Makalah Ipa Sekolah KLMPK 2 [PDF]

Citation preview

IPA SEKOLAH III KEMAGNETAN



Oleh Kelompok :



Ni Ketut Ayu Pebrianti



(1613071005)



Ni Putu Setia Dewi



(1613071031)



Aprilio Budiman



(1613071038)



Novia Nur Hamzah



(1613071040)



JURUSAN PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA 2018



KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala nikmat yang telah diberikan sehingga kami sebagai penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu. Kami juga berterima kasih kepada Dr. I Nyoman Suardana, M.Si dan Putu Pande Latria Devi, S.Pd., M.Pd selaku dosen mata kuliah IPA SEKOLAH III, dan rekan-rekan seperjuangan yang telah ikut membantu menyelesaikan makalah ini, serta sumber-sumber yang telah kami peroleh. Harapan kami sebagai penulis , semoga dengan adanya makalah yang telah kami buat ini dapat membuat bakat dan kreativitas kita sebagai calon guru dalam bidang tulis menulis semakin bertambah. Kami sebagai penulis sangat menyadari dengan kekurangan makalah yang telah kami buat ini, dan kami telah menyadari makalah yang telah kami buat ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kami sebagai penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar menjadi lebih baik di masa yang akan datang.



Singaraja, 23 November 2018



Penulis



ii



DAFTAR ISI



HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i KATA PENGANTAR ....................................................................................... ii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................... 2 1.3 Tujuan ..................................................................................................... 2 1.4 Manfaat ................................................................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Migrasi Hewan......................................................................................... 4 2.2 Teori Dasar Kemagnetan ......................................................................... 6 2.2.1 Konsep Gaya Magnet ....................................................................... 9 2.2.2 Teori Kemagnetan Bumi .................................................................. 14 2.2.3 Gaya Lorenz ..................................................................................... 16 2.4 Induksi Elektromagnetik .......................................................................... 16 2.5 Kemagnetan Dalam Produk Teknologi ................................................... 14 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan ............................................................................................. 18 3.2 Saran ....................................................................................................... 18 DAFTAR PUSTAKA



iii



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Kehidupan makhluk hidup di bumi dipengaruhi oleh medan magnet bumi. Medan magnet bumi adalah daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya tarik bumi. Pada magnet terdapat dua kutub, yaitu kutub selatan dan kutub utara. Medan magnet bumi berada di sekitar bumi, dapat mempengaruhi batang magnet yang diletakkan bebas di sekitar permukaan bumi. Pada utara bumi ada kutub selatan magnet bumi dan pada selatan bumi ada kutub utara magnet bumi. Manusia



tidak



dapat



mendeteksi



keberadaan



magnet



bumi.



Manusia



membutuhkan bantuan alat seperti kompas, untuk mengetahui arah utara selatan atau keberadaan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi. Kita sering menggunakan magnet dalam kehidupan sehari-hari seperti dalam alat-alat elektronik. Mulai dari speaker, telepon, televisi, bel rumah, dan berbagai peralatan yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari banyak memanfaatkan magnet sebagai komponen utamanya. Tidak hanya itu saja Magnet banyak digunakan dalam berbagai produk teknologi, salah satunya yang paling populer adalah dalam teknologi kedokteran. Namun kebanyakan magnet yang ada pada saat ini hampir semuanya adalah magnet buatan. Ada beberapa cara untuk membuat magnet yaitu induksi (mendekatkan), menggosokkan, dan induksi elektromagnetik. Kemagnetan merupakan hal yang tidak dapat terlepas dari kehidupan manusia dan makhluk lain penghuni alam semesta ini. Bumi sendiri merupakan magnet terbesar yang dapat memberi manfaat besar bagi manusia. Magnet bumi memungkinkan manusia untuk menggunakan kompas sebagai penunjuk arah dan hewan-hewan juga memanfaatkan gaya magnet bumi sebagai penunjuk arah dalam melakukan migrasi. Perkembangan teknologi selanjutnya yang terinspirasi dari prinsip kemagnetan bumi menghasilkan berbagai penerapan magnet di bidang teknologi. Hal ini banyak membantu aktivitas manusia dengan berbagai peralatan yang bermanfaat bagi kehidupan. Pada makalah ini akan dibahas mengenai teori 1



dasar kemagnetan, teori induksi elektromagnetik, pemanfaatan medan magnet pada migrasi hewan, dan penerapan konsep kemagnetan dalam produk teknologi.



1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan pemaparan latar belakang diatas, didapatkan rumusan masalah yaitu: 1) Bagaimana Pemanfaatan Medan Magnet pada Migrasi Hewan? 2) Bagaimana Teori Dasar Kemagnetan? 3) Bagaimana Teori dari Induksi Elektromagnetik? 4) Bagaimana Kemagnetan dalam Produk Teknologi?



1.3 Tujuan Berdasarkan rumusan masalah yang didapatkan, adapun tujuan dari pembuatan makalah ini yaitu: 1) Untuk mengetahui Pemanfaatan Medan Magnet pada Migrasi Hewan. 2) Untuk mengetahui Teori Dasar Kemagnetan. 3) Untuk mengetahui Teori dari Induksi Elektromagnetik. 4) Untuk mengetahui Kemagnetan dalam Produk Teknologi.



1.4 Manfaat Adapun manfaat dari pembuatan makalah ini yaitu: 1) Bagi Penulis Manfaat penyusunan makalah ini bagi penulis yaitu agar penulis dapat lebih memahami tentang kemagnetan dan pemanfaatannya dalam produk teknologi. 2) Bagi Pembaca Manfaat penyusunan makalah ini bagi pembaca yaitu untuk menambah wawasan dan pengetahuan pembaca tentang kemagnetan dan pemanfaatannya dalam produk teknologi. Selain itu makalah ini dapat dijadikan sebagai referensi dalam pembelajaran bagi para pembaca mengenai konsep IPA khususnya mengenai kemagnetan dan pemanfaatannya.



2



BAB II PEMBAHASAN



2. 1 Migrasi Hewan Perubahan musim di bumi berdampak pada kehidupan makhluk hidup, termasuk di antaranya hewan. Hewan yang hidup di darat, air, dan udara melakukan perpindahan tempat pada musim tertentu untuk mempertahankan kehidupannya. Perpindahan tempat yang dimaksud dikenal dengan migrasi. Migrasi di lakukan hewan melalui jalur yang hampir sama pada tiap tahunnya. Beberapa hewan yang sering melakukan migrasi adalah burung, salmon, dan ikan paus. Kehidupan makhluk hidup di bumi dipengaruhi oleh medan magnet bumi. Medan magnet bumi adalah daerah di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya tarik bumi. Sebagian besar hewan memanfaatkan medan magnet bumi untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya. Medan magnet bumi berada di sekitar bumi, dapat mempengaruhi batang magnet yang diletakkan bebas di sekitar permukaan bumi. Hewan mampu mendeteksi medan magnet bumi karena di dalam tubuh hewan terdapat magnet. Fenomena tersebut dinamakan biomagnetik. Selain itu, medan magnet bumi dapat membantu hewan dalam menentukan arah migrasi, mempermudah upaya mencari mangsa, atau menghindari musuh. A. Migrasi burung Beberapa jenis burung, misal burung elang dan burung layang-layang melakukan migrasi pada tiap musim tertentu. Burung tersebut menggunakan partikel magnetik yang ada pada tubuhnya untuk menciptakan “peta” navigasi dengan memanfaatkan medan magnet bumi. Pola yang paling umum adalah terbang ke utara untuk berkembang biak pada musim panas Arktik dan terbang kembali ke selatan ketika udara sedang mengalami musim dingin.



3



Pemanfaatan medan magnet bumi juga digunakan burung merpati pos. Pada zaman dahulu, burung merpati sering dimanfaatkan sebagai kurir surat. Ternyata merpati memanfaatkan medan magnet bumi sebagai penunjuk arah pulang. Pada paruh merpati terdapat butiran-butiran magnet yang merupakan pusat pengindera magnetik burung tersebut. Hal ini ditunjukkan hasil penelitian Comel pada tahun 1974 yang memasang magnet di kepala burung merpati. Ternyata, setelah dipasang magnet pada kepalanya, burung merpati tiba-tiba kehilangan arah dan tidak mengetahui jalan pulang. Pada akhir 1970-an fisikawan Schulten Klaus menyimpulkan bahwa burung menavigasi diri dengan mengandalkan reaksi biokimia geomagnetik pada mata mereka. Beberapa penelitian terbaru berhasil menemukan sebuah hubungan syaraf di antara mata dan “kelompok N”, bagian otak depan yang aktif selama penetapan arah imigrasi, yang diyakini menyebabkan burung dapat melihat medan magnet di bumi. Berbagai eksperimen menunjukkan bahwa burung migran dapat merasakan perbedaan magnet bumi sebesar 2%. Para peneliti menemukan bahwa burung benar – benar bisa melihat medan magnet dengan mata kanan yang kemudian memberikan informasi ke otak sebelah kiri. Burung melihat medan magnet sebagai warna terang atau gelap. Perubahan posisi kepala juga merupakan kompas alami yang mereka miliki sewaktu terbang. Beberapa cara lain yang digunakan burung dalam menentukan arah migrasi antara lain: 1. Sun compass (kompas matahari) Beberapa jenis burung mampu menentukan arah dengan baik hanya jika dapat melihat matahari dengan jelas 2. Star compass (kompas bintang) Beberapa hewan menggunakan rasi bintang untuk penentuan arah migrasi 4



3. Odor map (peta rangsang bau) Biasanya digunakan oleh migran jarak dekat untuk pulang ke sarang 4. Magnetic map (peta medan magnet) Burung migrasi dapat mengandalkan pada insting untuk pulang. 5. Magnetic compass (kompas medan magnet) Beberapa burung elang tampaknya memiliki kompas yang terpasang di organ tubuhnya untuk digunakan saat sedang berawan.



B. Migrasi Salmon Salmon memiliki kemampuan untuk kembali ke aliran sungai air tawar tempat awal mereka menetas dan tumbuh setelah berenang ribuan mil mengarungi lautan. Penelitian dilakukan terhadap ikan salmon yang melewati Sungai Fraser di Canada dan kembali ke Sungai Fraser lagi setelah dua tahun bermigrasi mengarungi samudra pasifik. Hal ini dikarenakan sungai Fraser memiliki medan magnet tertentu yang dapat dideteksi oleh ikan salmon.



C. Migrasi Penyu Penyu memulai dan mengakhiri migrasi di Pantai Timur Florida Amerika Serikat. Jalur migrasi sepanjang 12.900 km melewati Laut Sargasso, wilayah perairan Laut Atlantik Utara. Waktu yang dibutuhkan untuk sekali migrasi antara 5-10 tahun. Tidak seperti migrasi hewan lain yang umumnya dilakukan secara berkelompok, penyu bermigrasi sendiri tanpa mengikuti penyu lain. 5



Seorang peneliti yang bernama Kenneth Lohmann dari Universitas Carolina Utara mempelajari tingkah laku tukik atau penyu saat dihadapkan dengan medan magnet yang berbeda-beda. Peneliti tersebut meletakkan penyu ke dalam sebuah wadah air yang dikelilingi alat yang dapat menimbulkan medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan disesuaikan dengan medan magnet jalur migrasi penyu, yaitu wilayah Florida utara, wilayah timur laut dekat Portugal. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa penyu mengikuti jalur migrasi yang diberikan. Ketika penyu mendeteksi medan magnet yang mirip dengan medan magnet wilayah dekat Portugal, penyu akan berenang menuju selatan ke arah Portugal. Pergerakan penyu dalam mengikuti jalur medan magnet bertujuan untuk menjaga penyu agar tetap berada di lautan yang hangat dan wilayah yang kaya akan sumber makanan.



D. Migrasi Lobster Duri Peneliti Kenneth Lohmann juga mengobservasi kemampuan lobster duri untuk mendeteksi medan magnet dengan cara meletakkan lobster duri ke dalam bak air yang dapat diatur medan magnetnya. Setiap kali medan magnet diubah, lobster duri akan menyesuaikan diri untuk tetap bergerak menuju arah kutub utara. Hasil dari observasi tersebut membuktikan bahwa lobster duri mampu merasakan medan magnet bumi untuk memandu migrasi yang dilakukan dari lepas pantai Florida menuju lautan lepas yang lebih hangat dan tenang di setiap akhir musim gugur.



6



E. Magnet dalam tubuh bakteri Magnetotactic bacteria merupakan kelompok bakteri yang mampu melakukan navigasi dan bermigrasi dengan memanfaatkan medan magnet. Beberapa jenis bakteri ini memiliki flagela yang berfungsi sebagai pendorong.



Jenis bakteri ini ditemukan pertama kali oleh Richard P. Blakemore pada tahun 1975. Magnetosome tersusun atas senyawa magnetite (Fe3O4) atau greigite (Fe3S4) yang memiliki sifat kemagnetan jauh lebih kuat dibandingkan dengan magnet sintetik atau yang dibuat oleh manusia. Magnetosome dan senyawa yang terkandung di dalamnya masih terus diteliti dan diduga memiliki potensi yang besar untuk digunakan dalam bidang kesehatan. Hewan lain yang memanfaatkan medan magnet bumi untuk melakukan migrasi adalah paus. Sayangnya, migrasi yang dilakukan oleh paus tidak seberuntung hewan lain, karena dalam perjalanannya banyak kawanan paus yang tersesat. seperti yang pernah terjadi di perairan Beting Ujung, Muara Gembong, Bekasi, Jawa Barat (Kompas, 29 Juli 2012) atau di pantai Desa Tambala, Kecamatan Tombariri, Minahasa Sulawesi Utara (Tribun Manado, 14 Februari 7



2014). Menurut para ahli penyebabnya adalah pergerakan lempeng tektonik. Hal ini berpotensi mengganggu navigasi paus. Paus diketahui bergerak dan menentukan arah dengan memanfaatkan sonar. Paus menghasilkan gelombang suara infrasonik yang dipantulkan untuk mengetahui lokasi dan letak predator ataupun mangsa.



2. 2 Teori Dasar Kemagnetan 2.2.1 Konsep Gaya Magnet Kata magnet 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 wilayah tersebut terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu. Magnet terbuat dari logam seperti besi dan baja. Magnet memiliki berbagai bentuk dan dinamakan sesuai bentuknya.



Gambar Magnet U dan Magnet Batang Penentuan kutub magnet batang dapat dilakukan dengan percobaan sederhana. Letakkan magnet batang di atas gabus lalu apungkan di permukaan air, maka ujung magnet yang menunjuk ke arah utara adalah kutub utara magnet, dan ujung magnet yang menunjuk arah selatan adalah kutub selatan magnet. Magnet selalu memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub yang senama bila didekatkan akan saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda nama bila didekatkan akan saling tarik-menarik. Kutub-kutub ini selalu ada pada setiap magnet walaupun magnet tersebut dipotong menjadi potongan magnet kecil. Gaya magnet berasal dari adanya interaksi antara kutub-kutub magnet yang ditimbulkan oleh gerakan muatan listrik (elektron) pada benda. 8



A. Sifat Magnet Bahan Berdasarkan sifat interaksi bahan terhadap magnet, benda diklasifikasikan menjadi tiga yaitu feromagnetik, diamagnetik, dan paramagnetik. Benda-benda yang dapat ditarik kuat oleh magnet termasuk pada kelompok benda feromagnetik, misal besi, baja, kobalt, dan nikel. Benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet termasuk pada kelompok benda paramagnetik, misal magnesium, molibdenum, dan lithium. Benda-benda yang tidak ditarik oleh magnet termasuk kelompok benda diamagnetik, misal perak, emas, tembaga, dan bismut. B. Cara Membuat Magnet Magnet tidak hanya dapat ditemukan di alam sebagai magnet alami, tetapi ada juga benda yang dapat dibuat menjadi bersifat magnet. Besi dapat dijadikan magnet dengan cara menggosok. Besi digosok dengan arah yang tetap, agar magnet elementer dapat diatur untuk menuju ke satu arah saja. Baja dan besi dapat dijadikan magnet dengan cara menginduksi atau mendekatkannya dengan magnet selama beberapa waktu. sifat magnet menunjukkan bahwa magnet akan saling tarik menarik jika kutub yang berbeda didekatkan, dan tolak-menolak jika kutub yang sama, sehingga ujung B akan menjadi kutub utara dan ujung A akan menjadi kutub selatan. Jadi, dapat disimpulkan bahwa ujung besi atau baja yang berdekatan dengan kutub magnet batang akan memiliki kutub yang berlawanan dengan kutub magnet penginduksinya. Magnet juga dapat dibuat dengan cara meliliti besi atau baja dengan kawat penghantar yang dialiri arus DC. Magnet yang dibuat dengan cara demikian disebut elektromagnet. Mengapa arus DC? Karena arus DC dapat menyamakan arah magnet elementer pada besi atau baja. Kutub magnet besi atau baja yang terbentuk tergantung pada arah lilitan kawat penghantar. Jika arah arus berlawanan dengan arah jarum jam, maka ujung A besi atau baja tersebut akan menjadi kutub utara dan ujung B akan menjadi kutub selatan. Sebaliknya, jika arah arus searah dengan jarum jam, maka ujung A besi atau baja akan menjadi kutub selatan dan ujung B akan menjadi kutub utara.



9



Gambar Menggosok Magnet



Gambar Induksi Magnet



Gambar Elektromagnet C. Penerapan Elektromagnet Dalam Kehidupan Sehari-hari Beberapa penerapan elektromagnet tersebut dapat ditemui pada bel listrik, saklar listrik, dan telepon kabel. A. Bel Listrik Pada saat tombol bel listrik ditekan, rangkaian arus menjadi tertutup dan arus mengalir pada kumparan. Aliran arus listrik pada kumparan ini mengakibatkan besi di dalamnya menjadi elektromagnet yang mampu menggerakkan lengan pemukul untuk me mukul bel sehingga berbunyi.



10



Gambar Skema rangkaian dan bel listrik



B. Saklar Saklar berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik pada rangkaian listrik. Lilitan kawat akan berfungsi sebagai elek tromagnet yang menarik ujung besi ke bawah. Setelah besi tertarik ke bawah, ujung besi lainnya akan menyimpang ke kanan dan mendorong tangkai ke kiri sehingga tangkai kiri dan kanan akan saling bersentuhan untuk mengalirkan arus listrik. Ketika arus mengalir, maka beban (lampu atau alat elektronik lainnya) akan menyala.



Gambar Diagram rangkaian dan saklar elektromagnet



C. Telepon Kabel Saat menggunakan telepon, seseorang akan menerima pesan (mendengar) sekaligus mengirim pesan (berbicara). Prinsip kerja telepon pada dasarnya mengubah energi listrik menjadi energi bunyi. Pada saat ada pembicaraan, energi listrik mengalir pada kabel telepon menimbulkan efek elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah sehingga mampu menggetarkan diafragma besi lentur pada speaker telepon. Getaran pada speaker inilah yang akhirnya menggetarkan udara di sekitarnya dan memberikan efek “dengar” bagi telinga kita. 11



D. Cara Menghilangkan Kemagnetan Bahan Sifat kemagnetan bahan dapat dihilangkan dengan cara memukul memanaskan dan meliliti magnet dengan arus bolak balik atau AC . Pada prinsipnya, sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara mengacak arah magnet elementer.



Gambar Menghilangkan Sifat Magnet dengan Cara (a) Memukul; (b) Memanaskan; dan (c) Meliliti Magnet dengan Arus AC



E. Medan Magnet Daerah di sekitar magnet yang dapat mempengaruhi magnet atau benda lain disebut medan magnet. Pola-pola yang dibentuk oleh pasir besi merupakan bentuk garis gaya magnet yang digunakan untuk menggambarkan medan magnet. Medan magnet terbesar terletak pada ujung-ujung kutub magnet. Hal ini ditunjukkan dengan banyaknya pasir besi yang ditarik oleh ujung-ujung kutub magnet (garis-garis gaya magnetnya sangat rapat).



Gambar Pola medan magnet batang



F. Induksi Magnet Konsep induksi magnet ber awal dari tidak terkendalinya putaran jarum kompas yang ada di kapal laut saat petir menyambar. oleh Hans Christian Oersted (1820) yang menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet. 12



Caranya adalah dengan mengamati pergerakan jarum kompas saat diletakkan di dekat kabel yang dialiri arus listrik. Percobaan ini kemudian dikenal dengan Percobaan Oersted. Arah medan magnet dan arah arus dapat di tunjukkan dengan menggunakan tangan kanan menunjukkan arus listrik dan B menunjukan medan magnet.



Gambar Arah Panah yang Mengelilingi Kawat Menunjukkan Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus



Jika pada kawat lurus, medan magnet terbentuk melingkari arah arus, bagaimana dengan kabel yang dibentuk melingkar dan kumparan?



Gambar Arah Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus



Pada kumparan medan magnet tampak melingkari kabel, tetapi pada kumparan medan magnetnya seolaholah membentuk kutub utara dan selatan pada ujung-ujungnya, persis seperti pada magnet batang.



2.2.2 Teori Kemagnetan Bumi Bumi adalah magnet raksasa. Bumi memiliki kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, dan kutub selatan magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi. Mengapa demikian? Ketidaktepatan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi disebut deklanasi. Selain adanya 13



ketidaktepatan penunjukan arah kutub utara dan kutub selatan magnet bumi, ternyata medan magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal bumi, atau yang disebut dengan sudut inklinasi.



Gambar 11. Medan Magnet Bumi Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik (partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya) yang mengancam kesehatan. Namun, karena adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi hanya akan masuk ke kutub-kutub bumi. Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut diionisasi (peristiwa le pasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan agar elektron ter lepas dari nukleon). Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian dikenal sebagai aurora.



2.2.3 Gaya Lorenzt Arah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jarijari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya lorentz (F) di tunjukkan oleh jari Tengah.



14



Gambar Menentukan arah gaya lorenzt dengan kaidah tangan kanan



Gaya Lorentz pada penghantar bergantung pada faktor sebagai berikut : 1) Kuat medan magnet (B) 2) Besar arus listrik (I) 3) Panjang penghantar sehingga dapat dirumuskan F =B.I.L



Keterangan : F adalah gaya lorentz (N) B adalah kuat medan magnet (Tesla) I adalah kuat arus listrik (A) L adalah panjang penghantar (m) Contoh soal: Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus berada dalam medan magnet sebesar 8 Tesla, berapakah Gaya Lorentz yang timbul? Diketahui: L = 10 m I = 5 mA = 0,005 A B=8T Ditanya: Gaya Lorentz (F)? Jawab: F = B I L = 8 . 0,005 . 10 = 0,4 N Jadi, Gaya Lorentz yang timbul sebesar 0,4 N



2. 3 Induksi Elektromagnetik Seorang ilmuwan dari Jerman yang bernama Michael Faraday (1991 – 1867) memiliki gagasan dapatkah medan magnet menghasilkan arus listrik? Gagasan ini didasarkan oleh adanya penemuan dari Oersted bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Karena termotivasi oleh gagasan tersebut kemudian 15



pada tahun 1822,Faraday memulai melakukan percobaan-percobaan. Pada tahun 1831 Faraday berhasil membangkitkan arus listrik dengan menggunakan medan magnet. Alat-alat yang digunakan Faraday dalam percobaannya adalah gulungan kawat atau kumparan yang ujung-ujungnya dihubungkan dengan galvanometer. Jarum galvanometer mula-mula pada posisi nol. Kalian pasti sudah mengetahui, bahwa galvanometer adalah sebuah alat untuk menunjukkan ada atau tidaknya arus listrik di dalam rangkaian. Percobaan Faraday untuk menentukan arus listrik dengan menggunakan medan magnet, dilakukan antara lain seperti kegiatan di atas. Pada kegiatan tersebut diketahui bahwa ketika kutub utara magnet bergerak ke dalam kumparan maka jarum galvanometer, menyimpang ke kanan. Ketika magnet ditarik dari dalam kumparan maka jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Pada saat kutub selatan bergerak masuk ke dalam kumparan, jarum galvanometer akan menyimpang ke kiri, sedangkan ketika kutub selatan ditarik dari dalam kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Dari hasil percobaan di atas maka dapat diambil kesimpulan bahwa arus induksi yang timbul dalam kumparan arahnya bolak-balik seperti yang ditunjukkan oleh penyimpangan jarum galvanometer yaitu ke kanan dan ke kiri. Karena arus induksi selalu bolak-balik, maka disebut arus bolak-balik (AC = Alternating Current). Faraday menggunakan konsep garis gaya magnet untuk menjelaskan peristiwa di atas. Perhatikan Gambar! 1.



Magnet didekatkan pada kumparan maka gaya yang melingkupi kumparan menjadi bertambah banyak, sehingga pada kedua ujung kumparan timbul gaya gerak listrik (GGL).



2.



Magnet dijauhkan terhadap kumparan maka garisgaya yang melingkupi kumparan menjadi berkurang, kedua ujung kumparan juga timbul GGL.



3.



Magnet diam terhadap kumparan, jumlah garisgaya magnet yang melingkupi kumparan tetap, sehingga tidak ada GGL. Kesimpulan percobaan di atas adalah: Timbulnya gaya listrik (GGL) pada kumparan hanya apabila terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet. 16



Gambar Gaya gerak listrik timbul akibat perubahan garis gaya magnet Gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut GGL induksi, sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut induksi elektromagnetik. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu: 1.



Kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka GGL induksi yang timbul semakin besar.



2.



Banyaknya lilitan. Semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.



3.



Kekuatan magnet. Semakin kuat gejala kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar. Untuk memperkuat gejala kemagnetan pada kumparan dapat dengan jalan



memasukkan inti besi lunak. GGL induksi dapat ditimbulkan dengan cara lain yaitu: 1.



Memutar magnet di dekat kumparan atau memutar kumparan di dekat magnet. Maka kedua ujung kumparan akan timbul GGL induksi.



2.



Memutus-mutus atau mengubah-ubah arah arus searah pada kumparan primer yang di dekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua ujung kumparan sekunder dapat timbul GGL induksi.



3.



Mengalirkan arus AC pada kumparan primer, maka kumparan sekunder didekatkan dapat timbul GGL induksi. Arus induksi yang timbul adalah arus AC dan gaya gerak listrik induksi adalah GGL AC.



Alat-alat yang menerapkan prinsip kerja induksi elektromagnetik antara lain : A. Generator



Generator adalah alat yang digunakan untuk merubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, 17



energi air, dan sebagainya. Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator



dapat



menghasilkan



arus



listrik



bolak-balik



dengan



cara



menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah).



(a)



(b)



Gambar, a) Generator AC, b) Generator DC



Bagian utama generator adalah: a) Magnet Untuk generator pembangkit tenaga listrik yang besar biasanya menggunakan lebih dari satu magnet yang berputar. Magnet yang digunakan biasanya magnet listrik. b) Rotor Rotor adalah bagian generator yang berputar.



18



c) Stator Stator adalah bagian generator yang tidak berputar. Arus yang ditimbulkan oleh generator juga arus bolak-balik B. Dinamo AC-DC



Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Mengapa lampu sepeda kayuh dapat menyala meskipun tidak diberi baterai? Mengapa nyala lampu akan semakin terang apabila kita mengayuh pedal sepeda dengan lebih cepat? Ternyata pada sepeda terdapat dinamo yang berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyalakan lampu. Dinamo adalah alat yang berfungsi untuk merubah energi gerak menjadi listrik. Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak pada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam).



Saat sepeda dikayuh dengan cepat, kumparan pada dinamo akan bergerak cepat sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat dan energi listrik yang dihasilkan menjadi lebih banyak. Selain dengan mempercepat putaran kumparan, penggunaan magnet yang kuat, memperbanyak jumlah lilitan, dan penggunaan inti besi lunak dalam dinamo juga dapat mengakibatkan GGL induksi yang dihasilkan menjadi lebih kuat. c. Transformator 19



Masih ingatkah kamu bahwa sebelum dialirkan ke rumah-rumah penduduk, tegangan listrik dari PLN harus diturunkan? Bagaimana cara menurunkan atau menaikkan tegangan listrik? Salah satu caranya adalah dengan menggunakan transformator. Ada dua transformator, yaitu: 1.



Transformator step-up (transformator penaik tegangan)



2.



Transformator step-down (transformator penurun tegangan) Ciri-ciri kedua jenis trafo adalah:



1.



Trafo step-up a.



Jumlah lilitan kumparan primer selalu lebih kecil dari jumlah lilitan kumparan sekunder, (Np < Ns)



2.



b.



Tegangan primer selalu lebih kecil dari tegangan sekunder, (Vp < Vs)



c.



Kuat arus primer selalu lebih besar dari kuatarus sekunder, (Ip> Is)



Trafo step-down a.



Jumlah lilitan kumparan primer selalu lebihbesar dari jumlah lilitan kumparan sekunder, (Ip> Ns)



b.



Tegangan primer selalu lebih besar dari tegangan sekunder (Vp > Vs)



c.



Kuat arus primer selalu lebih kecil dari kuatarus sekunder, (Ip< Is) Salah satu contoh penggunaan transformator adalah pada pesawat



penerima radio jenis “tabung”. Berdasarkan penggunaannya, transformator dibagi menjadi dua jenis, yaitu transformator step-down dan transformator step-up. Transformator stepdown berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik, sedangkan transformator step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik



20



Transformator pada dasarnya terdiri atas lilitan primer dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC akan menginduksi inti besi hingga menjadi magnet. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder. Besar kecilnya tegangan keluaran yang dihasilkan transformator sangat dipengaruhi oleh jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder. Jika jumlah lilitan primernya lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder juga akan lebih kecil daripada tegangan pada kumparan sekunder, dan transformator tersebut disebut transformator step down. Namun jika jumlah lilitan primernya lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan pada kumparan primer, dan transformator tersebut disebut transformator step up. Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder. Hal ini mengakibatkan besar efisiensi tranformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.



21



Pada kenyataannya, tidak pernah dapat dibuat tranformator dengan efisiensi sebesar 100% (ideal), karena biasanya sebagian energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. Perubahan energi listrik menjadi kalor ini salah satunya disebabkan oleh adanya arus Eddy pada inti besinya. Hal ini disebabkan selama transformator digunakan ada sebagian energi listrik yang berubah menjadi kalor. Dengan kata lain energi listrik yang keluar dari transformator selalu lebih kecil daripada energi yang masuk ke dalam transformator. Agar diperoleh efisiensi mendekati 100% pada penggunaan transformator, biasanya dilakukan caracara sebagai berikut: 1.



Diberi bahan pendingin.



2.



Untuk mengurangi panas, membuat inti besi untuktransformator berbentuk pelat atau lempengan.



3.



Mengalirkan udara dingin, misal dengan air conditioning atau kipas angin. Selama 1 sekon, kumparan primer tranformator menerima energi dari



sumber yang akan diubah sebesar Wp = Vp Ip t joule. Selama t sekon transformator tersebut juga melepas energi melalui kumparan sekunder sebesar Ws = Vs Is t joule. Efisiensi tranformator η, adalah persentase harga perbandingan antara besar energi yang dilepas transformator tiap sekon pada kumparan sekunder dengan energi yang diterima transformator setiap sekon pada kumparan primer. 22



Perhitungan efisiensi trafo yang tidak ideal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut.



η= η=



𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑥 100% 𝑃𝑖𝑛 𝑉𝑠 . 𝐼𝑠 𝑥 100% 𝑉𝑝 . 𝐼𝑝



Keterangan : Pout = daya listrik pada kumparan sekunder Pin = daya listrik pada kumparan primer



Penggunaan Transformator Banyak peralatan listrik di rumah yang menggunakan transformator step down. Trafo tersebut berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik PLN yang besarnya 220 V menjadi tegangan lebih rendah sesuai dengan kebutuhan. Sebelum masuk rangkaian elektronik pada alat, tegangan 220 V dari PLN dihubungkan dengan trafo step down terlebih dahulu untuk diturunkan. Misalnya kebutuhan peralatan listrik 25 V. Jika alat itu langsung dihubungkan dengan PLN, alat itu akan rusak atau terbakar. Namun, apabila alat itu dipasang trafo step down yang mampu mengubah tegangan 220 V menjadi 25 V, alat itu akan terhindar darikerusakan. Ada beberapa alat yang menggunakan transformator antara lain :



a. Power supply (catu daya) Catu daya merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan tegangan AC yang rendah. Catu daya menggunakan trafo step down yang berfungsi



23



untuk menurunkan tegangan 220 V menjadi beberapa tegangan AC yang besarnya antara 2 V sampai 12 V b. Adaptor (penyearah arus) Adaptor terdiri atas trafo step down dan rangkaian penyearah arus listrik yang berupa diode. Adaptor merupakan catu daya yang ditambah dengagb129n penyearah arus. Fungsi penyearah arus adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC.



c. Transmisi daya listrik jarak jauh Pembangkit listrik biasanya dibangun jauh dari permukiman penduduk. Proses pengiriman daya listrik kepada pelanggan listrik (konsumen) yang jaraknya jauh disebut transmisi daya listrik jarak jauh. Untuk menyalurkan energi listrik ke konsumen yang jauh, tegangan yang dihasilkan generator pembangkit listrik perlu dinaikkan mencapai ratusan ribu volt. Untuk itu, diperlukan trafo step up. Tegangan tinggi ditransmisikan melalui kabel jaringan listrik yang panjang menuju konsumen. Sebelum masuk ke rumah-rumah penduduk tegangan diturunkan menggunakan trafo step down hingga menghasilkan 220 V. Transmisi daya listrik jarak jauh dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan besar dan arus yang kecil. Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu energi yang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar yang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.



24



2.4. Kemagnetan dalam Produk Teknologi A. MRI (Magnetic Resonance Imaging)



Gambar MRI (Magnetic Resonance Imaging) Magnet saat ini banyak digunakan dalam berbagai produk teknologi, salah satu teknologi yang paling polpuler yaitu teknologi yang digunakan dalam bidang kedokteran. MRI adalah suatu teknologi yang digunakan untuk mendeteksi penyakit. MRI menggunakan prinsip kemagnetan untuk mencitrakan kondisi kesehatan tulang atau organ tubuh bagian dalam manusia tanpa melalui prosedur pembedahan.



25



Gambar Cek Kesehatan dengan menggunakan MRI Seseorang yang akan dicek kesehatannya dimasukkan ke dalam medan magnet yang memiliki kekuatan 5000 kali lipat lebih kuat dari medan magnet bumi. Medan magnet yang sebesar ini menyebabkan nucleon tubuh berputar dan berbaris sejajar menjadi jarum kompas (Gambar a) Nukleon tersebut kemudian ditembak dengan gelombang radio untuk menginduksi arahnya. (Gambar b). saat arahnya sejajar (Gambar c), nukloen-nukleon tersebut akan memancarkan gelombang radio yang akhirnya diterima computer sebagai pencitraan kondisi dalam tubuh (Gambar d). Gambar-gambar tersebut dapat menunjukkan adanya penyakit dalam tubuh manusia (Gambar e). Teknik ini jauh lebih aman dibandingkan dengan teknik Roentgen (sinar X). MRI dapat digunakan untuk merekam pikiran manusia. Contohnya untuk merekam bagian otak yang menanggapi rangsang panas atau dingin. Selain itu MRI juga dapat digunakan untuk melakukan deteksi dini terhadap gejala epilepsi. B. Kereta Maglev



26



Maglev merupakan singkatan dari magnetically levitated atau kereta terbang. Kereta maglev diterbangkan kurang lebih 10 mm di atas relnya. Meskipun rel dan kereta tidak menempel, kereta maglev yang super cepat ini mampu melaju hingga 650 km/jam, tidak akan terjatuh dan tergelincir. Hal tersebut disebabkan kereta maglev menerapkan prinsip gaya tolak menolak magnet serta didorong dengan menggunakan motor induksi. Kereta maglev telah menjadi alat transportasi masal di beberapa negara maju seperti Jepang, Amerika, China, dan beberapa negara di Eropa seperti Prancis, Jerman, dan London. Di jepang, kereta yang menggunakan prinsip ini yaitu kereta Shinkasen yang menghubungkan kota Tokyo, Nagoya, dan Osaka.



Gambar Kereta Maglev C. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) merupakan pembangkit listrik yang menggunakan energy nuklir. Kerja pembangkit listrik pada umumnya, misalnya pembangkit listrik dengan menggunakan batu bara, air dipanaskan menggunakan bahan bakar batu bara hingga menguap. Uap yang dihasilkan akan digunakan untuk menggerakkan turbin yang selanjutnya digunakan untuk menggerakkan generator. Cara ini, selain dapat mengurangi jumlah sumber daya alam yang tak terbaharui juga dapat mencemari lingkungan akibat pembakaran yang menghasilkan asap karbon, sulfur, dan nitrogen. Pada PLTN panas diperoleh dari reaksi pemecahan inti atom (fisi) dalam suatu reactor nuklir. Panas yang dihasilkan mampu mencapai 1,5 juta derajat celcius, hingga tidak ada satupun bahan di bumi yang mampu menahan energy panasnya. Agar partikel panas tersebut tidak menyebar ke lingkungan, digunakanlah botol magnet dengan medan magnet yang sangat besar.



27



Gambar Reaktor Nuklir



28



BAB III PENUTUP



3.1. Kesimpulan Magnet adalah benda yang memiliki kemampuan dapat menarik benda lain. Magnet memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub-kutub yang senama bila didekatkan akan saling tolak menolak, sedangkan kutub-kutub yang berbeda nama bila didekatkan akan saling tarik-menarik. Gaya magnet ditimbulkan oleh gerakan muatan listrik seperti elektron dan proton (partikel elementer penyusun magnet). Berdasarkan kekuatan magnet untuk menarik benda, bahan magnet dibagi menjadi tiga, yaitu feromagnetik, diamagnetik, dan paramagnetik. Magnet dapat dibuat dengan cara menggosok, induksi (mendekatkan), dan induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik membahas tentang konsep arus listrik yang dapat menghasilkan medan magnet atau medan magnet yang mampu menghasilkan listrik.



Contoh penerapan induksi



elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari adalah generator, dinamo AC/DC, dan transformator. Prinsip elektromagnetik diterapkan dalam teknologi sebagai pendeteksi penyakit dalam tubuh manusia tanpa melalui prosedur pembedahan atau MRI (Magnetic Resonance Imaging), kereta maglev, dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Hewan mampu mendeteksi medan magnet bumi karena di dalam tubuh hewan terdapat magnet. Fenomena tersebut dinamakan biomagnetik. Selain itu, medan magnet bumi dapat dimanfaatkan oleh hewan untuk menentukan arah migrasi, mempermudah upaya mencari mangsa, atau menghindari musuh contohnya seperti lobster duri, bakteri, merpati, elang, salmon, dan penyu laut. 3.2. Saran Berdasarkan kesimpulan diatas penulis menyarankan kepada penulis maupun pembaca setelah membaca makalah ini dapat mengetahui konsep magnet, cara membuat sebuah benda agar bersifat magnet, induksi elektromagnetik, serta pemanfaatannya dalam produk teknologi maupun kehidupan sehari-hari.



29



Makalah ini juga dapat digunakan sebagai referensi dalam pembelajaran khususnya pada materi kemagnetan.



30



DAFTAR PUSTAKA Anonim.(2005). Tumbuhan Lumut.http://id.wikipedia.org/wiki/Tumbuhan Lumut. Diakses pada hari 18 Maret 2012 pukul 19.35 WIB Buku siswa kelas VII Kurikulum 2013 Hasan, M dan Ariyanti, N. S. (2004). Mengenal Bryophyta (Lumut) Taman Nasional Gunng Gede Pangrango Volum 1. Balai Taman Nasional Gunung Gede Pangrango. Cibodas Polunin, N. (1990). Pengantar Geografi Tumbuhan dan Beberapa Ilmu Serumpun. (diterjemahkan oleh : Gembong Tjitrosoepomo). Yogyakarta : Gadja Mada University Press Syamsiah. (2009). Identifikasi Jenis-Jenis Tumbuhan Lumut (Bryophyta) Di Kawasan Wisata Air Terjun Takapala Malino. Jurnal Seminar Hasil Penelitian. Makasar : Universitas Negeri Makasar Buku siswa kelas VII Kurikulum 2013



31