Makalah Elektromagnetik kelas IX

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang maha Esa yang telah memberikan  kekuatan dan segala pengertian sehingga penulis dapat menyelesaikan  makalah dengan judul “ Alat-Alat yeng Memanfaatkan Elektromagnet”.

Dalam penulisan makalah ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, cinta kasih dan kerja sama serta doa dari berbagai pihak. Untuk itu penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada orang yang ada di sekitar penulis yang telah membantu dalam doa.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan makalah ini. Karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun sebagai pedoman di masa mendatang. Maka penulis dengan penuh rasa syukur mempersembahkan makalah ini semoga bermanfaat untuk kita semua.

Januari , 2017

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

BAB 1. PENDAHULUAN............................................................................... 3

BAB 2. PEMBAHASAN.................................................................................. 4

1.  Pengertian Magnet.................................................................................. 4

2. Pengertian Elektromagnet...................................................................... 4

3. Prinsip Kerja Elektromagnet.................................................................. 4

4. Alat-Alat yang Menggunakan Prinsip Elektromagnet......................... 5

a.       Bel Listrik.......................................................................................... 5

b.      Relay................................................................................................. 7

c.       Pesawat Teleon.................................................................................. 8

d.      Katrol Listrik................................................................................... 10

e.       Alat Pengangkat Besi Tua............................................................... 10

f.       Kompas........................................................................................... 11

g.      Pengeras Suara (Loudspeaker) ....................................................... 13

h.      Metal Detektor................................................................................ 14

5. Daftar Pustaka....................................................................................... 18

BAB I PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Elektromagnet adalah prinsip pembangkitan magnet dengan menggunakan arus listrik. Aplikasi praktisnya kita temukan pada motor listrik, speaker, relay dsb. Sebatang kawat yang diberikan listrik DC arahnya meninggalkan kita (tanda silang), maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet melingkar. Sedangkan gambar visual garis gaya magnet didapatkan dari serbuk besi yang ditaburkan disekeliling kawat beraliran listrik.

B.     Tujuan Pembelajaran

1.      Apa yang dimaksud elektromagnet ?

2.      Bagaimana skema/bagan-bagannya ?

3.      Bagaimana prinsip kerjanya?

4.      Sebutkan contoh alat-alat yang menggunakan prinsip-prinsip elektromagnet ?

BAB II PEMBAHASAN

1.      Pengertian Magnet

Magnet adalah suatu benda yang daat menarik benda-benda yang terbuat dari besi,baja,dan logam-logam tertentu. Magnet pertama kali ditemukan di Magnesia, Yunani dalam bentuk batuan. Sifat kemagnetan digolongkan menjadi 3 yaitu, ferromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik.

2.      Pengertian Elektromagnet

Elektromagnet adalah magnet yang terjadi karena aliran listrik pada kumparan berinti besi. Elektromagnet ini memiliki beberaa kelebihan dibanding magnet permanen. Kelebihan-kelebihan tersebut adalah sebagai berikut:

      Sifat kemagnetannya dapat diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah lilitan atau memperbesar arus listrik.

      Sifat kemagnetannya dapat dihilangkan dengan cara memutus arus listrik dan dapat ditimbulkannya kembal dengan cara menyambung arus listrik.

      Kutub-kutub magnetnya dapat ditukar dengan cara mengubah arah arus listrik.

Berikut merupakan skema/bagan-bagan dari eletromagnet :

3.      Prinsip kerja elektromagnet

·         Aturan sekrup mirip dengan hukum tangan kanan yang menggenggam, dimana arah ibu jari menyatakan arah arus listrik mengalir pada kawat. Maka keempat arah jari menyatakan arah dari garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan. 

Arah aliran arus listrik DC pada kawat penghantar menentukan arah garis gaya elektromagnet. Arah arus listrik DC menuju kita (tanda titik pada penampang kawat), arah garis gaya elektromagnet melingkar berlawanan arah jarum jam. Ketika arah arus listrik DC meninggalkan kita (tanda silang penampang kawat), garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan melingkar searah dengan jarum jam (sesuai dengan model mengencangkan sekrup). Makin besar intensitas arus yang mengalir semakin kuat medan elektro-magnet yang mengelilingi sepanjang kawat tersebut.

4.      Alat-alat yang menggunakan prinsip elektromagnet

A.    Bel Listrik

Bel Listrik yang dalam bahasa Inggris disebut dengan Electric Bell adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi suara dengan menggunakan prinsip elektromagnetik yang bekerja secara otomatis. Bel listrik bekerja menggunakan prinsip elektromagnetik yaitu pembuatan magnet sementara dengan cara dialiri arus listrik.

Bagian-bagian utama bel listrik:

1.      Sebuah magnet listrik (A dan B), berupa magnet listrik berbentuk U yang dililit kawat berfungsi sebagai magnet ketika diberi arus listrik;

2.      Penghubung dan pemutus arus listrik (interuptor): C;

3.      Sebuah pelat besi lunak (jangkar besi lunak): D yang dihubungkan dengan pegas baja E dan pemukul bel: F;

4.      Lonceng (Gong): G;

5.      Kumparan Elektromagnet;

6.      Saklar tekan;

7.      Baterai sebagai sumber tegangan.

Bagian terpenting sebuah bel listrik adalah elektromagnet dan pemutus arus (interuptor). Elektromagnet dalam bel listrik berupa inti besi yang berbentuk huruf U. Inti besi tersebul dililiti kumparan dengan arah belitan yang berbeda. Hal ini dilakukan dengan maksud supaya pada ujung-ujung inti besi diperoleh magnet yang berbeda/kutub-kutub magnet yang tidak sejenis (utara dan selatan) jika kumparan tersebut dialiri arus listrik.

Ketika sakelar ditekan. teradi aliran arus liitrik. Akibatnya, inti besi lunak menjadi elektromagnet. Elektromagnet ini dapat menarik jangkar besi lunak. Saat jangkar besi tersebut menempel pada elektromagnet, pemukul mengenai bel dan terjadi bunyi.

Selama jangkar besi menempel pada besi lunak. aliran arus listrik terputus. Hal itu menyebabkan sifat kemagnetan inti besi lunak hilang. Akibatnya. jangkar besi lunak kembali ke posisi semula. Demikianlah hal ini berlangsung berulang-ulang selama sakelar bel ditekan. Alat untuk menyambung atau memutus arus listrik secara berulang-ulang secara otomatis disebut interuptor. Jadi, elektromagnet pada bel listrik memutus dan menyambung arus listrik dengan cepat secara otomatis.

Prinsip kerja bel listrik sebagai berikut:

Ketika sakelar ditekan, maka arus listrik dari baterai mengalir melalui interuptor lalu menuju pegas baja dan akhirnya sampai di kumparan. Ketika kumparan dialiri arus listrik, kumparan tersebut menjadi magnet (elektromagnet) dan menarik jangkar besi lunak sehingga jangkar tersebut memukul bel dan menghasilkan bunyi. Sesaat setelah jangkar besi lunak ditarik oleh elektromagnet, arus listrik yang mengalir melalui interuptor terputus. Terhentinya arus listrik yang mengalir menuju kumparan menyebabkan kumparan kehilangan sifat kemagnetannya sehingga pegas baja menarik jangkar besi lunak pada keadaan semula. Setelah kembali kedudukan semula, interuptor terhubung kembali dengan arus listrik dari baterai sehingga kumparan menjadi magnet dan proses yang sama akan terulang kembali. Proses ini terjadi secara berulang-ulang sehingga bel terus menghasilkan bunyi sampai saklar kembali ditekan untuk memutuskan arus dari baterai.

Manfaat bel listrik sebagai berikut:

1.      Penggunaan bel listrik jenis elektromagnetik ini banyak kita temui pada sistem keamanan dan keselamatan yang terdapat di pabrik, hotel maupun pusatperbelanjaan dengan mempergunakannya sebagai alarm kebakaran (Fire Alarm). Selain itu, bel listik juga sering digunakan sebagai alarm maling dan juga lonceng di sekolah;

2.      Digunakan oleh orang yang akan bertamu di rumah seseorang, sebagai 
ada tamu yang datang.

       B.     Relay

Relai adalah alat yang dapat menghubungkan atau memutus arus listrik besar menggunakan arus listrik kecil. Dengan kata lain, relai bekerja sebagai saklar pada rangkaian listrik berarus besar. Arus yang relatif kecil dalam kumparan magnet listrik dapat digunakan untuk menghidupkan arus yang besar tanpa terjadi hubungan listrik antara kedua rangkaian. Bagian utama relai adalah elektromagnet dan kontak. Relai banyak digunakan sebagai kontak starter mobil, sakelar jarak jauh. Sebagai contoh, relai untuk membuka pintu garasi. Sakelar pengatur dihubungkan dengan rangkaian elektronik yang peka cahaya. Apabila rangkaian elektronik disoroti lampu mobil, maka pintu garasi akan terbuka dan dalam bidang teknik untuk mengatur suatu alat dari jarak jauh, misalnya pada motor listrik. Oleh karena itu, motor listrik atau mesin-mesin listrik yang memerlukan arus besar dapat dikontrol dari jauh menggunakan kabel yang dapat dilalui arus kecil. Kabel seperti itu lebih murah harganya.Bagian utama sebuah relai yaitu:

1.      Magnet listrik (M)

2.      Sauh (S)

3.      Kontak (K)

4.      Pegas (P)

Prinsip kerja relai sebagai berikut:

Ketika sakelar ditekan, arus listrik kecil mengalir. Aliran arus ini menyebabkan jangkar besi lunak tertarik ke elektromagnet hingga menempel. Hal itu menyebabkan kontak terhubung. Akibatnya, motor listrik teraliri arus. Aliran arus listrik itulah yang menyebabkan motor listrik berputar.

            

Jika sakelar ditutup, arus segera mengalir di elektromagnet kemudian, elektromagnet menarik jangkar besi sehingga menekan kontak dan terjadi kontak di K (kontak terhubung) dan mengalirlah arus di rangkaian sekunder (motor berputar).

Keuntungan kita dalam menggunakan relay:

1.                  Kita bisa membuat rangkaian otomatis penyambung/pemutus (switch) tegangan  AC dan DC

2.                  Relay bisa digunakan pada switch tegangan tinggi

3.                  Relay juga menjadi solusi pada switch dengan arus yang besar

4.                  Bisa melakukan swith pada banyak kontak dalam waktu yang bersamaan

5.      Sakelar-sakelar dan kabel-kabel penerangan yang hanya sesuai untuk arus kecil dapat dipakai untuk mengatur mesin-mesin listrik yang berarus besar, misalnya pada dinamo starter mobil.

C.    Pesawat Telepon

Pesawat telepon  terdiri dari dua bagian utama  yaitu pesawat pengirim suara (mikrofon/ mounthpiece) dan pesawat penerima suara (telepon) atau earpice, pada pesawat penerima suara terdapat magnet dan elektromagnet. Mikrofon terdiri atas diafragma aluminium, kotak karbon, dan butir-butir karbon. Adapun telepon terdiri atas diafragma besi, magnet permanen, dan elektromagnet.

Prinsip kerja pesawat telepon sebagai berikut:

Prinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang bunyi. Pada sebuah mikrofon terdapat pelat tipis yang disebut diafragma (D) yang selalu bersentuhan dengan butir-butir karbon (C) yang berada di dalam kotak karbon ( B ).

Getaran suara yang jatuh di permukaan diafragma D mengakibatkan diafragma itu bergetar. Getaran diafragma mengakibatkan butir-butir karbon tertekan. Jika tekanannya besar, butir-butir karbon merapat, jika tekanannya kecil, butir-butir karbon merenggang. Perubahan merapat dan merenggangnya butir-butir karbon menyebabkan hambatan listriknya berubah-ubah. Saat butir-butir karbon merapat, hambatan listriknya kecil dan saat merenggang hambatan listriknya besar. Berubahnya hambatan listrik karbon sesuai dengan getaran suara. Perubahan hambatan listrik ini mengakibatkan berubah-ubahnya arus listrik. Arus yang berubah-ubah ini dialirkan ke pesawat penerima.

Pesawat penerima terdiri atas sebuah diafragma M, magnet listrik AA dan magnet tetap US yang berfungsi memagnetkan inti magnet listrik AA. Karena diafragma terbuat dari lempengan bahan ferromagnetik, maka selalu tertarik ke arah AA, sehingga bentuknya lengkung. Arus listrik dari mikrofon yang berubah-ubah mengakibatkan kemagnetan elektromagnet pada pesawat penerima berubah-ubah pula. Perubahan kemagnetan ini menyebabkan berubahnya gaya tarik pada diafragma. Perubahan gaya tarik ini sesuai dengan getaran suara yang dikirim dari mikrofon. Penerima mendengar suara pengirim.

D. Katrol listrik

Katrol Listrik adalah elektromagnetik yang besar digunakan untuk mengangkat sampah logam yang tidak terpakai. Terutama saat selesai proses pembangunan gedung atau kepingan-kepingan badan kapal besar yang tidak terpakai.

Kebaikan katrol listrik adalah:

a. Mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besar

b. Dapat  mengangkat/memindahkan  bongkahan  besi  yang  tanpa rantai

c. Membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan feromagnetik.

Kekurangan katrol listrik adalah:

a.       Katrol listrik sangat bergantung dengan arus listrik

b.      Apa bila arus listrik mati, seketika pula sampah yang diangkutnya akan jatuh berhamburan.

Prinsip kerja katrol listrik sebagai berikut:

Apabila arus dihidupkan katrol listrik akan menarik sampah besi dan memindahkan ke tempat yang dikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, sampah besi akan jatuh, dengan cara ini sampah yang berupa tembaga, aluminium, dan seng dapat dipisahkan dengan besi.

                     E.     Alat pengangkat besi tua

Alat pengangkat besi merupakan salah satu penerapan dari gejala kemagnetan oleh arus listrik, yang digunakan untuk mengangkat, memindahkan benda-benda logam yang berat/ terbuat dari besi dan baja diperlukan alat penarik yang memiliki sifat magnet sementara yang kuat. Dewasa ini alat pengangkat magnetik digunakan untuk memisahkan bahan logam dengan bahan bukan logam, misalnya pada tempat pembuangan sampah modern.

Prinsip kerja alat pengangkat besi tua sebagai berikut:

Pada umumnya, alat tersebut menggunakan kumparan berinti besi lunak yang berbentuk U. Dengan mengalirkan arus listrik pada kumparan, inti besi yang berbentuk U tersebut menjadi sebuah magnet sehingga dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi/ baja. Setelah sampai ke tempat yang ditentukan, besi/ baja tersebut diletakkan dengan cara memutuskan arus yang mengalir pada kumparan. Untuk memperbesar gaya tarik alat, dapat dilakukan dengan cara menambah lilitan dan menambah arus listrik.

                    F.     Kompas

Alat yang digunakan untuk menunjukkan arah utara bumi atau geografis disebut kompas. Alat ini digunakan untuk menunjuk arah. Kompas merupakan magnet jarum yang dapat bergerak bebas pada sebuah poros. Pada keadaan setimbang salah satu ujung magnet jarum menunjuk arah utara dan ujung lainnya menunjuk arah selatan.

Prinsip kerja kompas sebagai berikut:

Cara kerja kompas menggunakan medan magnet. Jarum kompas yang terbuat dari magnet selalu menunjuk arah utara dan selatan. Jarum ini memiliki kutub utara dan selatan. Medan magnet bumi memberikan gaya magnet kepada jarum kompas. Kutub utara jarum kompas menunjuk ke arah kutub utara geografis bumi. Seperti yang kita ketahui, kutub magnet yang senama tolak-menolak, demikianlah kira-kira medan magnet yang ditimbulkan serta dimanfaatkan sebagai cara kerja kompas karenanya usaha untuk memperkecil pengaruh luar terhadap gangguan kompas, dilakukan dengan beberapa cara yaitu antara lain menggunakan minyak bening sesuai dengan bentuk dan cara kerja kompas dan yang tak senama tarik-menarik. Jadi, yang ditunjuk oleh kutub utara jarum kompas sebenarnya adalah kutub selatan magnet bumi. Sedangkan yang ditunjuk oleh kutub selatan jarum kompas sebenarnya kutub utara magnet bumi.

Kompas mempunyai kegunaan yang sangat membantu antara lain:
1. Untuk mencari arah utara magnetis. 
2. Untuk mengukur besarnya sudut kompas.
3. Untuk mengukur besarnya sudut peta.
4. Untuk mencocokkan letak orientasi.
5. Untuk menentukan tempat recection/i nte resection. 
6. Untuk perjalanan kompas siang/malam.
7. Kompas biasanya digunakan pada kapal laut, kapal udara, ataupun para penjelajah.
8. Untuk mengetahui letak utara atau selatan, dengan mengetahui arah utara dan selatan, akan dapat ditentukan arah mata anginnya.

Demikianlah kegunaan kompas yang memanfaatkan cara kerja kompas khususnya dalam mempelajari peta kompas.
Sehubungan dengan cara kerja kompas ada beberapa hal yang perlu diperhatikan. Dalam penggunaan kompas di lapangan, harus berhati-hati, terutama untuk menjamin keakuratan pengukuran kompas. Salah satu yang mengganggu ketepatan pengukuran kompas adalah terganggunya jalan dari jarum kompas. Penyebabnya adalah:

1.                  Kawat listrik dan listrik tegangan tinggi. Menggunakan kompas lebih dari 60 meter dari kawat listrik tegangan tinggi, karena pada jarak tersebut medan magnet kompas belum terpengaruh oleh medan magnet dan medan listrik.

2.                  Kawat telegraf. Untuk jarak yang baik, dalam penggunaan kompas sebaiknya  mengambil jarak lebih dari 40 meter dari kawat telegraf.

3.                  Kawat berduri. Banyak ditemui pada batas daerah batas pertanian, peternakan, komplek militer dan lain-lain. Penggunaan kompas yang baik harus berjarak ±10 meter dari benda tersebut. Yang terpenting sebelum membeli kompas, hendaknya diketahui dan dipilih terlebih dahulu, bentuk yang diinginkan dan disesuaikan dengan keperluan.

4.                  Patok dari besi baja. Jarak yang ideal untuk perhitungan kompas adalah ±3 meter.

                  G.    Pengeras suara (Loudspeaker)

Loud Speaker atau speaker (pengeras suara) adalah transduser yang mengubah sinyal elektrik ke frekuensi audio (suara) dengan cara menggetarkan komponennya yang berbentuk membran untuk menggetarkan udara sehingga terjadilah gelombang suara sampai di kendang telinga kita dan dapat kita dengar sebagai suara. Bagaimana Suara dapat dihasilkan ?

Yang dimaksud dengan “Suara” sebenarnya adalah Frekuensi yang dapat didengar oleh Telinga Manusia yaitu Frekuensi yang berkisar di antara 20Hz – 20.000Hz. Timbulnya suara dikarenakan adanya fluktuasi tekanan udara yang disebabkan oleh gerakan atau getaran suatu obyek tertentu. Ketika Obyek tersebut bergerak atau bergetar, Obyek tersebut akan mengirimkan Energi Kinetik untuk partikel udara disekitarnya. Hal ini dapat di-anologi-kan seperti terjadinya gelombang pada air. Sedangkan yang dimaksud dengan Frekuensi adalah jumlah getaran yang terjadi dalam kurun waktu satu detik. Frekuensi dipengaruhi oleh kecepatan getaran pada obyek yang menimbulkan suara, semakin cepat getarannya makin tinggi pula frekuensinya. Loudspeaker terdiri atas membran berupa corong. Lubang dibelakang corong diberi magnet yang dibungkus dengan kumparan kawat. Apabila ada sinyal suara, kumparan akan bersifat magnet dan bergerak (ingat kutub sejenis tolak-menolak dan kutub tak sejenis tarik-menarik).

Prinsip kerja loudspesker sebagai berikut:

Getaran tersebut akan menggetarkan membran. Karena bentuknya corong, getaran tersebut makin keras dan mengeluarkan suara persis seperti suara dari tape recorder/ radio. Dengan digunakannya kotak berbagai kemasan, suara akan semakin keras dan jelas.
Atau
Dalam rangka menterjemahkan sinyal listrik menjadi suara yang dapat didengar, Speaker memiliki komponen Elektromagnetik yang terdiri dari Kumparan yang disebut dengan Voice Coil untuk membangkitkan medan magnet dan berinteraksi dengan Magnet Permanen sehingga menggerakan Cone Speaker maju dan mundur. Voice Coil adalah bagian yang bergerak sedangkan Magnet Permanen adalah bagian Speaker yang tetap pada posisinya. Sinyal listrik yang melewati Voice Coil akan menyebabkan arah medan magnet berubah secara cepat sehingga terjadi gerakan “tarik” dan “tolak” dengan Magnet Permanen. Dengan demikian, terjadilah getaran yang maju dan mundur pada Cone Speaker.
Cone adalah komponen utama Speaker yang bergerak. Pada prinsipnya, semakin besarnya Cone semakin besar pula permukaan yang dapat menggerakan udara sehingga suara yang dihasilkan Speaker juga akan semakin besar.
Suspension yang terdapat dalam Speaker berfungsi untuk menarik Cone ke posisi semulanya setelah bergerak maju dan mundur. Suspension juga berfungsi sebagai pemegang Cone dan Voice Coil. Kekakuan (rigidity), komposisi dan desain Suspension sangat mempengaruhi kualitas suara Speaker itu sendiri.

                H.    Metal detector

Metal detector merupakan sebuah instrument elektronik yang memanfaatkan mekanisme elektromagnetik untuk melacak kandungan metal pada sebuah objek. Umumnya metal detector terdiri dari 3 komponen utama, yaitu:

1.                  Transmitter coil.

2.                  Receiver coil.

3.                  Standard wave analyzer.

Prinsip kerja metal detector sebagai berikut:

Transmitter coil merupakan sebuah kumparan yang berfungsi sebagai penghasil atau pemancar gelombang elektromagnetik, karena berdasarkan prinsip dasar elektromagnetik yaitu “Saat kumparan diberi tegangan AC (alternating Current), maka pada kumparan tersebut akan timbul medan magnet”. Gelombang elektromagnet ini nantinya akan diterima oleh receiver coil yang diletakkan di dekat transmitter coil antara transmitter dan receiver, nantinya akan diberi ruang untuk melewati objek yang akan diuji kandungan metalnya.

Jika benda logam melewati metal detector, maka gelombang yang ada menjadi terganggu dan standard wave analyzer akan memberitahukan bahwa ada ketidakseimbangan gelombang. Fungsi standar wave analyzer disini yaitu sebagai regulasi induksi gelombang elektromagnetik antara transmitter coil dan receiver coil. Standar wave analyzer ini terhubung ke control unit yang nantinya akan mengontrol sistem yang ada pada metal detector seperti bunyi alarm, mengaktifkan lampu indicator, menghentikan atau membalik putaran motor, memisahkan objek yang terdeteksi mengandung metal pada conveyor belt metal detector.