materi kemagnetan

 KEMAGNETAN

Pernahkah kamu melihat benda yang dapat menarik benda logam lain? Kemampuan suatu benda menarik benda lain yang berada didekatnya disebut kemagnetan. Berdasarkan kemampuan benda menarik benda lain dibedakan menjadi dua, yaitu benda magnet dan benda bukan magnet (non magnet).

A.    Pengertien Magnet dan Sifat-Sifat kutub Magnet

A.1 Pengertian Magnet

Magnet adalah suatu benda yang dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi, baja, dan logam-logam tertentu. Magnet pertama kali ditemukan berupa batuan. Batu magnet ini ditemukan di Magnesia (Asia kecil) dekat Yunani.

Jika kita perhatikan, magnet memiliki banyak manfaat dalam kehidupan kita sehari-hari. Berikut ini sejumlah pemanfaatan magnet, yaitu untuk :

a.       Membuat kompas

b.      Menhasilkan gambar pada layar televise dan monitor computer

c.       Membuat kartu ATM dan kartu kredit

d.      Mikrofon dan pembesar suara

e.       Alat perekam

f.       Motor elektrik

g.      Generator

h.      Transformator

i.        Chuck

Benda-benda yang dapat ditarik oleh magnet disebut benda magnetis, sedangkan benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet disebut benda nonmagnetis. Sifat magnetik bahan  dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagnetik. Bahan Diamagnetik yaitu bahan yang sulit ditarik magnet. Jika bahan diamagnetik dibuat menjadi magnet, gaya tarik magnet bahan ini kecil. Contoh : bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur. Bahan Paramagnetik yaitu bahan yang mudah ditarik magnet. Jika bahan paramagnetik dibuat menjadi magnet, gaya manet bahan ini tidak terlalu besar. Contoh : alumunium, magnesium, wolfram, platina, kayu. Sedangkan bahan Ferromagnetik adalah bahan yang sangat mudah ditarik magnet. Jika bahan ferromagnetik dibuat menjadi magnet, gaya tarik magnet ini sangat besar. Contoh : besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt.

A.2. Sifat-Sifat Kutub Magnet

Magnet hanya dapat menarik besi, baja, dan logam-logam tertentu. Untuk dapat mengetahui sifat-sifat kutub magnet, kita dapat melakukan percobaan sebagai berikut:

Menyelidiki sifat-sifat kutub magnet :

1.      Siapkan sebuah meja, kompas, magnet batang, benang, statif, dan isi stapler

2.      Letakkan kumpulan isi stapler di atas meja, kemudian dekatilah dengan magnet batang. Apa yang terjadi pada kumpulan isi stapler itu? Pada bagian manakah dari magnet batang, isi-isi stapler menempel paling banyak? Dengan demikian, bagian magnet manakah yang memiliki daya tarik paling kuat?

3.      Letakkan sebuah kompas di atas meja. Amatilah ujung-ujung magnet jarum kompas itu. Arah manakah yang ditunjuk oleh magnet jarum kompas?

4.      Ikatlah magnet batang dengan benang tepat pada bagian tengahnya, kemudian gantungkan pada statif. Biarkan magnet batang tergantung beberapa saat sehingga akhirnya diam dan menunjuk arah tertentu. Arah manakah yang ditunjuk oleh ujung-ujung magnet batang? Berilah tanda dengan huruf U untuk ujung magnet batang yang menunjuk arah utara dan huruf  S untuk ujung magnet batang yang menunjuk arah selatan. (ujung magnet batang yang menunjuk arah utara disebut kutub utara dan yang menunjuk arah selatan disebut kutub selatan).

5.      Dekatkan kutub utara magnet batang berturut-turut pada kutub utara dan kutub selatan magnet jarum kompas. Bagaimana interaksi yang terjadi pada jarum kompas?

6.      Ulangi langkah 5, dengan cara mendekatkan kutub selatan magnet batang pada kutub selatan magnet jarum kompas. Amati interaksi yang terjadi pada magnet jarum kompas.

Magnet batang dapat menarik kumpulan isi stapler. Isi-isi staplermenempel paling banyak pada bagian ujung-ujung magnet batang. Hal ini menunjukkan bahwa gaya tarik magnet terbesar terdapat pada kedua kutubnya. Kutub-kutub magnet, baik kutub magnet jarum kompas maupun kutub-kutub magnet batang selalu menunjuk arah utara dan selatan. Kutub utara magnet batang yang didekatkan pada kutub utara magnet jarum kompas terjadi interaksi tolak-menolak. Sedangkan kutub utara magnet batang dengan kutub selatan magnet jarum kompas terjadi interaksi tarik-menarik. Kutub selatan magnet batang yang didekatkan pada kutub selatan magnet jarum kompas juga terjadi interaksi tolak-menolak.

Berdasarkan percobaan yang telah kamu lakukan, dapat disimpulkan bahwa magnet memiliki sifat-sifat antara lain :

a.       Dapat menarik benda logam tertentu.

b.      Gaya tarik terbesar magnet terletak pada kedua kutubnya.

c.       Selalu menunjukkan arah selatan dan utara.

d.      Memiliki dua kutub magnet.

e.       Kutub-kutub magnet yang berlainan jenis tarik-menarik, dan

f.       Kutub-kutub magnet yang sejenis tolak-menolak.

B.     Cara Membuat Magnet dan Cara Menghilangkan Sifat Kemagnetan

B.1. Cara membuat magnet

Magnet buatan adalah magnet yang sengaja dibuat untuk berbagai macamkeperluan. Kamu dapat membuat magnet dengan tiga cara, yaitu dengan menggosok, dengan dialiri arus listrik, dan cara induksi magnet.

1.      Membuat magnet dengan menggosok

a.       Sediakan batang besi atau baja dan sebuah magnet tetap.

b.      Gosokkan salah satu ujung magnet tersebut di sepanjang batang besi ke satu arah saja secara berulang-ulang.

c.       Dekatkan batang besi yang telah digosok pada paku-paku kecil.

d.      Apakah paku-paku kecil dapat ditarik dan menempel pada batang besi? Mengapa demikian?

Menempelnya paku-paku tersebut menunjukkan bahwa batang besi telah memiliki sifat magnet. Adapun letak kutub-kutub magnet selalu berlawanan dengan kutub magnet penggosok yang meninggalkannya.

2.      Membuat magnet dengan induksi magnet

a.       sediakan penyangga, magnet batang, paku besar, dan beberapa paku kecil.

b.      Tempelkan paku besar pada batang magnet seperti pada gambar.

c.       Dekatkan beberapa paku kecil pada salah satu ujung paku besar.

d.      Apakah paku-paku kecil itu dapat menempel? Dapatkah kalian menjelaskan?

Pada saat paku berada di bawah magnet batang, magnet-magnet elementer paku menjadi teratur dan menghadap dalam arah yang sama karena terinduksi oleh kutub magnet batang yang ada di atasnya. Kemagnetan yang terjadi pada peristiwa induksi ini bersifat sementara. Sifat kemagnetan pada paku akan hilang apabila magnet batang yang berada di atas paku itu dilepas.

3.      Membuat magnet dengan aliran listrik

a.       Sediakan sebuah paku besar, beberapa paku kecil, kawat berisolasi (kawat transformator).

b.      Mula-mula dekatkan paku besar terhadap paku kecil. Apakah paku-paku kecil dapat ditarik oleh paku besar?

c.       Lilitkan kawat transformator pada paku besar dari pangkal sampai ke ujung. Hubungkan kedua ujung kawat lilitan dengan sebuah batu baterai, kemudian dekatkan lagi dengan paku-paku kecil. Apa yang terjadi? Apakah paku-paku kecil itu dapat tertarik?

Berdasarkan percobaan di atas, dapat dijelaskan :

1.      Ketika paku besar belum dililiti kawat berisolasi, paku-paku kecil tidak dapat ditarik karena paku besar belum bersifat sebagai magnet.

2.      Setelah paku besar dililiti kawat berisolasi yang dihubungkan dengan batu baterai, paku-paku kecil dapat ditarik menempal. Hal ini menunjukkan bahwa paku besar bersifat sebagai magnet.

3.      Apabila arus listrik diputus maka paku-paku kecil akan berjatuhan. Hal ini membuktikan bahwa sifat kemagnetan paku besar hanya terjadi selama arus listrik mengalir, paku disebut menjadi magnet sementara.

4.      Jika paku besi diganti dengan logam kerja, ternyata sifat kemagnetan baja tidak hilang setelah arus listrik diputus karena baja dapat dibuat menjadi magnet yang bersifat tetap.

B.2. Cara menghilangkan sifat magnet

Sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara dibakar, dipukul-pukul, dibanting-banting, atau magnet diletakkan pada solenoid dan dialiri arus listrik bolak-balik (AC). Peristiwa-peristiwa tersebut menyebabkan magnet-magnet elementer yang semula teratur menjadi tidak teratur. Akibatnya, benda menjadi kehilangan sifat magnetnya. Contoh : pita kaset terbuat dari bahan magnet. Pita kaset yang terkena panas, misalnya sengatan matahari dapat rusak karena kehilangan sifat magnetiknya. Akibatnya, tidak dapat menghasilkan musik yang enak didengar.  

C.     Teori Kemagnetan Bumi

Jarum kompas atau magnet yang dapat bergerak bebas selalu mengarah ke utara-selatan jika tidak ada pengaruh gaya dari magnet lain. Hal itu menunjukkan bahwa diseluruh permukaan bumi terdapat gaya magnet yang bekerja terhadap kutub-kutub magnet. Karena kutub-kutub magnet hanya dapat dipengaruhi oleh gaya magnet, berarti di sekitar bumi terdapat medan magnet. Medan magnet ditimbulkan oleh sifat kemagnetan bumi. Bumi dianggap sebagai magnet yang sangat besar.

            Kutub utara magnet bumi terdapat di sekitar kutub selatan bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara bumi. Dengan demikian, kutub utara jarum kompas selalu menunjuk ke utara karena ditarik oleh kutub selatan magnet bumi. Sebaliknya, kutub selatan jarum kompas selalu menunjuk kea rah selatan karena ditarik oleh kutub utara magnet bumi.

Arah yang ditunjukkan jarum kompas sebenarnya tidak tepat menunjuk utara dan selatan, tetapi agak menyimpang. Penyimpangan itu disebabkan kutub magnet bumi tidak tepat pada kutub bumi. Akibatnya, garis-garis gaya magnet bumi juga tidak berimpit dengan arah utara-selatan, namun membentuk sudut kira-kira 11 derajat. Sudut penyimpangan yang dibuat oleh jarum kompas dengan arah utara dan selatan disebut sudut deklinasi. Sudut deklinasi positif jika penyimpangan kutub utara kompas menunjuk ke timur dan sebaliknya deklinasi negative jika penyimpangan kutub utara kompas ke barat.

Selain arah garis-garis gaya magnet bumi yang tidak berimpit dengan arah utara selatan, ternyata juga tidak sejajar dengan permukaan bumi. Akibatnya, akan terbentuk sudut inklinasi, yaitu sudut yang terbentuk oleh jarum kompas bidang mendatar. Apabila kutub utara jarum kompas menunjuk ke bawah, sudut inklinasinya disebut positif. Apabila kutub utara jarum kompas menunjuk ke atas, sudut inklinasinya disebut negatif. Di daerah lintang utara terjadi inklinasi positif, sedangkan di daerah lintang selatan terjadi inklinasi negatif.

D.    Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah atau ruang di sekitar magnet yang masih terpengaruh oleh daya tarik magnet. Medan magnet dapat ditimbulkan oleh benda magnetik dan arus listrik. Adanya medan magnet di suatu ruang dapat ditunjukkan dengan mengamati pengaruh yang ditimbulkan oleh magnet tersebut. Hal itu dapat dilakukan dengan menempatkan benda yang dapat ditarik oleh magnet, seperti besi.

Medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang disebut spectrum magnetik. Garis gaya magnet adalah garis khayal yang menggambarkan medan magnet. Garis gaya magnet merupakan lintasan kutub utara magnet-magnet kecil apabila dapat bergerak dengan bebas. Garis gaya magnetik selalu memancar dari kutub utara ke kutub selatan dan tidak pernah memotong.

Garis-garis gaya magnet yang menunjukkan adanya medan magnet di sekitar benda magnet memiliki ciri-ciri sebagai berikut :

1.      Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.

2.      Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.

3.      Kerapatan garis-garis gaya magnet menunjukkan kuat medan magnet.

E.     Medan Magnet Di Sekitar Kawat yang Dialiri Arus

Apabila sebuah kompas didekatkan pada sebuah penghantar yang dialiri arus listrik, apakah jarum kompas masih tetap menunjuk arah utara dan selatan? Adakah hubungan antara aliran arus listrik dan kemagnetan jarum kompas? Untuk menjawab pertanyaan tersebut cobalah melakukan kegiatan berikut.

Memahami hubungan antara aliran arus listrik dan magnet

1.      Sediakan seutas tali kawat berisolasi atau kabel listrik kira-kira 50 cm, dua buah penyangga, sebuah kompas dan dua buah batu baterai.

2.      Hubungkan baterai dengan kabel dan ikat melalui kedua penyangga sehingga kabel terentang lurus.

3.      Dekatkan kompas di bawah rentangan kabel. Apa yang terjadi pada jarum kompas?

4.      Pindahkan kompas di atas kabel, apakah jarum kompas juga menyimpang? Perhatikan ke mana arah simpangannya!

5.      Kemudian baliklah batu baterainya sehingga arah arusnya juga terbalik. Samakah arah simpangan jarum kompas sebelum dan sesudah arus dibalik?

Percobaan di atas pertama kali dilakukan oleh Hans Christian Oersted (1777-1851) dari Universitas Kopenhagen, Denmark. Dari percobaan tersebut dapat diamati bahwa kutub magnet jarum kompas menyimpang saat berada di dekat penghantar berarus listrik. Terjadinya penyimpangan magnet jarum kompas di sekitar penghantar berarus listrik menunjukkan bahwa di sekitar penghantar berarus listrik terdapat medan magnet. Arah garis gaya medan magnet di sekitar penghantar berarus listrik bergantung pada arah arus.

Kekuatan medan magnet di sekitar arus listrik bergantung pada kuat arus. Makin besar kuat arusnya, makin kuat medan magnetnya. Bentuk penghantar yang lurus berarti medan magnetnya lebih kecil dibandingkan dengan penhantar berbentuk lingkaran. Tahukah kalian mengapa demikian? Oleh karena itu, untuk mendapatkan medan magnet yang kuat, kawat penghantar dapat digulung menjadi sebuah kumparan panjang (solenoid). 

F.      Gaya Lorentz

Gaya Lorentz merupakan gaya yang terjadi akibat interaksi antara medan magnetik dengan arus listrik atau muatan listrik yang bergerak. Gaya ini dapat terjadi pada penghantar berarus yang berada di dalam medan magnetik, muatan listrik yang bergerak di dalam medan magnetik, atau dua buah penghantar lurus sejajar yang dialiri arus listrik.

Besar gaya Lorentz bergantung pada kuat arus listrik, panjang kawat penghantar, dan kuat medan magnet. Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :

F = B. I. l

Dengan :

F = gaya Lorentz (N);

B = kuat medan magnet ( weber atau tesla );

I = kuat arus listrik (A);

l = panjang kawat penghantar (m).

Prinsip gaya Lorentz digunakan pada alat-alat yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat-alat yang memanfaatkan gaya Lorentz antara lain : kipas angin, blender, mixer, alat pengering rambut dan mesin penyedot air.

Contoh soal:

Kawat penghantar yang panjangnya 90 cm berada dalam medan magnet dengan kekuatan 100 weber. Apabila kawat penghantar itu dialiri arus listrik sebesar 220 miliampere, berapakah besar gaya Lorentz yang terjadi? 

Jawab:

Diketahui: B = 100 Weber, l = 90 cm = 0,9 m, A = 220 mA= 0,22 A

Ditanya: F……?

Jawab: F = B. I. l = 100 weber.0,9 m.0,22 A = 19,8 N

SOAL LATIHAN

1.      Apa  yang dimaksud dengan sudut inklinasi dan sudut deklinasi?

2.      Apa yang dimaksud dengan medan magnet?

3.      Apakah kesimpulan dari percobaan Oersted tentang medan magnet di sekitar kawat yang berarus listrik?

4.      Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya Lorentz!

5.      Kawat penghantar yang panjangnya 125 cm berada dalam medan magnet dengan kekuatan 300 weber. Jika gaya Lorentz yang bekerja sebesar 9,375 N, berapakah besar arus yang mengalir? 

Daftar Pustaka

Guru, Tim Abdi. 2006. IPA FISIKA untuk SMP KELAS IX. Jakarta : Erlangga.

Haryati, Daroji. 2010. The Essentialsof Physics for Grade IX. Solo : Tiga Serangkai Pustaka.

Suartini, Kinkin. 2010. Rangkuman Fisika SMP. Jakarta : Gagas Media.