Docstoc

Dasar Teori Percobaan Kemagnetan

Document Sample
Dasar Teori Percobaan Kemagnetan Powered By Docstoc
					                            PERCOBAAN B1
                               KEMAGNETAN

A. TUJUAN PRAKTIKUM
   1. Mengukur medan magnet dari sebuah solenoid dan membandingkan hasil
       pengukuran dengan perhitungan teoritis.
   2. Mengukur frekuensi arus listrik PLN dengan eksperimen Melde.


B. DASAR TEORI
1. Medan Magnet
       Medan magnet terbangkitkan oleh arus listrik. Misalnya pada sebuah kawat
lurus yang dialiri arus I seperti pada Gambar 1. Medan magnet terbangkitan
sepanjang kawat berarus dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan : jika arus
listrik adalah ibu jari pada sumbu-z positif, maka medan magnet yang terbangkitkan
adalah sumbu-xy dengan arah empat jari yang lain (berlawanan arah jarum jam).
Perhatikan arah medan magnet pada tiitk P dan Q yang sama-sama berjarak r dari
kawat berarus pada Gambar 1.




 Gambar 1. Medan magnet dari sebuah              Gambar 2. Medan magnet dari sebuah
 kawat lurus berarus                             kawat melingkar berarus



       Kekuatan medan magnet bergantung pada kuat arus yang mengalir dan posisi
titik pengukuran. Pada titik P misalnya, kekuatan medan magnet diberikan oleh
turunan dari hukum Biot-Savart,



                                                   ......... (1)
dengan arah mengikuti kaidah tangan kanan. Faktor 0 adalah konstanta
permeabilitas ruang vakum. Nilai 0/4 sendiri adalah 10-7N/A2. Satuan kekuatan
medan magnet adalah tesla (SI) dan gauss (cgs) (1 tesla = 104 gauss).
       Jika kawat lurus tadi dibengkokkan sehingga menjadi lingkaran (loop)
dengan jari-jari r, seperti pada gambar 2, kekuatan medan magnet di pusat dapat
dihitung dari



                                                     .......... (2)
Jika kawat melingkar arusnya terdiri dari N buah lingkaran, maka kekuatan medan
magnet di titik pusat adalah N kali Persamaan (2).
       Pada kawat melingkar, kaidah tangan kanan diubah. Pada kasus ini ibu jari
adalah arah medan magnet dan empat jari adalah arah arus listrik (lihat Gambar 2).


2. Solenoid
       Kawat melingkar dapat diubah konfigurasinya menjadi serangkaian lilitan
seperti pada Gambar 3. Konfigurasi lilitan kawat melingkar ini disebut solenoid.
Medan magnet yang terbangkitkan mirip dengan apa yang dihasilkan oleh magnet
batang seperti pada gambar 4.




Gambar 3. Sebuah solenoid dan garis-         Gambar 4. Sebuah magnet batang dan
garis medan magnet yang dibangkitkan         garis-garis medan magnet yang dihasilkan



       Medan magnet yang dibangkitkan solenoid terkonsentrasi den seragam di
tengah-tengah solenoid. Kekuatan medan magnetnya, |Bs|, diberikan oleh



                                                       ............ (3)
dengan N adalah jumlah lilitan solenoid dan L adalah panjang solenoid. Dalam
praktiknya, terlalu rumit unutk mengetahui jumlah lilitan solenoid. Oleh sebab itu,
digunakan besaran kerapatan lilitan ρ, yaitu jumlah lilitan setiap satuan panjang,
sehingga Persamaan (3) menjadi
                                                    ............. (4)
       Di luar solenoid, medan magnet melemah dan menyebar. Kekuatannya
menjadi setengah dari kekuatan di tengah-tengahnya, yaitu



                                                    ............. (5)
       Medan magnet solenoid dapat diperkuat dengan cara menambahkan inti besi
ke dalam solenoid. Konfigurasi inti besi yang dililit oleh solenoid adalah dasar dari
magnet listrik-listrik atau elektromagnet.
       Fungsi solenoid dalam kemagnetan analog dengan kapasitor dalam
kelistrikan. Kapasitor membangkitkan medan listrik dalam sebuah rangkaian,
sementara solenoid membangkitkan medan magnet dalam sebuah rangkaian.
Solenoid dapat difungsikan sebagai mekanik sakelar : medan magnet yang
dibangkitkannya dapat menarik dan melepas batang besi. Solenoid juga dipakai
dalam piranti transformator (trafo), motor dan dinamo yang prinsip kerjanya
berdasarkan perubahan kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh solenoid.


                                                                        VH




 Gambar 5. Contoh sebuah Teslameter               Gambar 6. Sensor teslameter
 dengan sensor transparan                         menggunakan prinsip efek Hall


3. Pengukuran kekuatan medan megnet
       Untuk mengukur kekuatan magnet, salah satu detektor yang digunakan
adalah magnetometer, teslameter, atau gaussmeter seperti pada Gambar 5. Prinsip
kerja magnetometer pada umumnya berdasarkan efek Hall. Efek Hall adalah sebuah
fenomena ketika sebuah plat tipis yang dialiri arus dilewati oleh garis-garis medan
magnet secara tegak lurus, maka beda potensial VH terbangkitkan antara dua sisi
yang tegak lurus terhadap arah arus seperti diilustrasikan oleh Gambar 6. Oleh
karena itu, dalam pengukuran kekuatan medan magnet, teslameter harus diposisikan
sedemikian rupa sehingga tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet.
4. Gaya magnet
       Jika arus listrik dalam sebuah kawat membangkitkan medan magnet, maka
arus listrik pada kawat yang lain akan merasakan medan magnet tersebut sebagai
sebuah gaya. Eksperimen menunjukkan jika arus pada kedua kawat searah, maka
kawat kedua akan tertarik olehkawat pertama, begitu juga sebaliknya, seperti
diilustrasikan oleh Gambar 8.
       Gaya yang bekerja pada kawat I2 karena medan magnet yang dibangkitkan
oleh kawat I1 disebut gaya magnet. Medan magnet |B1| dibangkitkan oleh kawat I1
sepanjang ΔL1, gaya magnet yang dirasakan oleh kawat I2 juga sepanjang ΔL2. Besar
dan arah gaya magnet yang dirasakan oleh kawat I2 karena kawat I1 tersebut
diberikan oleh


                                                    ........... (6)
dengan besar dan arah |B1| dapat dihitung dari Persamaan (1). Persamaan (6) ini juga
disebut gaya Lorentz.




                 I1         I2   B1                                   I1              B1

    ΔL1                                ΔL2
                      F21                                                        I2   F21



                       r                                                    r
                      (a)                                                  (b)
Gambar 7. Gaya tarik menarik (a) dan tolak menolak (b) karena medan magnet yang
dibangkitkan oleh maing-masing kawat berarus.


       Perhatikan bahwa Persamaan (6) adalah perkalian silang dari dua buah
vektor : ΔL dan B. Arah vektor ΔL adalah sama dengan arah arus yang mengalir
pada kawat tersebut, sedangkan arah vektor B ditentukan oleh kaidah tangan kanan
(lihat Gambar 1). Perkalian silang dua buah vektor menghasilkan vektor dan arah
selalu tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh vektor-vektor pengalinya,
dalam hal ini arah vektor F tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh vektor
ΔL dan B. Kaidah tangan kanan dapat dipakai lagi di sini, seperti diperagakan oleh
Gambar 8.
      Gambar 8. Kaidah tangan kanan untuk perkalian silang dua buah vektor.


5. Eksperimen Melde
       Jika arus yang mengalir pada kawat I1 adalah jenis bolak-balik (AC)
sedangkan I2 adalah arus searah (DC) akan merasakan gaya magnet bolak-balik
antara tarikan dan dorongan. Hal yang sama juga terjadi jika I1 adalah DC sedangkan
I2 adalah AC, maka kawat I2 juga merasakan gaya tarikan dan dorongan. Akibatnya,
kawat I2 bergetar dan getaran tersebut dirambatkan ke sepanjang kawat. Pada
akhirnya, terciptalah gelombang (getaran yang merambat) pada kawat I2.
       Pembangkit medan magnet dapat digantikan dengan sepasang magnet batang
yang mengapit seutas kawat dengan kutub utara-selatan masing-masing magnet
saling berhadapan. Sepasang magnet batang dapat digantikan dengan sebuah magnet
U. Gelombang akan teramati ketika kawat dialiri arus AC.
       Fenomena yang dibahas pada dua paragraf di atas adalah mimik dari
eksperimen yang dilakukan oleh Franz Melde (Fisikawan Jerman) pada pertengahan
abad ke-19 – atau lebih dikenal sebagai eksperimen Melde. Melde menyebutkan
bahwa gelombang yang terbentuk adalah gelombang berdiri (standing wave).
       Eksperimen Melde orisinalnya adalah untuk menciptakan gelombang berdiri
dari arus listrik dan memerlihatkan fenomena interferensi gelombang. James Clark
Maxwell, pada akhir abad ke-19, menunjukkan secara matematis bahwa medan yang
dibangkitkan oleh arus listrik itu sendiri adalah gelombang, yang disebut gelombang
elektromagnetik.


6. Gelombang mekanik dan frekuensi listrik
   Gelombang yang membutuhkan media untuk merambat disebut gelombang
mekanik. Kelajuan rambat gelombang mekanik ditentukan oleh mediumnya, pada
kasus gelombang satu dimensi seperti pada kawat, diberikan oleh




                                               ........... (7)
dengan T adalah tegangan tali (SI : Newton) dan ρ adalah massa jenis kawat (kg/m).
   Panjang gelombang sendiri dapat langsung dihitung dari pengamatan, yaitu
                                                ........... (8)
dengan L adalah panjang kawat yang dilewati gelombang dan n adalah jumlah siklus
gelombang yang ada di sepanjang kawat. Satu siklus gelombang didefinisikan
sebagai satu puncak dan satu lembah.
      Jika kelajuan perambatan dan panjang gelombang telha diketahui, maka frekuensi
gelombang, f (SI : I/sekon = hertz) dapat dihitung dari relasi


                                                ............ (9)
Karena gelombang adalah getaran yang merambat, frekuensi gelombang identik
dengan frekuensi getaran. Dengan kata lain, frekuensi gelombang yang tercipta pada
tali adalah sama dengan frekuensi sumber getar, yaitu arus listrik.


C. ALAT DAN BAHAN
 I.     Pengukuran Medan Magnet dari Solenoid
      1. Satu buah solenoid.
      2. Sebuah catu daya yang tegangan keluarannya dapat divariasikan sebagai
         sumber gaya gerak listrik (ggl).
      3. Sebuah AVOmeter.
      4. Seperangkat teslameter.
      5. Penggaris.


II.     Pengukuran frekuensi dari arus listrik PLN
      1. Seperangkat papan eksperimen Melde yang terdiri dari :
          a. Sebuah kawat listrik halus.
          b. Sebuah penjepit kawat listrik.
          c. Sebuah katrol.
          d. Sebuah batang magnet U.
      2. Neraca dan sejumlah anak neraca.
      3. Catu daya yang dilengkapi transformator step-down untuk penurunan
         tegangan PLN.
      4. Seperangkat kabel-kabel penghubung.
      5. Penggaris.


D. PROSEDUR KERJA
 I.     Pengukuran Medan Magnet dari Solenoid
      1. Jumlah lilitan dan panjang solenoid dihitung, lalu kerapatan lilitan untuk
         solenoid tersebut ditentukan.
      2. Perangkat eksperimen dirangkai seperti pada Gambar 9. solenoid A
         digunakan. Catu daya dan teslameter harus diperhatikan bahwa membutuhkan
         listrik dari PLN, namun sambungan ke PLN dilakukan jika rangkaian telah
         siap dan benar.
      3. AVOmeter diatur untuk mengukur kuat arus.
      4. Tegangan keluaran catu daya yang hendak dipakai, dipilih.
      5. catu daya dan teslameter dinyalakan.
      6. Nilai ggl dari catu daya dan besar kuat arus yang lewat dicatat. Perhatikan
         bahwa pencatatan pengukuran mengikuti kaidah ketidakpastian yang berlaku.
      7. Kekuatan medan magnet pada titik 1 diukur (di tengah-tengah solenoid),
         2,dan 3 (tepat di sisi ujung solenoid), serta 4 dan 5 (1/4 panjang solenoid dari
         masing-masing sisi ujung. Pengukuran dilakukan lima kali untuk setiap titik.
      8. Prosedur 6 dan 7 diulangi untuk dua nilai ggl yang berbeda.


II.     Pengukuran frekuensi dari arus listrik PLN
      1. Panjang dan massa kawat listrik yang digunakan, diukur. Hasil pengukuran
         dicatat sesuai kaidah ketidakpastian.
      2. Sebuah anak neraca, diberi nama N1. Nilai anak neraca tersebut dicatat. Berat
         anak neraca adalah sama dengan tegangan kawat pada Persamaan 7.
      3. Perangkat eksperimen dirangkai seperti pada Gambar 10, dengan A adalah
         catu data, B adalah penjepit kawat, C adalah katrol, kawat dibentang antara B
         dan C, D adalah anak neraca, E adalah magnet U yang diletakkan pada posisi
         sembarangan, dan F adalah pemutar pada papan eksperimen.
      4. Catu daya dinyalakan jika rangkaian telah siap dan benar.
      5. Ketegangan tali diatur dengan cara memutar-mutar F sedemikian rupa
         sehingga gelombang berdiri yang terbentuk dapat diamati dengan jelas.
         Teramati jelas yaitu jika amplitudo gelombang yang tercipta cukup besar
         untuk dilihat.
      6. Panjang antara B dan C diukur, yaitu besaran L pada persamaan 8. Hasil
         pengukuran dicatat sesuai dengan kaidah ketidakpastian.
      7. Jumlah gelombang dihitung dan dicatat, yaitu besaran n pada Persamaan 8,
         yang terbentuk di sepanjang BC.
      8. Prosedur 2-7 dilakukan untuk empat anak neraca dengan massa berbeda-beda.
         Anak neraca diberi nama N2 dan N3.
E. HASIL PENGAMATAN
1. Pengukuran medan magnet dari solenoida.
   Tabel 1. Besarnya medan bagnet dari solenoida
   Tegangan = 1 V                    Arus = 1,5 A                   Skala = 20
      Titik                Perhitungan besarnya medan magnet (mT) ke-
                       1             2             3          4            5
        1       0,46          0,42          0,41       0,46         0,47
        2       0,24          0,23          0,24       0,22         0,25
        3       0,26          0,27          0,28       0,28         0,28
        4       0,32          0,39          0,30       0,33         0,34
        5       0,29          0,39          0,20       0,28         0,26
        6       0,09          0,11          0,11       0,11         0,11
        7       0,13          0,16          0,18       0,19         0,20


   Tegangan = 5 V                    Arus = 5,5 A                   Skala = 20
      Titik                Perhitungan besarnya medan magnet (mT) ke-
                       1             2             3          4            5
        1       2,16          2,03          2,04       1,85         1,88
        2       1,05          1,09          1,00       0,99         1,07
        3       1,18          1,18          1,19       1,11         1,09
        4       1,09          1,09          0,75       0,65         0,76
        5       1,01          1,09          0,94       1,08         1,17
        6       0,65          0,45          0,46       0,56         0,56
        7       0,76          0,75          0,83       0,81         0,80


   Tegangan = 3 V                    Arus = 4,75 A                 Skala = 200
      Titik                Perhitungan besarnya medan magnet (mT) ke-
                       1             2             3          4            5
        1       0,5           0,6           0,6        0,6          0,6
        2       0,6           0,6           0,5        0,6          0,6
        3       0,6           0,6           0,6        0,5          0,5
        4       0,6           0,6           0,6        0,5          0,6
        5       0,6           0,6           0,5        0,6          0,6
        6       0,6           0,5           0,6        0,6          0,5
        7       0,5           0,6           0,6        0,6          0,5
2. Pengukuran frekuensi dari arus listrik PLN.
     Tabel 2. Banyaknya gelombang kawat pada rancangan eksperimen Melde
                        Massa     Jarak magnet dari tepi (cm)
                    beban (mg)      11       40,5      70,5
                   1                 3           4       3
                   2                 3           3       3
                   5                 2           3       3
                   10                2           3       2
                   20                2           3       2
                   50                2           2       2
                   100               1           1       1

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:3876
posted:2/5/2012
language:Indonesian
pages:9