HUKUM HUKUM KEMAGNETAN

Hukum Hukum Kemagnetan
                                    
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.    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.    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.             Hukum Kirchoff I
“jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.

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


5.     BUNYI HUKUM BIOT dan SAVART
“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suattu penghantar yang berada diantara medan magnetik”.

6.    BUNYI HUKUM AMPERE
“Intergral garis induksi magnetik B melalui lintasan tertutup sama dengan  kali jumlah yang terlingkupi oleh lintasan itu”.
AMPERE.png
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.
BIOT SAVART.png
Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.

7.    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.


8.    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 )”.
LENZ.png
Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor. 

AKSI REAKSI.png
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”

Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:

“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”

Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:


Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.

Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).

Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.

Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.
 
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 magnetic
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 magnetic
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

Permeabilitas Magnet

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

Permeabilitas ruang kosong μo  telah terpilih sebagai konstanta referensi.

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

Dalam sistem satuan elektromagnet yang lama μo bernilai

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

Permeabilitas μ dari setiap bahan yang lain dinyatakan sebagai kelipatan μo .
Pengganda dinamakan permeabilitas relatif  μr, sehingga 

          μ = μo • μr

Untuk kebanyakan bahan μr, harganya mendekati satu, hingga permeabilitasnya praktis sama dengan μo .

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

Bahan-bahan feromagnetik adalah

          Kobalt                                                μr       sampai                           70
          Nikel                                        μr       sampai                            200
          Besi dan besi paduan                 μr`      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 “  

RANGKAIN MAGNET.png


Parameter-parameter berikut ini adalah ekuivalen (setara):


Tahanan Ohm R                                                      Reluktansi magnet  RM

Arua Listrik I                                                       Fluks Magnetik Φ

Gaya Gerak Listrik  atau                                        Gaya Gerak Magnetis atau
GGL E yang menggerakkan                                      GGM θ yang menimbulkan
arus melalui rangkaian                                            fluks magnetik


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

RANGKAIAN.png




GGL E menggerakkan arus I                          GGM θ menghasilkan fluks magnetik
melalui tahanan Ohm R.                                 melalui reluktansi magnet RM.

Kita memiliki Hukum Ohm untuk                    Kita memiliki Hukum Ohm untuk
Rangkaian Listrik:                                        Rangkaian Magnet:


AKHIR.png

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

HUKUM KEMAGNETAN: SOAL DAN PEMBAHASAN

Gambar
1.  Sebuah kawat yang panjangnya 10 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetik. Jika rapat fluks magnetiknya 0,2 tesla dan kuat arus yang mengalir di dalam kawat itu 45 A, gaya yang dialami kawat itu adalah... A. 10,5 x 10 −4  N B. 2,55 x 10 −2  N C. 7,50 x 10 −1  N D. 0,90 N E. 2,25 N Pembahasan D1:   l = 10 cm = 0,1 m         i = 45 A        B = 0,2 T D2 :F =....? D3:  F = Bil        F = 0,2 x 45 x 0,1        F = 0,90 N 2 . Dua kawat sejajar  l  dan  m  masing-masing panjangnya 2 m dan terpisah pada jarak 2 cm. Pada kawat  m  yang kuat arusnya 1,5 A mengalami gaya magnetik dari kuat arus kawat  l  sebesar 6 . 10 -5  N ( µ 0  = 4π . 10 -7  Wb/A.m). kuat arus pada kawat  l  adalah... A. 1,2 A B. 1,5 A C. 2,0 A D. 2,...
Baca selengkapnya

RELATIVITAS: SOAL DAN PEMBAHASAN

Gambar
RELATIVITAS: SOAL DAN PEMBAHASAN 1.   Seorang pengamat di stasiun ruang angkasa mengamati adanya dua pesawat antariksa A dan B yang datang menuju stasiun tersebut dari arah yang berlawanan dengan laju vA = vB = ¾ c (c adalah cepat rambat cahaya). Kelajuan pesawat A menurut pilot pesawat B adalah… A. 9/16 c B. 8/9 c C. 24/25 c D. 4/3 c E. 3/2 c                 PEMBAHASAN 2.   Suatu peristiwa terjadi selama 3 s menurut pengamat yang bergerak menjauhi peristiwa itu dengan kecepatan 0,8 c (c = kecepatan cahaya). Menurut pengamat yang diam, peristiwa itu terjadi dalam selang waktu… A. 5,0 s B. 4,8 s C. 3,0 s D. 1,8 s E. 1,2 s Pembahasan Diketahui : t= 3 sekon v = 0,8 c Ditanya : Selang waktu kejadian menurut pengamat yang diam (t m ) Jawab : Rumus dilatasi waktu :            Keterangan :  t m ...
Baca selengkapnya

TERMODINAMIKA: SOAL DAN PEMBAHASAN

Gambar
TERMODINAMIKA: SOAL DAN PEMBAHASAN 1.      Pada percobaan Joule, beban bermassa 5 kg mengalami perpindahan kedudukan sebesar 2 m. Jika massa air sebesar 0,2 kg, perubahan suhu air akibat kalor hasil gesekan sudu-sudu dan air adalah... A. 1°C B. 10°C C. 100°C D. 0,1°C E. 0,12°C Diketahui: Massa beban (M) = 5 kg Perubahan kedudukan benda, s atau Δh = 2 m Massa air, (m) = 0,2 kg Kalor jenis air, (c) = 4.200 J/kg.K Percepatan gravitasi, g = 10 m/s² Ditanya: Perubahan suhu air (ΔT)? Jawab: Perubahan energi potensial gravitasi tepat sama dengan energi kalor pada air. ΔEP = Q M.g.Δh = m.c.ΔT Ingat, M adalah massa beban yang digantung, sedangkan m adalah massa air dengan kincir di dalamnya. (5).(10).(2) = (0,2)(4.200)(ΔT) 100 = 840.(ΔT) ΔT = 100/840 ΔT = 0,12°C (Jawaban: E) 2.      Suatu gas dimampatkan secara isobarik pada tekanan 2 MPa dari 0,5 m³ menjadi 0,4 m³. Usaha yang dilakukan pada gas adalah... a. 10 kJ b. 20 kJ c. 100 kJ d. 200 kJ e....
Baca selengkapnya