INTENSITAS MEDAN MAGNET
Suatu medan magnet dikatakan ada dalam suatu ruang jika muatan listrik yang bergerak dalam ruang tersebut mengalami gaya tertentu (bukan gesekan) selama muatan itu bergerak. Artinya, ada tidaknya medan magnet ditentukan oleh efeknya pada jarum kompas, jarum kompas selalu mengambil posisi sejajar dengan medan magnet.
Gambar 1 Medan Magnit Serba Sama Memiliki Arah Ke Kanan
Gambar 1 menunjukkan medan magnet serba sama (homogen) berarah ke kanan. Pada gambar juga tampak jarum kompas yang telah menjajarkan diri dengan medan magnet. Gaya F yang diakibatkan muatan yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet.
Arah gaya pada muatan +q yang bergerak dalam medan magnet dapat ditentukan dengan kaidah atau aturan tangan kanan seperti ditunjukkan pada Gambar 2
Gambar 2 Arah Gaya Ditentukan Dengan Kaidah Tangan Kanan
Rentangkan tangan kanan, dengan jari jemari menunjuk ke arah medan. Atur hingga ibu jari menunjukkan arah gerak (arah kece-patan) muatan positip, maka tapal tangan menekan ke arah gaya pada muatan itu. Arah gaya pada muatan negatip tentu berlawanan dengan arah gaya pada muatan positip.
Perhatikan bahwa garis medan yang melalui partikel dan garis kerja vektor kecepatan partikel membentuk bidang datar (dalam Gambar 2) dan vektor gaya selalu tegak lu¬rus bidang ini.
Besar gaya (F) pada muatan yang bergerak dalam medan magnet bergantung pada hasil kali keempat faktor di bawah ini:
q, besar muatan (Coulomb)
v, besar kecepatan muatan (meter/detik).
B, besar (atau kuat) medan magnet (Weber/meter2).
sin θ, dengan θ adalah sudut antara garis-garis medan dan kecepatan v, maka:
F = q.v.B. Sin θ (Newton)
1) Intensitas Medan Magnet
Intensitas medan magnet pada sesuatu titik dinyatakan oleh vektor B. Arahnya adalah arah medan magnet. B disebut dengan beberapa nama, yaitu induksi magnetik, rapat fluks magnetik, dan secara populer intensitas medan magnet dengan simbol B.
Weber/meter2 (Wb/m2) = Tesla (T)
Kadang masih menjumpai dengan satuan sistem CGS untuk B, yaitu Gauss (G), dengan besaran:
1 G = (10^-4) T
2) Gaya pada Arus dalam Medan Magnet
Pada dasarnya arus adalah muatan positip yang mengalir sehingga jelas bahwa dalam medan magnet arus akan mengalami gaya. Arah gaya yag ditimbulkan oleh medan magnet dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan seperti ditunjukkan pada Gambar 3, dengan vektor kecepatan diganti dengan arah arus.
Besar gaya F pada sepotong kawat pendek (L) dapat ditentukan dengan menggunakan rumus:
F = I.L.B. Sin θ (Newton)
Keterangan
L = panjang kawat (m)
B = medan magnit (T)
θ = sudut antara arah arus dan arah medan B
I = arus listrik (ampere)
Gaya tidak ada (nol) jika kawat sejajar dengan medan. Gaya maksimum terjadi jika garis medan magnet tegak lurus dengan kawat. Sama seperti muatan yang bergerak, gaya adalah tegak lurus bidang yang melalui kawat dan garis medan.
3) Torsi
Pada kumparan datar dalam medan magnet homogen.Torsi pada kumparan terdiri dari N lilitan, masing-masing berarus atau dalam medan magnet B, adalah:
τ = N.I.A.B. sin θ
A adalah luas kumparan dan θ adalah sudut antara garis medan magnet dan garis normal pada bidang kumparan.
4) Sumber Medan Magnet
Penyebab terjadinya medan magnet adalah muatan yang bergerak. Bahkan medan magnet permanen disebabkan gerak muatan, yaitu muatan listrik di dalam atom-atom bahan magnet itu.
Medan magnet yang dihasilkan beberapa arus ditunjukkan pada Gambar 3, pada setiap gambar tertulis nilai B pada titik P. Besaran μ0 = 4π π.(1 ^-7) Tm/A disebut permeabilitas ruang hampa. Kumparan yang ditunjukkan berada dalam ruang hampa atau udara
(a) Kawat lurus panjang
B = (μ0.I)/(2πr)
r adalah jarak antara titik P dan kawat
(b) P adalah titik pusat kumparan, N lilitan, a jari-jari
B = (μ0.N.I)/(2a)
(c) Titik di dalam solenoida panjang, dengan N lilitan per meter
B = μ0.N.I
Medan ini adalah homogen dan r adalah jari-jari lingkaran yang melalui P
Gambar 3 Medan Magnit dari Berbagai Macam Bentuk Kumparan
(d) P adalah titik di dalam toroida dengan N lilitan,
B = (μ0.N.I)/(2πr)
KONSEP DASAR DAN KEMAGNETAN DAN PENERAPANNYA
1) Generator listrik
Generator listrik adalah mesin yang dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Pada dasarnya generator terdiri dari medan magnet yang dihasilkan elektromagnet atau magnet permanen dan suatu rotor (armatur) yang terbuat dari besi dengan beberapa konduktor di permukaannya.
Jika rotor diputar, konduktor memotong garis-garis fluks magnetik sampai terinduksi gaya gerak listrik (ggl) arus bolak-balik pada masing-masing konduktor. Jika arus searah yang dikehendaki harus dipasang komutator.
Dalam banyak tipe generator arus searah, medan magnet pada posisi diam sedangkan rotornya berputar. Pada generator arus bolak-balik kebanyakan medan magnet yang berputar dan armatur atau jangkar diam. Dalam kedua hal ini suatu ggl induksi dihasilkan karena adanya gerak relatif antara medan dan konduktor-konduktor pada armatur (rotor). Pada Gambar 2.13 ditunjukkan generator abad 20 awal.
generator abad ke 20 dan generator portable
Gambar 4
Generator Abad 20 Awal
Gambar 5
Konstruksi Dasar Generator DC
2) Motor listrik
Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Armatur atau jangkar (rotor) motor listrik DC mirip dengan armatur generator DC. Jika motor litrik bekerja, konduktor-konduktor pada armatur memotong garis-garis fluks, sehingga terjadi ggl induksi atau ggl-balik (back emf) atau ggl-lawan (counter emf), yang melawan beda potensial luar.
Armatur mesin shunt dihubungkan secara paralel pada jaringan luar. Karena ggl-balik armatur atau jangkar melawan tegangan jaring, maka beda tegangan yang menghasilkan arus dalam armatur adalah:
Beda tegangan pada armatur = (tegangan jaring)- (ggl-balik)
Arus jangkar = (tegangan jaringan – ggl balik) / tahanan jangkar
Daya mekanis P yang timbul dalam armatur mesin adalah:
P = (arus dalam armatur) x (ggl-balik)
Pada motor listrik terjadi kerugian gesekan, kerugian pada belitan tembaga dan rugi besi (eddy current).
Gambar 6
Contoh Motor Induksi atau Motor AC
Sebelum hubungan antara magnet dan listrik ditemukan, generator menggunakan prinsip elektrostatik. Mesin Wimshurst menggunakan induksi elektrostatik atau influence, sedangkan Generator Van de Graaff menggunakan satu dari dua mekanisme:
- Penyaluran muatan dari elektroda voltase-tinggi
- Muatan yang dibuat oleh efek triboelectric menggunakan pemisahan dua isolator.
Generator elektrostatik tidak efisien dan berguna hanya untuk eksperimen saintifik yang membutuhkan tegangan tinggi.
3) Perkembangan generator atau dinamo listrik
Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan tegangan dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Michael Faraday membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek tersebut, yaitu menggunakan cakram tembaga yang berputar diantara kutub magnet berbentuk tapal kuda, tetapi masih menghasilkan arus searah kecil.
Dinamo adalah generator listrik pertama yang mampu menghasilkan tenaga listrik untuk industri dan merupakan generator yang digunakan pada abad 21. Dinamo menggunakan prinsip elektro magnetisme untuk mengubah tenaga mekanik dalam bentuk putaran menjadi tenaga listrik arus bolak-balik.
Dinamo pertama berdasarkan prinsip Faraday dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii seorang pembuat alat dari Prancis. Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah crank.
Magnet yang berputar diletakkan sehingga kutub utara dan selatan melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar menghasilkan sebuah gelombang arus pada kawat setiap kali sebuah kutub melewati coil. Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan, dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah.
Namun, kedua desain di atas masih memiliki masalah yang sama, yaitu menginduksi spike tanpa diikuti arus. Selanjutnya, Antonio Pacinotti ilmuwan Italia memperbaikinya dengan mengganti coil berputar dengan toroida yang diciptakan dengan cara membungkus cincin besi, sehingga sebagian dari coil terus menerus melewati magnet dan arus yang dibangkitkan kontinyu.
Zénobe Gramme menciptakan kembali desain beberapa tahun kemudian, dengan desain pembangkit listrik komersial untuk pertama kalinya, di Paris pada 1870-an. Desainnya sekarang dikenal dengan nama dinamo Gramme. Beberapa versi dan pengembangan lain telah dibuat, tetapi konsep dasarnya memutar loop (rangkaian tertutup) kawat tidak pernah ditinggalkan dan tetap dipakai sebagai prinsip kerja dinamo modern.
Komentar
Posting Komentar
silahkan berikan komentar