< Previous Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 90 Gambar 3.3 : Daerah netral pada magnet permanet Mengapa besi biasa berbeda logam magnet ? Pada besi biasa sebenarnya terdapat kumpulan magnet-magnet dalam ukuran mikroskopik, tetapi posisi masing-masing magnet tidak beraturan satu dengan lainnya sehingga saling menghilangkan sifat kemagnetannya gambar 3.4a. Gambar 3.4 : Perbedaan besi biasa dan magnet permanen Pada magnet sebenarnya kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya gambar 3.4b. Kutub utara dan kutub selatan magnet posisinya teratur. Secara keseluruhan kekuatan magnetnya menjadi besar. Logam besi bisa menjadi magnet secara permanen atau sementara dengan cara induksi elektromagnetik. Tetapi ada beberapa logam yang tidak bisa menjadi magnet, misalnya tembaga, aluminium logam tersebut dinamakan diamagnetik Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 91 2. 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 dengan kompas keberadaannya. Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dilakukan dengan menempatkan batang magnet diatas selembar kertas. Diatas kertas taburkan serbuk halus besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan pola pola melengkung oval diujung-ujung kutub gambar 3.5. Ujung kutub utara selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah. Gambar 3.5 : Pola garis medan magnet permanen Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara menuju kutub selatan gambar 3.6. Didalam batang magnet sendiri garis gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Didaerah netral tidak ada garis gaya diluar batang magnet. Gambar 3.6 Garis medan magnet utara-selatan Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 92 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 3.7. Tampak jelas kutub sejenis utara-utara garis gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang berbeda utara-selatan, garis gaya magnet memiliki pola tarik menarik. Sifat saling tarik menarik dan tolak menolak magnet menjadi dasar bekerjanya motor listrik. Gambar 3.7 : pola garis medan magnet tolak menolak dan tarik menarik Untuk mendapatkan garis gaya magnet yang merata disetiap 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 3.8. Gambar 3.8 : Garis gaya magnet pada permukaan rata dan silinder Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 93 Meskipun gaya magnet paling kuat terdapat pada kutub-kutub magnet, gaya tersebut tidak terbatas hanya pada kutub. Gaya magnet juga terdapat di sekitar bagian magnet yang lain. Daerah di sekitar magnet tempat gaya magnet bekerja disebut medan magnet. Sangat membantu jika Anda memikirkan medan magnet sebagai suatu daerah yang dilewati oleh garis-garis gaya magnet. Garis gaya magnet menentukan medan magnet sebuah benda. Seperti halnya garis-garis medan listrik, garis-garis gaya magnet dapat digambar untuk memperlihatkan lintasan medan magnet tersebut. Gambar 3.9 Garis-garis gaya magnet Garis medan magnet berkeliling dalam lintasan tertutup dari kutub utara ke kutub selatan dari sebuah magnet. Suatu medan magnit yang diwakili oleh garis-garis gaya yang terentang dari satu kutub sebuah magnet ke kutub yang lain, merupakan suatu daerah tempat bekerjanya gaya magnet tersebut. Garis gaya magnet dapat diperlihatkan dengan mudah dengan menaburkan serbuk besi pada selembar kertas yang diletakkan di atas sebuah magnet. Lihatlah Gambar 3.9. Di manakah garis gaya magnet selalu ditemukan paling banyak dan paling berdekatan satu sama lain? Gambar 3.9 memperlihatkan garis-garis gaya yang terdapat di antara kutub-kutub senama dua buah magnet batang. Pola serbuk besi memperlihatkan kutub-kutub senama tolak-menolak. Gambar 3.10 memperlihatkan garis gaya magnet yang terdapat di antara kutub-kutub tak-senama dua buah magnet batang. Pola serbuk besi memperlihatkan kutub-kutub tidak senama tarik menarik. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 94 Gambar 3.9 Kutub senama tolak-menolak Gambar 3.10 Kutub tidak senama tarik-menarik 3. Bahan Magnetik Jika kamu mendekatkan sebuah magnet pada sepotong kayu, kaca, alumunium, maupun plastik, apa yang terjadi ? Ya, kamu betul jika kamu mengatakan tidak terjadi apa-apa. Tidak ada pengaruh apapun antara magnet dan bahan-bahan tersebut. Disamping itu, bahan-bahan tersebut tidak dapat dibuat magnet. Tetapi, bahan-bahan seperti besi, baja, nikel, dan kobalt bereaksi dengan cepat terhadap sebuah magnet. Seluruh bahan tersebut dapat dibuat magnet. Mengapa beberapa bahan mempunyai sifat magnetik sedangkan yang lain tidak? Secara sederhana kita dapat mengelompokkan bahan-bahan menjadi dua kelompok. Pertama adalah bahan magnetik, yaitu bahan-bahan yang dapat ditarik oleh magnet. Kedua adalah bahan bukan magnetik, yaitu bahan-bahan yang tidak dapat ditarik oleh magnet. Bahan magnetik yang paling kuat disebut bahan ferromagnetik. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 95 Nama tersebut berasal dari bahasa Latin ferrum yang berarti besi. Bahan ferromagnetik ditarik dengan kuat oleh magnet dan dapat dibuat menjadi magnet. Sebagai contoh, jika Anda mendekatkan sebuah magnet pada sebuah paku besi, magnet akan menarik paku tersebut. Jika Anda menggosok paku dengan magnet beberapa kali dengan arah yang sama, paku itu sendiri akan menjadi sebuah magnet. Paku tersebut akan tetap berupa magnet meskipun magnet yang digunakan menggosok tersebut telah dijauhkan. Bahan-bahan magnetik tersebut dapat dibagi menjadi dua macam. Bahan ferromagnetik, yaitu bahan yang dapat ditarik oleh magnet dengan kuat. Bahan ini misalnya adalah besi, baja, dan nikel. Bahan paramagnetik, yaitu benda yang dapat ditarik oleh magnet dengan lemah. Benda-benda ini misalnya adalah aluminium, platina, dan mangan. Sedangkan bahan yang tidak dapat ditarik oleh magnet digolongkan sebagai bahan diamagnetik misalnya bismut, tembaga, seng, emas dan perak. Beberapa bahan, seperti besi lunak, mudah dibuat menjadi magnet. Tetapi bahan tersebut mudah kehilangan kemagnetannya. Magnet yang dibuat dari bahan besi lunak seperti itu disebut magnet sementara. Magnet lain dibuat dari bahan yang sulit dihilangkan kemagnetannya. Magnet demikian disebut magnet tetap. Kobalt, nikel, dan besi adalah bahan yang digunakan untuk membuat magnet tetap. Banyak magnet tetap dibuat dari campuran aluminium, nikel, kobalt dan besi. 4. Flux Magnetik () Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik gambar 3.11. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 96 Gambar 3.11 Belitan kawat berinti udara Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik () diukur dalam Weber, disingkat Wb yang didifinisikan : ”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”. Weber = Volt x detik [] = 1 Vdetik = 1 Wb Garis medan magnit yang dianggap berasal dari kutub utara sebuah magnet disebut flux magnetik. Simbolnya adalah huruf Yunani (phi). Medan magnet yang kuat mempunyai lebih banyak garis gaya dan flux magnetik daripada medan magnet yang lemah. Gambar 3. 12 Kepadatan flux B pada titik P adalah 2 garis per centimeter persegi atau 2 G Satu Maxwell (Mx) sama dengan satu garis medan magnet. Pada Gambar 3.12, flux yang digambarkan adalah 6 Mx sebab terdapat 6 garis medan yang keluar maupun masuk ke tiap kutub. Weber adalah satuan flux magnetik yang lebih besar. Satu weber (Wb) sama dengan 1 x 108 garis medan atau Maxwell. Karena weber satuan yang besar, B=2G Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 97 satuan mikro weber dapat digunakan, 1 µ Wb = 10-6Wb. Untuk mengubah mikro weber ke garis medan, kalikan dengan faktor konversi 108 garis per weber, seperti berikut: 1 µ Wb = 1 x 10-6 Wb x 108 garis/Wb = 1 x 102 garis 1 µ Wb = 100 garis atau Mx Satuan dasar flux magnetik dapat didefinisikan dalam dua cara., Maxwell adalah satuan cgs, sedangkan weber (Wb) adalah satuan mks atau SI. Untuk bidang sains dan rekayasa, satuan SI lebih disukai daripada satuan cgs, tetapi satuan cgs masih banyak digunakan pada banyak aplikasi praktis. 5. Kerapatan Flux Magnet B Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluk magnet”, artinya fluk magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah gambar 3.13. Pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluk magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi. Gambar 3.13 Kerapatan fluk magnet Kerapatan fluk magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai fluk persatuan luas penampang. Satuan fluk magnet adalah Tesla. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 98 Dimana : B = Kerapatan medan magnet = Fluks magnet A = Penampang inti Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan. Gambar 3.14 Daerah pengaruh medan magnet Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir gambar 3.14. Gaya gerak magnetik () sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit. Dimana : = Gaya gerak magnetik I = Arus mengalir dalam lilitan N = Jumlah lilitan kawat 6. Kuat Medan Magnet Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya gambar 3.15. Belitan toroida yang besar memiliki diameter = I . N Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 99 lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet ( = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas. Gambar 3.15 Medan magnet pada toroida Persamaan kuat medan magnet : Dimana : H = Kuat medan magnet Im = Panjang lintasan = Gaya gerak magnetik I = Arus yang mengalir dalam lilitan N = Jumlah lilitan kawat 7. Rangkaian Magnetik Rangkaian magnetik terdiri beberapa bahan magnetik yang masing-masing memiliki permeabilitas dan panjang lintasan yang tidak sama. Maka setiap bagian mempunyai reluktansi yang berbeda pula, sehingga reluktansi total adalah jumlah dari reluktansi masing-masing bagian. Next >