praktikum 1
TRANSCRIPT
PRAKTIKUM I
MEDAN MAGNETIK PADA SOLENOIDA
1. TUJUAN
Untuk mengamati efek dari medan magnet pada sebuah solenoid
2. JENIS PRAKTIKUM
1.1 Medan magnetik dari sebuah solenoid
1.2 Gaya tarik magnetik pada sebuah solenoid
1.3 Efek arus solenoid terhadap gaya tarik
3. ALAT DAN BAHAN
Modul 61-400
Induction test rig
Kumparan
Kompas
Solenoid test rig
Mistar
4. DASAR TEORI
Kelistrikan dan kemagnetan telah lama dikenal. Namun para ilmuwan
belum mengetahui bahwa ada hubungan antara keduanya. Hubungan keduamya
baru diketahui ketika Hans Christian Oersted menunjukkan bahwa kompas yang
berada di bawa kawat konduktor berarus akan menyimpang. Besarnya induksi
magnet pada kawat konduktor lurus berarus yang panjang tak berhingga dituliskan
secara matematis B = µi/ 2πa. Dimana B adalah induksi magnet (T), i adalah
arus (A) dan a adalah jarak dari kawat konduktor (m).
Gambar 1.1. Garis gaya magnet mengelilingi sebuah konduktor
Apabila kawat konduktor dibentuk menjadi banyak lilitan akan
terbentuklah sebuah solenoida. Solenoida yang dialiri arus listrik akan memiliki
garis-garis gaya magnet yang serupa dengan sebuah magnet batang.
Gambar 1.2. Garis gaya magnet di sekitar solenoida
Sebuah kumparan solenoida dapat disisipi dengan sebuah inti. Inti dengan
permeabilitas yang tinggi dapat meningkatkan induksi magnet, misalnya sebuah
inti dengan perneabilitas relatif μ = 1000, dapat meningkatkan induksi magnet
pada solenoida hingga 1000 kali besar.
Solenoida yang dialiri arus listrik akan menyerupai sebuah magnet batang.
Prinsip inilah yang digunakan pada sebuah relay dan konstaktor magnetis dimana
sebuah logam akan ditarik ketika arus mengalir pada sebuah solenoida. Aksi ini
dimanfaatkan untuk menyambung dan memutuskan sebuah saklar.
Medan Magnet dalam Kumparan
Pada saat mempelajari elektromagnet (magnet listrik), kita menggunakan
kumparan. Kumparan merupakan gulungan kawat penghantar yang terdiri atas
beberapa lilitan. Kumparan seperti itu juga disebut solenoida. Jika kita
memasukkan inti besi lunak dalam kumparan berarus listrik, kemudian pada salah
satu ujungnya kita sentuhkan beberapa paku kecil, paku-paku tersebut dapat
menempel pada ujung inti besi. Menempelnya paku pada ujung inti besi akan
makin kuat jika kuat arus yang mengalir melalui kumparan diperbesar. Hal itu
menunjukkan bahwa inti besi bersifat magnet. Meskipun tidak disisipi inti besi.
Kumparan sebenarnya juga sudah bersifat magnet jika dialiri arus listrik. Namun,
sifat kemagnetannya lemah. Jadi. adanya inti besi dalam kumparan memperkuat
sifat magnet elektromagnet. Selain dipengaruhi kuat arus listrik. kemagnetan
elektromagnet juga dipengaruhi oleh jumlah lilitan kumparan. Makin banyak
lilitan, makin kuat kemagnetannya.
Michael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, membuat
hipotesis (dugaan) bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan arus
listrik.
Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam
kumparan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang. Jika kutub utara
magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke
kanan. Jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidak
menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum
galvanometer menyimpang ke kiri. Penyimpangan jarum galvanometer tersebut
menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparan terdapat arus listrik. Peristiwa
timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik.
Terjadinya GGL induksi dapat dijelaskan seperti berikut. Jika kutub utara magnet
didekatkan ke kumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak.
Perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan
jarum galvanometer. Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan
keluar dari kumparan. Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer
berlawanan dengan penyimpangan semula. Menurut Faraday, besar GGL induksi
pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik
yang dilingkupi kumparan. Artinya, makin cepat terjadinya perubahan fluks
magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul. Adapun yang dimaksud fluks
nmgnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.
MEDAN MAGNET OLEH ARUS LISTRIK
Percobaan Oerstedt :
I
timur
Utara selatan
barat
Jika di atas kompas diletakkan kawat berarus listrik yang arahnya dari selatan ke
utara ternyata : kutub U kompas menyimpang ke barat sedangkan kutub S
kompas menyimpang ke timur. Percobaan ini membuktikan bahwa arus listrik
(muatan listrik yang bergerak) dapat menimbulkan medan magnet disekitarnya.
Pertanyaan :
a. Jika kawat ada di atas kompas, dan arusnya dari utara ke selatan
kemanakah kutub U dan kutub S menyimpang ?
Jawab :
b. Jika kawat ada di bawah kompas, dan arusnya dari selatan ke utara,
kemanakah kutub U dan kutub S menyimpang?
Jawab :
c. Jika kawat ada di bawah kompas, dan arusnya dari utara ke selatan,
kemanakah kutub U dan kutub S menyimpang ?
Jawab :
Arah garis medan magnet yang dihasilkan dapat ditentukan dengan aturan
genggaman tangan kanan Ampere, yakni :
arah ibu jari = arah arus listrik I
arah lipatan 4 jari lainnya = arah medan magnet B
I
Lingkaran garis medan
BP
P
Medan magnet disekitar kawat lurus panjang berarus :
Dengan menggunakan hukum Biot-Savart dapat diturunkan medan magnet di
sekitar kawat lurus panjang berarus adalah ....
B=μo I
2 πa
μo = 4π x10-1 Wb.A-1m-1 ( permeabilitas magnetik untuk ruang vakum )
I : kuat arus listrik (A)
a : jarak titik ke kawat berarus (m)
B : induksi magnetik (tesla) atau (Wb m-2)
= 3,14
Menurut gambar di atas, arah induksi magnet di titik P menuju ke pemabaca atau :
Sedangkan arah induksi magnet di titik Q menjauhi pembaca atau :
5. PROSEDUR PERCOBAAN
Percobaan 1.1 Medan Magnetik Pada Solenoid
1. Pasang induksi test rig pada 61-400 dengan sebuah kumparan
2. Buat rangkaian seperti yang ditunjukkan pada gambar 1-1-3 (rangkaian
pengetesan) dan gambar 1-1-4(diagram pemasangan).
Gambar 1-1-4: Praktikum 1.1 Diagram Pemasangan
3. Pastikan bahwa resistor 100 ohm pada 61-400 di set ke posisi tengah.
4. Set CB ke posisi 1
5. Tekan dan lepas tombol power pada panel depan. Indikator hijau pada lampu
bercahaya.
6. Set switch spdt ke posisi bawah (on). Panel sekarang telah siap untuk memulai
praktikum 1.1 seperti gambar 1-1-5.
Gambar 1.5. Percobaan 1.1
Medan lilitan tanpa inti
7. Gunakan kompas dan amati medan di sekitar lilitan
8. Pada gamabr 1-1-10 (a) di skesi table hasil, sket/gambar arah jarum kompa
ketika kompas digerakkan mengelilingi lilitan.
9. Pada gambar 1-1-10 (b) di seksi table hasil, sket/gambar arah medan.
Tipe/tipekal hasil diberikan pada gambar 1-1-13. Medan lilitan diberikan inti
10. Masukkan inti besi ke tengah lilitan mendukung pada induksi test rig
11. Amati medan sekeliling lilitan menggunkan kompas catat bahwa kutub
elektromagnetik berada pada ujung batang besi
Aksi Solenoid
12. Set switch spdt ke posisi atas (mati)
13. Posisiakn inti besi sehingga menempati semua bagian dari coil pendukung
tapi tidak menonjol ke bagian tangan kanan. Gerakkan inti besi ke bagian
kanan dari koil pendukung seperti yang ditunjukkan pada gambar 1-1-6.
14. Set variable resistor ke “max” dan pegang koil pada posisi atas, set switch
spdt ke posisi bawah(on), amati bahwa inti besi bergerak ke kanan
15. Set switch spdt ke posisi atas (off) dan tekan dan lepas tombol power.
Indikator hijau dipadamkan.
Percobaan 1.2 Gaya Tarik Magnet Pada Sebuah Solenoid
1. Lepaskan rakitan lilitan induksi dan pasang solenoid test rig pada 61-400
2. Buat rangkaian seperti pada gambar 3-4-7 (rangkaian pengetesan) dan gambar
3-4-8 (diagram pemasangan).
Gambar 1-1-8: Praktikum 1.2 Diagram Pemasangan
3. Pastikan bahwa resistor 100 ohm pada 61-400 diset ke posisi minimum.
4. Set switch spdt ke posisi off (a1)
Menunjuk ke gambar 1-1-9 untuk penempatan setelan alat dan titik pengukur arus
pada solenoid test rig.
Kalkulasi Gaya
5. Untuk memperoleh sebuah nilai untuk gaya bahwa solenoid beropersi
lagi/melawan, ini perlu untuk mengukur luas/jarak per dari panjang
ketegangan/kerenggangan nya, Gunakan satuan nilai per (grams/mm), gaya
terjadi ketika per diperpanjangkan/dimelarkan dapat dihitung. Harga untuk
nilai per adalah 4,38 g/mm.
6. Sesuaikan “load thumkbscrew” jadi beban per tidak dimelarkan dan begitu
tidak ada beban pada poros lengan.
7. Ukuran jarak tegangan/regangan per dalam mm dengan aturan yang tersedia.
Itu seharusnya 20 mm. Catat nilai ini.
Perhitungan Panjang Stroke
8. Untuk menentukan keseluruhan panjang stroke solenoid, tekan inti solenoid ke
bawah strokenya dan ukur sisa panjang yang keluar jauh dari titik. Batas data
ini seharusnya 8 mm untuk jarak terdekat. Dari data yang dihasilkan, ukuran
stroke dirinci sepanjang 4 mm. Oleh karena itu, jika kita mengukur titik
data/dantum 8+14 mm, itu adalah 22 mm untuk (x), inti yang diperpanjang
akan berada pada panjang maksimum strokenya.
9. Setel ukuran stroke dengan mengatur sekrup ke posisi paling kencang.
10. Untuk menghitung ukuran stroke, ukur panjang inti yang tampak dan kurangi
panjang/jarak terdekat untuk 8 mm.
Panjang/Ukuran stroke (SL) = X – CL
11. Setel circuit breaker ke posisi nyala (1)
Tata Cara Pemasangan
12. Tekan dan lepas tombol power pada panel depan. Lampu indikator hijau pada
tombol harus menyala.
13. Tekan kebawah tiang beban (load beam) untuk memperluas/memperpanjang
inti. Set stroke length thumbscrew pada alat percobaan solenoid untuk
mendapatkan panjang inti yang Nampak “x” pada 22 mm.
14. Set tombol spdt ke posisi on”a2”, solenoid mungkin atau tidak mungkin di
energize berhak mendapat toleransi.
15. Ser tombol spdt hidup dan mati beberapa waktu ketika menyetel stroke length
thumbscrew, sampai inti benar-benar tertarik ke dalam.
Solenoida adalah setiap perangkat fisik yang mampu menciptakan area
medan magnet seragam. Contoh teoritis adalah dari gulungan kawat spiral yang
tidak terisolasi dan panjangnya tak terbatas. Dalam hal ini adalah medan magnet
seragam di bagian dalamnya dan, karenanya, akan menjadi nol.
Dalam prakteknya, pendekatan yang nyata untuk solenoida adalah sebuah
kabel terisolasi, dengan panjang terbatas, luka ke dalam heliks (coil) atau
sejumlah gulungan dengan pitch sesuai dengan kebutuhan, dengan mengalirkan
arus listrik. Ketika ini terjadi, itu menciptakan medan magnet di dalam kumparan
lebih seragam lagi koil.
Kumparan dengan inti yang tepat, menjadi elektromagnet. Hal ini
digunakan sebagian besar untuk menghasilkan medan magnet seragam.
Satu dapat menghitung besarnya medan magnet di dalam kumparan dengan
persamaan:
H = N x L / i
dimana:
N: jumlah putaran dari solenoida.
I: arus yang mengalir.
L: panjang total solenoida.
Jenis kumparan digunakan untuk menjalankan jenis katup, yang disebut
solenoid valve, yang merespon arus listrik sehubungan dengan pembukaan dan
penutupan. Penggunaan Selenoida saat ini berhubungan dengan pengontrolan
sistem hidrolik dan pneumatik.
Mekanisme yang terlibat dan disengages starter dari mesin pembakaran
internal pada start up-nya adalah solenoid.
Dalam fisika, solenoida merujuk pada loop panjang, tipis kawat, sering
melilit inti logam, yang menghasilkan medan magnet ketika arus listrik
dilewatkan melalui itu. Solenoida sangat penting karena dapat membuat dan
mengendalikan medan magnet dan dapat digunakan sebagai elektromagnet.
Solenoida merujuk secara khusus untuk kumparan dirancang untuk menghasilkan
medan magnet seragam dalam volume ruang.
Dalam rekayasa, panjang solenoida juga dapat merujuk kepada berbagai
perangkat transduser yang mengubah energi menjadi gerak linier. Istilah ini juga
sering digunakan untuk merujuk kepada katup solenoid, yang merupakan
perangkat terintegrasi berisi sebuah solenoid elektromekanik yang actuates baik
katup pneumatik atau hidrolik, atau saklar solenoid, yang merupakan jenis khusus
dari internal relay yang menggunakan solenoid elektromekanik untuk
mengoperasikan saklar listrik, misalnya, starter mobil solenoida, atau solenoida
linier, yang merupakan solenoid elektromekanik.
(Dikutip dari : http://id.shvoong.com/exact-sciences/engineering/2287287-
pengertian-solenoida/)
Medan magnet dalam solenoida jauh lebih kuat bila dibandingkan dengan medan
magnet pada kawat lurus. Jika arah arus sesuai dengan arah putaran jarum jam,
berarti ujung solenoida yang dituju menjadi kutub utara. Jika arah arus
berlawanan dengan putaran jarum jam berarti ujung solenoida yang dituju menjadi
kutub selatan.
Cara menimbulkan medan magnet dengan mengaliri arus listrik disebut
elektromagnet.
Cara memperkuat elektromagnet yaitu sebagai berikut:
1. memperbanyak jumlah lilitan pada kumparan
2. memperbesar kuat arus yang mengalir pada kumparan.
Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip kerja elektromagnet:
- katrol magnet
- bel listrik
- pesawat telepon
- relai magnetik
- loudspeaker.
Menurut Lorentz, penghantar berarus listrik dalam medan magnet akan mendapat
gaya yang besarnya:
1. sebanding dengan kuat medan magnet
2. sebanding dengan kuat arus
3. sebanding dengan panjang kawat penghantar.
(Dikutip dari : http://matakristal.com/medan-magnet-dalam-kumparan-solenoida/)
Garis Gaya Magnet
Bumi merupakan magnet alam raksasa, buktinya mengapa kompas
menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita. Karena sekeliling bumi sebenarnya
dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati
keberadaannya dengan kompas. Batang magnet menghasilkan garis gaya magnet
yang melingkupinya dengan arah dari utara ke selatan.
Pembuktian sederhana dapat dilakukan dengan menempatkan batang
magnet di atas selembar kertas. Di atas kertas taburkan serbuk besi secara merata,
yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan pola-pola melengkung oval diujung-
ujung kutub Gambar 1. Ujung kutub utara selatan muncul pola garis gaya yang
kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah.
Gambar 1 Pola garis medan magnet permanen
Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah
kutub utara menuju kutub selatan Gambar 2. Di dalam batang magnet sendiri garis
gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Di daerah netral
tidak ada garis gaya di luar batang magnet.
Gambar 2 Garis medanmagnet utara-selatan
Pembuktian secara visual garis gaya magnet untuk sifat tarik-menarik pada
kutub berbeda dan sifat tolak-menolak pada kutub sejenis dengan menggunakan
magnet dan serbuk halus besi Gambar 3. Kutub yang sejenis utara-utara, garis
gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang berbeda utara-selatan,
garis gaya magnet memiliki pola tarik-menarik. Sifat tarik-menarik dan tolak-
menolak magnet menjadi prinsip dasar motor listrik.
Gambar 3 pola garis medan magnet tolak menolak dan tarik menarik
Untuk mendapatkan garis gaya magnet yang merata di setiap titik
permukaan maka ada dua bentuk yang mendasari rancangan mesin listrik. Bentuk
datar (flat) akan menghasilkan garis gaya merata setiap titik permukaannya.
Bentuk melingkar (radial), juga menghasilkan garis gaya yang merata setiap titik
permukaannya Gambar 4.
Gambar 4 Garis gaya magnet pada permukaan rata dan silinder
(Dikutip dari : http://riza-electrical.blogspot.com/2012/07/garis-gaya-
magnet.html)
Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar
Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat
ditentukan dengan rumus :
Keterangan:
BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat
melingkar dalam tesla ( T)
I = kuat arus pada kawat dalam ampere ( A )
a = jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m )
r = jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m )
θ = sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran
kawat dalam derajad (°)
x = jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m )
dimana
Besarnya medan magnet di pusat kawat melingkar dapat dihitung
B = Medan magnet dalam tesla ( T )
μo = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. m
I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
= jari-jari lingkaran yang dibuat
Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan
Sebuah kawat melingkar berada pada sebuah bidang mendatar dengan dialiri arus
listrik. Apabila kawat melingkar tersebut dialiri arus listrik dengan arah tertentu
maka disumbu pusat lingkaran akan muncul medan magnet dengan arah tertentu.
Arah medan magnet ini ditentukan dengan kaidah tangan kanan.
Dengan aturan sebagai berikut: Apabila tangan kanan kita menggenggam maka
arah ibu jari menunjukkan arah medan magnet sedangkan keempat jari yang lain
menunjukkan arah arus listrik
Keterangan gambar :
( Dikutip dari:http://soerya.surabaya.go.id/AuP/eDU.KONTEN/edukasi.net/SMA/
Fisika/Medan. Magnet / materi03.html )
GARIS GAYA MAGNET
Garis Gaya Magnet – Pada sebuah magnet sebenarnya merupakan
kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya. Kutub
utara dan kutub selatan magnet posisinya teratur (lihat gambar 3). Secara
keseluruhan kekuatan magnetnya menjadi besar. Logam besi bisa menjadi magnet
secara permanen (tetap) atau bersifat megnet sementara dengan cara induksi
elektromagnetik. Tetapi ada beberapa logam yang tidak bisa menjadi magnet,
misalnya tembaga dan aluminium, dan logam tersebut dinamakan diamagnetik.
Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan
arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dilakukan dengan menempatkan
batang magnet diatas selembar kertas, kemudian diatas kertas tersebut ditaburkan
serbuk halus besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan
pola melengkung oval diujung-ujung kutub. Ujung kutub utara-selatan muncul
pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah.
Bagian netral magnet artinya tidak memiliki kekuatan magnet. Untuk
membuktikan bahwa daerah netral tidak memiliki kekuatan magnet. Ambil
beberapa sekrup besi, amatilah tampak sekrup besi akan menempel baik diujung
kutub utara maupun ujung kutub selatan. Daerah netral dibagian tengah sekrup
tidak akan menempel sama sekali, dan sekrup akan terjatuh.
(Dikutip dari: http://tasababil.wordpress.com/2011/01/07/13/ )