang disebut dengan meter dasar (basic meter). Jadi, meter dasar dapat berfungsi sebagai ampere meter dan voltmeter.

· Multitester, yang sering disebut juga multimeter atau avo-meter adalah alat ukur yang berfungsi sekaligus sebagai ampere meter . voltmeter, ohmmeter (pengukur hambatan listrik). Di sampping itu, multimeter dapat digunakan dalam pengukuran arus listrik searah maupun arus listrik bolak-balik

C.      Rangkaian Listrik Arus Searah

Arus listrik yang mengalir hanya ke satu arah disebut arus searah (direct current, disingkat DC). Arus listrik yang lebih banyak dipakai orang ialah arus bolak – balik (alternating current, disingkat AC ).

1.      Rangkaian Hambatan Seri Dan Paralel

Komponen-komponen listrik seperti lampu, radio, TV, setrika dan sebagainya, dapat di rangkai (disusun) seri, parallel, atau gabungan seri dan parallel

a.      Rangkaianseri

Pada rangkaian seri di atas , berlaku :

b.      Rangkaian parallel

D.      Sumber Arus Searah

Sumber arus searah adalah sumber energy listrik yang dapat menimbulkan arus listrik yang besar arahnya selalu tetap (konstan). Sumber arus searah ini dapat berasal dari hasil proses kimia atau dari proses lainnya. Sumber-sumber arus searah yang berasal dari proses kimia disebut elemen-elemen elektrokimia.

           

1.      Elemen-Elemen Elektrokimia

Prinsip dasar dari suatu elemen elektrokimia ialah dua lempeng logam berbeda jenis dicelupkan ke dalam larutan elektrolit dan lempeng yang satu tidak bersentuhan dengan lempeng lainnya. Suatu reaksi kimia menyebabkan kedua logam melepaskan electron-elektron ke larutan. Salah satu lempeng melepaskan electron lebih banyak daripada lempeng lain, sehingga lempeng itu potensialnya menjadi lebih rendah dari pada lempeng lain tadi. Beda potensial antara kedua lempeng tersebut dapat menimbulkan arus listrik dalam suatu rangkaian.

Elemen elektrokimia dapat di golongkan menjadi dua golongan yaitu, elemen primer dan elemen sekunder.

a.      Elemen primer

Pada elemen primer, reaksi kimianya tidak dapat di balikan, sehingga elemen jenis ini hanya dapat dipakai selama reaksi di dalamnya berlangsung. Jika reaksi kimia selesai, maka bahan kimia di dalamnya tidak dapat di kembalikan menjadi bahan kimia semula. Contoh sumber arus yang termasuk elemen primer yaitu, elemen volta, elemen leclance, elemen kering, elemin alkalin dan elemen raksa.

b.      Elemen sekunder

Dalam kehidupan sehari-hari, elemen sekunder ini dikenal dengan sebutan akumulator atau aki. Akumulator merupakan elemen elektrokimia bahan-bahan pereaksinya dapat diperbaharui kembali. Artinya, apabila bahan-bahan pereaksinya sudah tidak berfungsi lagi maka dapat diperbaharui kembali dengan cara mengalirkan arus listrik dari sumber luar yang arahnya berlawanan dengan arus yang dihasilkan akumulator.

2.      Generator Arus Searah

Selain diperoleh dari elemen-elemen elektrokimia, sumber arus searah dpaat juga didapat dari generator arus searah. Generator adalah alat yang dapat mengubah energy mekanik (gerak) menjadi energy listrik. Energy listrik pada generator timbul karena adanya peristiwa induksi.

Generator ada yang menghasilkan arus bolak-bali (AC) dan ada yang menghasilkan arus searah (DC). Perinsip kerja dari kedua jenis generator ini pada dasarnya sama. Perbedaannya terletak pada bentuk komutatornya. Generator AC memiliki dua cincin yang terpisah, sedangkan generator DC memiliki satu cincin yang terbelah dua

E.       Daya Dan Energy Listrik

1.      Daya Listrik

Daya listrik yaitu kemampuan suatu perangkat listrik untuk menerima dan memanfaatkan energy listrik. Besarnya daya listrik dapat ditentukan dengan persamaan.

2.      Energy Listrik

Energy listrik yaitu besarnya daya listrik yang di mnafaatkan dalam waktu tertentu, secara matematis dirumuskan ;