Kemagnetan dan Induksi Elektromagnet

 

Kemagnetan dan Transformator

 

A.   Kemagnetan

Magnet adalah benda yang menarik benda logam (besi, baja, nikel, dan kobalt). Magnet juga menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Medan memengaruhi benda lain yang bersifat magnetik.

Setiap magnet memiliki dua kutub, utara (N) dan selatan (S). Kutub berbeda saling tarik, kutub sama saling tolak. Magnet bekerja aktif saat kita dekatkan ke benda magnetik.

Magnet banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Kita menemukan magnet di kulkas, kompas, dan motor listrik. Magnet membantu menempelkan, mengarahkan, dan menggerakkan benda dengan mudah.

 

Garis Gaya Magnet

Sifat garis gaya magnet

1.    selalu keluar dari kutub utara menuju kutub selatan

2.    tidak saling berpotongan

3.    garis gaya magnet yang lebih rapat lebih besar gaya tariknya

 

Jenis-Jenis Magnet

Sebelum membahas materi magnet kelas 9 Kurikulum Merdeka, perlu diketahui bahwa magnet berasal dari bahasa Yunani, yaitu magnitis lithos. Magnesia ini merupakan jenis batu, namun juga merujuk pada wilayah di Yunani (sekarang Manisa di Turki).

Berikut ini jenis-jenis magnet.

1.    Magnet Alami

Pertama-tama, terdapat jenis magnet alami yang berada di alam lantaran terbentuk secara natural. Oleh karena itu, pembentukannya tidak berurusan dengan manusia yang ada di sekitarnya.

Contoh magnet alami adalah batu-batu magnet yang dahulu ditemukan di Magnesia, salah satunya lodestone.

2.    Magnet Buatan

Berbeda dari yang pertama, magnet buatan melibatkan campur tangan manusia. Biasanya magnet ini dibuat dari logam seperti besi atau baja.

 

 

 

 

Bentuk-bentuk Magnet

 

 

Tidak semua benda dapat ditarik oleh magnet. Hanya benda dengan susunan partikel elementer magnet dan teratur yang akan memiliki sifat magnet.

Adapun tahapan pembuatan magnet dipisahkan menjadi tiga macam cara, yaitu; 

1.    Penggosokan, bagian benda yang digosok terakhir akan menjadi kutub yang berlawanan dengan kutub penggosoknya.

2.    Induksi magnetik, bagian benda yang diinduksi akan menjadi kutub berlawanan dengan bagian yang menginduksi.

 

3.    Elektromagnetik (dialiri arus searah/DC), kutub yang dihasilkan tergantung arah arus listrik dari sumber arus baterai

Ditinjau dari sifat kemagnetannya ada 2 yaitu, magnet permanen dan magnent sementara.

1.    Magnet Permanen

Adapun magnet permanen tetap memiliki daya magnet lama setelah dibuat. Ia bekerja tanpa arus listrik. Contohnya ada pada pintu kulkas, speaker, dan motor listrik.

2.    Magnet Sementara

Magnet sementara hanya aktif saat berada di medan magnet lain. Saat medan hilang, ia kehilangan kemagnetannya. Contohnya paku atau klip kertas yang menempel pada magnet besar.

 

Magnet Elementer

Magnet elementer adalah magnet-magnet kecil berukuran atom yang menyusun suatu bahan magnetic, bertindak sebagai bagian terkecil magnet.

    

      

Perbedaan pada bahan baku magnet

1.    Besi:  : magnet elementer mudah diatur menjadi magnet namun setelah menjadi magnet mudah kembali acak atau magnet sementara.

2.    Baja : magnet elementer sukar diatur menjadi magnet namun setelah menjadi magnet sukar kembali acak atau magnet tetap/permanen

Sifat-Sifat Bahan Magnetik

Bahan-bahan memiliki sifat magnetik yang berbeda tergantung pada susunan atom dan momen magnetnya. Beberapa bahan bisa menjadi magnet kuat, sementara yang lain hanya tertarik lemah atau bahkan ditolak. Sifat bahan magnetik tersebut, yaitu:

1.    Feromagnetik

Feromagnetik adalah benda-benda yang punya ciri khas dapat ditarik oleh magnet secara kuat. Adapun contoh feromagnetik bisa dipantai dari barang logam, misalnya nikel, baja, besi, dan kobalt.

2.    Paramagnetik

Paramagnetik merupakan suatu benda yang masih dapat ditarik perlahan oleh magnet karena kekuatan tarikannya cenderung lemah. Contoh benda paramagnetik adalah lithium dan magnesium.

3.    Diamagnetik

Adapula jenis benda diamagnetik yang sama sekali tidak dapat ditarik oleh magnet. Barang itu mencakup perhiasan seperti perak, tembaga, maupun emas.

 

Pemanfaatan Magnet dalam Berbagai Bidang

Kemagnetan dan pemanfaatannya menjadi informasi yang cukup dekat dengan kita. Beberapa di antaranya dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, yaitu :

1.    Pemanfaatan Magnet di Bidang Teknologi

Kemagnetan dan pemanfaatannya dalam produk teknologi dapat kita temukan di lingkungan kita sehari-hari. Di antaranya kompas, generator, komputer, dan lemari es (kulkas).

2.    Pemanfaatan Magnet di Bidang Kesehatan

Bukan hanya menunjang teknologi, magnet juga kerap dimanfaatkan dalam bidang kesehatan untuk mengukur medis tertentu. Contohnya Magnetic Resonance Imaging (MRI) yang memindai dengan gelombang radio dan medan magnet.

3.    Pemanfaatan Magnet di Bidang Transportasi

Kemagnetan dan pemanfaatannya dalam bidang transportasi juga bisa kita temukan di sekitar kita. Misal motor listrik yang menggunakan sistem elektromagnet untuk menghasilkan medan magnet, sehingga energi gerak bisa diubah ke listrik.

4.    Pemanfaatan Magnet di Bidang Pertanian dan Peternakan

Dinukil dari Master Magnetics, mereka punya produk yang bisa memisahkan material curah serta butiran logam tertentu. Manfaat magnet ini membersihkan logam berbahaya dan mencegah komoditasnya terjangkit penyakit.

 

 

B.   Transformator

Transformator atau yang biasa disebut dengan trafo adalah komponen listrik  yang tersusun dari inti, kumparan primer, dan sekunder yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya. Hal ini karena transformator memiliki magnet yang bergandengan dan prosesnya menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.

 

Prinsip kerja transformator

Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, transformator bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator menggunakan induksi bersama atau mutual induction antara dua rangkaian yang terhubung dengan fluks magnet.

Transformator secara sederhana terdiri dari dua buah kumparan yang secara listrik terpisah, tetapi secara magnet dihubungkan oleh alur induksi. Dua kumparan pada transformator tersebut menghasilkan induksi bersama yang tinggi. Apabila salah satu kumparan pada transformator dihubungkan ke sumber tegangan bolak balik, akan timbul fluks bolak balik di dalam inti besi dan kumparan yang lainnya pun akan terhubung, sehingga menimbulkan GGL (gaya gerak listrik) induksi. GGL induksi yang dihasilkan transformator sesuai dengan induksi elektromagnet dari hukum Faraday.

 Fungsi transformator

Fungsi utama transformator adalah untuk menurunkan dan menaikkan listrik AC. Transformator bisa digunakan dalam beberapa keperluan. Di bawah ini adalah beberapa fungsi transformator:

1.      Trafo bisa digunakan dalam rangkaian radio dan televisi.

2.      Trafo juga dipakai dalam sistem instrumen listrik karena memiliki kemampuan untuk meningkatkan atau menurunkan tegangan dan arus listrik.

3.      Trafo tenaga biasa dipakai dalam pemakaian daya dari rumah tangga, pembangkit, transmisi, dan distribusi tenaga listrik.

 

Karakteristik transformator

Berikut ini beberapa karakteristik transformator:

1.      Terdiri dari sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

2.       Kumparan pada transformator terbuat dari tembaga dan melilit kaki inti transformator.

3.   Jumlah kumparan dan tegangan pada bagian input dan output transformator berbeda, sesuai dengan fungsinya untuk menaikkan jumlah tegangan atau menurunkan.

4.      Pada transformator terdapat inti besi untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan arus listrik melewati kumparan.

5.       Dalam transformator juga terdiri dari pendingin trafo, perubah tap, alat pernapasan, dan indikator.

 

Jenis-jenis transformator

Sesuai dengan fungsinya, transformator terdiri dari dua jenis, yaitu transformator step up dan step down. Berikut ini penjelasannya:

1.    Transformator step up

Transformator step up berguna untuk menaikkan tegangan. Dengan begitu, tegangan dari kumparan sekunder akan lebih besar dibandingkan tegangan dari kumparan primer atau input. Sehingga bisa ditulis V2 > V1.

Sementara itu, pada lilitannya, kumparan sekunder lebih banyak dibandingkan kumparan primer, dapat ditulis dengan N2 > N1. Sehingga, pada transformator step up memiliki aliran kuat arus yang lebih besar di bagian kumparan primer daripada di bagian kumparan sekunder (I1 > I2)

2.    Transformator step down

Sebaliknya dari transformator step up, transformator step down akan menurunkan tegangan, sehingga tegangan pada kumparan sekunder lebih kecil daripada kumparan primer (V2 < V1). Dengan begitu, jumlah lilitan pada kumparan sekunder pun akan lebih kecil daripada jumlah lilitan pada kumparan primer (N2 < N1).

 Rumus transformator

Rumus yang digunakan dalam materi transformator cukup sederhana. Apabila jumlah lilitan pada kumparan primer (N1), jumlah lilitan pada kumparan sekunder (N2), dan tegangan primer (V1), serta tegangan sekunder (V2), masing-masing mendapatkan aliran arus listrik sebesar I1 dan I2, maka persamaannya adalah:

 

Untuk menghitung efisiensi transformator, bisa menggunakan rumus:

 Keterangan Rumus

V1  = tegangan primer (volt)

V2  = tegangan sekunder (volt)

N1 = jumlah lilitan primer

N2 = jumlah lilitan sekunder

I1   = arus primer (ampere)

I2   = arus sekunder (ampere)

P1  = daya masukkan atau input (watt)

P2  = daya keluaran atau output (watt)

ɳ    = efisiensi transformator (%)

 

Contoh soal transformator

1.   Sebuah transformator step down dengan efisiensi 80% mengubah tegangan dari 1000 volt menjadi 200 volt dengan daya keluaran 40 watt. Tentukan kuat arus primer transformator tersebut!

 2. Seseorang merancang sebuah transformator dan menginginkan menghasilkan tegangan             sekunder 220 volt dari tegangan primer 110 volt. Dari dua hal tersebut, berapa perbandingan       jumlah lilitan pada kumparan sekunder dan primer.

 

3. Sebuah transformator mempunyai kumparan primer dan sekunder dengan jumlah lilitan masing-masing 500 dan 5000, dihubungkan dengan jaringan bertegangan arus bolak-balik 220 V. Berapakah tegangan keluarannya?

 4.    Pada sebuah transformator terdapat kumparan primer yang mempunyai 1200 lilitan dan              kumparan sekunder yang mempunyai 1000 lilitan. Jika arus primer 4 A, maka kuat arus                 sekunder adalah …

 5.    Perhatikan gambar berikut.

 

Hitunglah tegangan outputnya.

 

6.    Perhatikan gambar ilustrasi transformator berikut

Dari gambar ilustrasi di atas, pernyataan yang benar adalah…

A.    Trafo I = trafo step down, karena N_s > N_p

B.    Trafo I = trafo step up, karena V_s < V_p

C.   Trafo II = trafo step down, karena V_p < V_s

D.   Trafo II = trafo step up, karena N_p < N_s

 

7.    Berikut adalah gambar skema transformator motor ideal dengan data-datanya.

Jika kuat arus yang mengalir pada menghambat R sebesar 4 Ampere, berapa arus listrik yang mengalir pada kumparan primer.

 

8.    Trafo dengan daya tegangan primer (input) 50 W dengan daya tegangan sekunder (output) 40 W. berapa nilai efisiensi trafo?

9.  Berapa nilai arus sekunder pada trafo dengan efisiensi 75%, tegangan primer 220 V, tegangan sekunder 100 V, dan arus primer 1 A.

 

10.  Diketahui trafo step up mengubah tegangan 25 V menjadi 250 V. Pada kumparan sekunder dihubungkan dengan lampu 50 Watt, 250 V. Jika kuat arus listrik kumparan primer 2 A, tentukan efisiensi trafo tersebut.