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/ )