LAPORAN RESMI

PRAKTIKUM IPA 3

GGL INDUKSI ELEKTROMAGNETIK DAN GAYA LORENTZ

Disusun oleh

Kelompok 2

Muhamad Labib Ridlo (12312241015)

Listina Widiastuti (123122410 )

Yeni Pijayani (12312241017)

Ulfah Kurnia Laili (12312214018)

Yohan Lestiana (12312241020)

Ardya Fatma Winarni (12312241030)

Hanifah (12312241032)

Ninik Ristikawati (12312241037)

PRODI PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2014

A. Tujuan

1. Menyelidiki gejala kelistrikan yang terjadi karena induksi.

2. Mengamati pengaruh medan magnet terhadap penghantar yang dialiri arus.

B. Dasar Teori

Gaya Gerak Listrik (GGL)

Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat

dibolak-balik. Ketika H.C. Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik

terdapat medan magnet (artinya listrik menimbulkan magnet), para ilmuwan mulai berpikir

keterkaitan antara kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan

bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet

menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnet yang

digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada

kumparan itu.

Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya

arus listrik yang mengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada

kumparan (seperti kegiatan di atas), jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri.

Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan

masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-

ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik). GGL yang terjadi di ujung-ujung

kumparan dinamakan GGL induksi. Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak.

Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.

Penyebab Terjadinya GGL Induksi

Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah

garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya

jumlah garis-garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL

induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum

galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan

magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan

bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu.

Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus

induksi seperti yang ditunjukkan Gambar a (ingat kembali cara menentukan kutub-kutub

solenoida). Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan,

jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya

jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan.

GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan

jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. pada saat

magnet keluar garis gayadalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus

induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu

merupakan kutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan ketika kutub

utara magnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam

kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada

ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan

jarum galvanometer tidak bergerak.

Pada kegiatan tersebut diketahui bahwa ketika kutub utara magnet bergerak ke dalam

kumparan maka jarum galvanometer, menyimpang ke kanan. Ketika magnet ditarik dari

dalam kumparan maka jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Pada saat kutub selatan

bergerak masuk ke dalam kumparan, jarum galvanometer akan menyimpang ke kiri,

sedangkan ketika kutub selatan ditarik dari dalam kumparan, jarum galvanometer

menyimpang ke kanan.

Dari hasil percobaan di atas maka dapat diambil kesimpulan bahwa arus induksi

yang timbul dalam kumparan arahnya bolak-balik seperti yang ditunjukkan oleh

penyimpangan jarum galvanometer yaitu ke kanan dan ke kiri. Karena arus induksi selalu

bolak-balik, maka disebut arus bolak-balik (AC = Alternating Current). Faraday

menggunakan konsep garis gaya magnet untuk menjelaskan peristiwa di atas.

1. Magnet didekatkan pada kumparan maka gaya yang melingkupi kumparan menjadi

bertambah banyak, sehingga pada kedua ujung kumparan timbul gaya gerak listrik

(GGL).

2. Magnet dijauhkan terhadap kumparan maka garis gaya yang melingkupi kumparan

menjadi berkurang, kedua ujung kumparan juga timbul GGL.

3. Magnet diam terhadap kumparan, jumlah garis gaya magnet yang melingkupi kumparan

tetap, sehingga tidak ada GGL.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu:

1. Kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka

GGL induksi yang timbul semakin besar.

2. Banyaknya lilitan Semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga

semakin besar.

3. Kekuatan magnet Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul

juga semakin besar. Untuk memperkuat gejala kemagnetan pada kumparan dapat dengan

jalan memasukkan inti besi lunak.

GGL induksi dapat ditimbulkan dengan cara lain yaitu:

1. Memutar magnet di dekat kumparan atau memutar kumparan di dekat magnet. Maka

kedua ujung kumparan akan timbul GGL induksi.

2. Memutus-mutus atau mengubah-ubah arah arus searah pada kumparan primer yang di

dekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua ujung kumparan sekunder dapat

timbul GGL induksi.

3. Mengalirkan arus AC pada kumparan primer, maka kumparan sekunder didekatkan

dapat timbul GGL induksi. Arus induksi yang timbul adalah arus AC dan gaya gerak

listrik induksi adalah GGL AC.

Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan

terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat

adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi.

Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi. Peristiwa timbulnya GGL

induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut

induksi elektromagnetik.

GAYA LORENTZ

Gaya elektromagnetik juga dikenal dengan gaya Lorentz. Persamaan Lorentz

dikemukakan oleh Hendrik Lorentz yang menjelaskan tentang besarnya gaya yang

ditimbulkan oleh gelombang elektromagnetik. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan

oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan

magnet (B). Arah gaya ini akan mengikuti arah maju sekrup yang diputar dari vektor arah

gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B), seperti yang terlihat dalam rumus

berikut:

Keterangan:

F = gaya (Newton)

B = medan magnet (Tesla)

q = muatan listrik ( Coulomb)

v = arah kecepatan muatan (m/t)

Sebuah partikel  bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet

homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel

akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada

muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz

(F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya

Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan

arah arus listrik ( I ). Untuk  muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang

untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus.

Jika besar muatan q bergerak dengan kecepatan v, dan I = q/t maka persamaan gaya

Lorentz untuk kawat dapat dituliskan :

Sehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan yang bergerak

dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan

menggunakan rumus :   

Keterangan: F = gaya Lorentz dalam newton ( N )

q  = besarnya muatan yang bergerak

dalam coulomb ( C )

v = kecepatan muatan dalam meter / sekon ( m/s )

B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )

θ = sudut antara arah v dan B

Bila sebuah partikel bermuatan listrik bergerak tegak lurus dengan medan magnet 

homogen yang mempengaruhi selama geraknya, maka muatan akan bergerak dengan

lintasan  berupa lingkaran. Sebuah muatan positif bergerak dalam medan magnet B (dengan

arah menembus bidang) secara terus menerus akan membentuk lintasan lingkaran dengan

gaya Lorentz yang timbul menuju ke pusat lingkaran. Demikian juga untuk muatan negativ.

Persamaan-persamaan yang memenuhi pada muatan yang bergerak dalam medan magnet

homogen sedemikian sehinga membentuk lintasan lingkaran adalah :

Gaya yang dialami akibat medan magnet :   F = q . v . B

Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua persamaan kia

mendapatkan  persamaan :      

Keterangan: R = jari-jari lintasan partikel dalam meter ( m )

      m = massa partikel dalam kilogram ( kg )

      v =  kecepatan partikel dalam meter / sekon ( m/s )

B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )

q = muatan partikel dalam coulomb ( C )      

Contoh penerapan gaya Lorentz pada kehidupan sehari-hari adalah alat ukur listrik, kipas,

dan lain-lain.

Prinsip gaya Lorentz dimanfaatkan dalam motor listrik. Motor listrik adalah alat yang

dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Berikut adalah contoh motor listrik

yang merupakan salah satu contoh penerapan gaya lorentz dan bagian-bagian motor listrik

tersebut.

Sumber: http://fisikazone.com/gaya-lorentz/motor-listrik-dan-gaya-lorentz/

Ketika kumparan yang ada dalam daerah medan magnetik dialiri arus listrik,

kumparan tersebut menghasilkan gaya lorentz yang menyebabkan kumparan berputar pada

suatu sumbu. Setelah berputar setengah putaran atau sekitar 180o, komutator akan mengubah

arah arus yang mengalir pada kumparan sehingga arahnya berlawanan dengan arah arus

semula. Hal ini menyebabkan gaya Lorentz berubah sebesar 180o dan kumparan meneruskan

putarannya hingga satu putaran penuh. Setelah berputar satu putaran penuh, komutator

tersebut kembali mengubah arah arus dalam kumparan sehingga kumparan kembali berputar

pada sumbunya. Proses ini terus berulang sehingga motor listrik pun terus berputar. Prinsip

kerja motor listrik DC diatas merupakan salah satu contoh penerapan gaya lorentz dalam

kehidupan sehari-hari.

C. Metode Praktikum

1. Waktu Pelaksanaan : Selasa, 25 November 2014

2. Tempat Pelaksanaan : Lab IPA 1 FMIPA UNY

3. Alat dan Bahan

a. Percobaan GGL Induksi Elektromagnetik

1 buah kabel penghubung merah

1 buah kabel penghubung hitam

1 buah papan rangkaian

2 buah jembatan penghubung

1 buah multimeter

1 buah kumparan 500 lilitan

1 buah kumparan 1000 lilitan

2 buah magnet batang

b. Percobaan Gaya Lorentz

2 buah magnet batang

1 buah dudukan magnet

2 buah rumah baterai

2 buah baterai besar

1 buah inti besi

1 buah papan rangkaian

1 buah saklar 1 kutub

2 buah jepit buaya

2 buah stekler perangkai

Kertas aluminuim foil

4. Prosedur Kerja

a. Percobaan GGL Induksi Elektromagnetik

1. Persiapan Percobaan

Memfungsikan multimeter sebagai voltmeter. Menghubungkan kabel voltmeter tersebut pada rangkaian seperti pada gambar 1.

Menyusun alat seperti pada gambar 1

Mempersiapkan peralatan/ komponen sesuai dengan daftar alat/ bahan

2. Langkah-Langkah Percobaan

Memasukan dan mengeluarkan sebuah magnet batang ke dalam kumparan 500 lilitan secara perlahan-lahan

Mengamati simpangan jarum voltmeter pada multimeter

Mencatat hasil pengukuran voltmeter pada tabel hasil pengamatan

Memasukan dan mengeluarkan sebuah magnet batang ke dalam kumparan 500 lilitan secara cepat

Mengamati simpangan jarum voltmeter pada multimeter dan mencatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan

Memperbesar gaya magnet dengan cara menggabungkan 2 buah magnet batang

Mengulangi langkah 1 dan langkah 2

Mencatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan

v

Mengganti Kumparan 500 lilitan dengan kumparan 1000 lilitan

3. Gambar Susunan Rangkaian Alat/ Bahan

Gambar 1

b. Percobaan Gaya Lorentz

1. Persiapan Percobaan

Menyiapkan peralatan/ komponen sesuai dengan daftar alat/ bahan

Menyusun alat seperti pada gambar 1(saklar dalam posisi terbuka/ posisi 0)

Memasang steker perangkai masing – masing pada jepit buaya

Melakukan percobaan dengan mengulangi langkah 1 sampai langkah 4

vv

Mencatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan.

2. Langkah-Langkah Percobaan

Memasang steker pada papan rangkaian

Memperhatikan kutub – kutub baterai, arah arus yang mengalir dalam rangkaian yaitu dari utara ke selata serta arah medan magnet dari ataske bawah

Menutup saklar dan memperhatikan arah gerakan aluminium foil.

Membuka saklar (posisi 0) dan mengulangi langkah 2 beberapa kali.

Menggunting kertas alumunium foil dengan ukuran kurang lebih 25 x 0,5 cm

Memasang kertas aluminium foil yang sudah dipotong pada kedua buah jepit buaya (sedikit kendur)

Memasang magnet dengan kutub magnet yang berdekatan berbeda tanda, misalnya kutub utara magnet berada di atas dan kutub selatannya di bagian bawah seperti pada

gambar 1 dengan arah medan magnet dari atas ke bawah

Mengatur rangkaian sehingga apabila saklar ditutup arus akan mengalir dari utara ke selatan

3. Gambar Susunan Rangkaian Alat/ Bahan

Gambar 1

Mencatat hasil pengamatan pada tabel hasil pengamatan

Membalikkan polaritas baterai, sehingga arah arus akan mengalir dari selatan ke utara

Mengulangi langkah 2 dan 3.

Membuka saklar, kemudian membalikkan polaritas baterai.

Menukar posisi magnet sehingga kutub selatannya berada di atas.

Mengulangi langkah 2 sampai 5.

D. Data Hasil Pengamatan

1. Percobaan GGL Induksi Elektromagnetik

Kumparan 500 Lilitan

Jumlah Magnet Gerak Keluar - Masuk Tegangan

1Perlahan 0,01

Cepat 0,05

2Perlahan 0,02

Cepat 0,07

Kumparan 1000 lilitan

Jumlah Magnet Gerak Keluar - Masuk Tegangan

1Perlahan 0,03

Cepat 0,12

2Perlahan 0,04

Cepat 0,34

2. Percobaan Gaya Lorentz

Arah Arus Arah Medan Magnet Arah Gerakan Alumunium Foil

U – S Atas - Bawah Timur

S – U Atas - Bawah Barat

U – S Bawah - Atas Barat

S - U Bawah - Atas Timur

E. Pembahasan

Pada kesempatan ini, praktikan melakukan 2 judul praktikum dalam satu waktu yaitu praktikum GGL Induksi Elektromagnetik dan praktikum Gaya Lorentz. Masing-masing judul memiliki tujuan yang berbeda, untuk praktikum GGL Induksi Elektromagnetik bertujuan untuk menyelidiki gejala kelistrikan yang terjadi karena induksi, sedangkan untuk

praktikum gaya Lorentz bertujuan untuk mengamati pengaruh medan magnet terhadap

penghantar yang dialiri arus. Praktikum ini praktikan kerjakan di laboratorium IPA 2,

FMIPA,UNY pada hari Selasa, 25 November 2014.

Dalam melakukan praktikum ini, praktikan menggunakan beberapa alat dan

bahan, untuk praktikum ggl induksi elektromagnet menggunakan 1 buah kabel

penghubung merah, 1 buah kabel penghubung hitam, 1 buah papan rangkaian, 2 buah

jembatan penghubung, 1 buah multimeter, 1 buah kumparan 500 lilitan, 1 buah kumparan

1000 lilitan dan 2 buah magnet batang. Selanjutnya alat-alat ini dirangkai sesuai dengan

gambar pada buku petunjuk .

Sedangkan untuk praktikum gaya lorentz menggunakan 2 buah magnet batang, 1

buah dudukan magnet, 2 buah rumah baterai, 2 buah baterai besar, 1 buah inti besi, 1

buah papan rangkaian, 1 buah saklar 1 kutub, 2 buah jepit buaya, 2 buah stekler

perangkai dan kertas aluminuim foil. Selanjutnya alat-alat ini dirangkai sesuai dengan

gambar pada buku petunjuk.

Berikut merupakan pembahasan untuk masing-masing percobaan yang telah

preaktikan kerjakan :

a. GGL Induksi Elektromagnet

Pada percobaan pertama yaitu GGL induksi elektromagnetik didapatkan

hasil bahwa pada kumparan dengan 500 lilitan dan menggunakan 1 magnet

didapatkan hasil tegangan 0,01 Volt dengan gerakan magnet perlahan. Sedangkan

pada gerakan magnet cepat didapatkan tegangan yang terukur adalah 0,05 Volt. Pada

praktikum menggunakan 2 magnet didapatkan tegangan 0,02 Volt dengan pergerakan

magnet perlahan dan 0,07 Volt dengan pergerakan cepat.

Sedangkan pada kumparan dengan 1000 lilitan didapatkan hasil sebagai

berikut. Saat magnet yang digunakan 1 buah dengan gerakan perlahan didapatkan

tegangan sebesar 0,03 Volt. Sedangkan dengan perlakuan gerak magnet cepat

didapatkan hasil tegangan sebesar 0,12 Volt. Untuk perbandingan besarnya tegangan,

praktikan juga mengukur tegangan dengan menggunakan 2 magnet. Sehingga

didapatkan hasil dengan gerakan magnet perlahan sebesar 0,04 Volt dan dengan

gerakan cepat didapatkan tegangan sebesar 0,34 Volt.

Dari hasil praktikum tersebut dapat disimpulkan bahwa semakin banyak

magnet yang digunakan dan semakin cepat gerakan yang dilewatkan melalui lubang

kumparan maka tegangan yang dihasilkan semakin besar. Selain itu, juga semakin

banyak lilitan maka tegangan yang dihasilkan akan semakin besar pula. Sehingga

antara besar kumparan/lilitan berbanding lurus dengan tegangan yang dihasilkan. Pada percobaan ini telah ditemukan oleh seorang ilmuan yaitu Michael

Faraday pada tahun 1831 yang berawal dari rasa penasarannya dengan medan

magnet dapat menghasilkan arus listrik dan akhirnya mampu menjawab gagasannya

dengan melakukan percobaan menghasilkan arus listrik dengan menggunakan medan

magnet.

Menurut literatur dapat diketahui bahwa meskipun medan magnet konstan

tidak dapat menghasilkan arus namun perubahan medan magnet dapat menghasilkan

arus listrik. Arus yang dihasilkan oleh medan magnet arus induksi. Pada saat medan

magnet berubah, terjadi arus yang seolah-olah pada rangkaian tersebut terdapat

sumber ggl. Sehingga ggl induksi dihasilkan oleh medan magnet yang berubah. Arah

arus listrik ini akan bergantung pada cara magnet digerakkan dan juga kutub magnet

yang mendekati kumparan tersebut.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar ggl induksi yaitu:

1. Kecepatan perubahan medan magnet, yaitu semakin cepat perubahan medan

magnet maka ggl induksi yang timbul semakin besar.

2. Banyaknya lilitan, yaitu semakin banyak lilitan maka ggl induksi yang timbul

juga semakin besar.

3. Kekuatan magnet, yaitu semakin kuat gejala kemagnetannya maka ggl induksi

yang timbul juga semakin besar.

Untuk memperkuat gejala kemagnetan pada kumparan dapat dengan jalan

memasukkan inti besi lunak. Namun pada praktikum ini, praktikan menggunakan

magnet karena dalam KIT listrik telah tersedia magnet yang dapat digunakan. GGL

induksi dapat di timbulkan ngan cara antara lain:

1. Memutar magnet di dekat kumparan atau memutar kumparan di dekat magnet.

Maka kedua ujung kumparan akan timbul ggl induksi.

2. Memutus-mutus atau mengubah-ubah arah arus searah pada kumparan primer

yang di dekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua ujung kumparan

sekunder dapat timbul GGL induksi.

3. Mengalirkan arus AC pada kumparan primer, maka kumparan sekunder

didekatkan dapat timbul GGL induksi. Arus induksi yang timbul adalah arus

AC dan gaya gerak listrik induksi adalah GGL AC.

Dari hasil praktikum dengan literatur dapat dibandingkan bahwa hasil dari

praktikum memiliki kesamaan yaitu pada faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya

ggl induksi. Pada hasil praktikum didapatkan hasil semakin besar tegangan yang

ditunjukkan oleh voltmeter dengan perlakuan kecepatan gerak magnet yang

dilewatkan melalui kumparan semakin cepat maka ggl induksi yang timbul semakin

besar. Banyaknya lilitan juga menimbulkan besarnya ggl induksi semakin besar, yang

dilakukan oleh praktikan yaitu pada peercobaan pertama menggunakan 500 lilitan dan

pada percobaan kedua menggunakan 1000 lilitan dan hasil yang diperoleh adalah

semakin besar. Kekuatan magnet juga mempengaruhi ggl induksi yang dihasilkan,

yaitu pada percobaan pertama dan kedua menggunakan masing-masing 1 masgnet

pada pengukuran pertama dan 2 magnet pada pengukuran kedua. Hasil yang

ditunjukkan pada penambahan magnet ini akan berpengaruh dengan kekuatan magnet

yaitu medan magnet semakin besar dan kuat yang mengakibatkan gejala

kemagnetannya kuat. Sehingga hasil praktikum ini sudah benar karena hasil yang

diperoleh telah sesuai dengan literatur yang diperoleh.

b. Gaya Lorentz

Dalam percobaan kedua ini yaitu Gaya Lorentz, langkah pertama yang

dilakukan yaitu menyiapkan peralatan atau komponen yang ada pada KIT sesuai

dengan daftar alat yang ada pada petunjuk. Kemudian menyusun seperti yang ada

pada gambar 1 (saklar dalam posisi terbuka atau posisi 0), selanjutnya memasang

steker perangkai masing-masing pada jepit buaya dan steker dipasang dipapan

rangkaian. Kemudian praktikan mengunting kertas alumunium foil dengan ukuran

yang telah ditentukan, kertas alumunium fouil yang telah dipotong tersebut dipasang

pada kedua buah jepit buaya dengan posisi sedikit kendur. Selanjutnya memasang

magnet dengan kutub magnet yang berdekatan berbeda tanda, misalnya kutub utara

magnet berada di atas dan kutub selatannya di bagian bawah seperti pada gambar 1

dengan arah medan magnet dari atas ke bawah. Kemudian mengatur rangkaian

sehingga apabila saklar ditutup maka arus akan mengalir dari utara ke selatan.

Langkah selanjutnya, di bagian bawah seperti pada gambar 1 dengan arah medan

magnet dari atas ke bawah. Kemudian menutup saklar dan memperhatikan arah

gerakan aluminium foil dan membuka saklar (posisi 0) dan mengulangi langkah

tersebut beberapa kali. Hasil pengamatan tersebut selanjutnya dicatat dalam bentuk

tabel. Langkah berikutnya yaitu membalikkan polaritas baterai, sehingga arah arus

akan mengalir dari selatan ke utara. Kemudian menutup saklar dan memperhatikan

arah gerakan aluminium foil dan membuka saklar (posisi 0) dan mengulangi langkah

tersebut beberapa kali. Membuka saklar, kemudian membalikkan polaritas baterai.

Menukar posisi magnet sehingga kutub selatannya berada di atas. Langkah

selanjutnya sama seperti langkah sebelumnya yaitu menutup saklar dan

memperhatikan arah gerakan aluminium foil dan membuka saklar (posisi 0) dan

mengulangi langkah tersebut beberapa kali. Hasil pengamatan tersebut selanjutnya

dicatat dalam bentuk tabel. Arah magnet dalam percobaan ini apabila atas ke bawah

berarti pada bagian ujung magnet yang berada diatas berupa kutub utara magnet dan

bagian ujung magnet yang berada di bawah berupa kutub selatan magnet dan

sebaliknya, apabila bawah ke atas berarti pada bagian ujung magnet yang berada di

atas berupa kutub selatan magnet dan bagian ujung magnet yang berada di bawah

berupa kutub utara magnet, hal ini karena dari magnet sendiri yaitu dari uata ke

selatan, dan sebelumnya arah kutubnya diuji terlebih dahulu. Sedangkan arah arusnya

yaitu dengan mengganti arah kutub dari baterai (sumber arus) yaitu kutub yang (+) ke

kutub yang (-).

Dari percobaan ini, diperoleh hasil yaitu pada arah arus dari utara ke selatan

yaitu arah arus dari positif (+) ke negatif (-). Arah medannya dari atas ke bawah maka

bagian ujung magnet atas merupakan kutub utara dari magnet sedangkan bagian

ujung dari magnet bawah merupakan kutub selatan. Dan saat saklar ditutup maka

dihasilakan arah alumunium foil ke arah timur atau masuk sedangkan pada saat saklar

ditutup maka arah alumunium foil ke barat atau keluar. Selanjutnya pada saat arah

arusnya diubah yaitu dari selatan ke utara dengan mengubah arah kutubnya dan arah

magnetnya tetap saat saklar ditutup maka diperoleh alumunium foil ke arah barat atau

keluar dan pada saat saklar dibuka maka arah dari alumunium foil ke arah timur atau

keluar. Pada arah arus utara ke selatan arah arus dari positif (+) ke negatif (-). Arah

medannya diubah yakitu dari bawah ke atas maka bagian ujung magnet atas

merupakan kutub selatan dan bagian ujung bawah magnet bawah merupakan kutub

utara. Pada saat saklar ditutup maka diperoleh arah dari alumunium foil yaitu ke arah

barat atau keluar dan pada saat saklar ditutup maka arah alumunium foilnya menjadi

kearah timur atau masuk. Pada arah arus yang diubah yaitu dari selatan ke utara

dengan arah medan magnet yang tetap pada saat saklar dibuka diperoleh arah

alumunium foil ke arah timur atau masuk dan apabila saklar ditutup maka arah

alumunium foil menjadi kearah barat atau keluar.

Menurut literatur, gaya lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan

listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet

(B). Arah gaya ini akan mengikuti arah maju sekrup yang diputar dari vektor arah

gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B). Sebuah partikel bermuatan listrik

yang bergerak dalam daerah medan magnet homogen akan mendapatkan gaya. Gaya

ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel akan menyimpang searah dengan

gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak

dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari

arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz .

Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan arah

arus listrik ( I ). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang

untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus. Berikut beberpa

gambar dari percobaan gaya lorenzt:

(a)Timur

Barat Selatan

Utara

(+)

Arah medan magnet

Arah arus listrik

Gaya Lorenzt

(b)

Keterangan gambar: (a). Gambar pada percobaan dengan arah arus utara-selatan dan

arah medan atas-bawah. (b). Gambar pada percobaan dengan arah arus selatan-utara

dan arah medan atas-bawah.

Dari data yang telah dijelaskan di atas bahwa, jika arus listrik mengalir dari

utara ke selatan (dalam percobaan ini mengalir dari kutub positif ke negatif). Ternyata

alumunium foil  melengkung ke dalam (ke arah timur) , ini berarti ada sesuatu gaya

yang berarah keatas akibat adanya medan magnet homogen dari utara ke selatan. Jika

arus listrik diperbesar maka alumunium foil akan melengkung lebih besar. Kemudian

bila kutub sumber dibalik (arus mengalir dari selatan ke utara), ternyata alumunium

foil melengkung ke keluar (ke arah barat). Hal yang sama juga terjadi apabila arah

magnetnya diubah yaitu dari arah atas ke bawah (kutub utara magnet berada magnet

dibagian atas dan kutub selatan magnet berada magnet dibawah) kita ketahui bahwa

medan magnet bergerak dari arah utara ke selatan maka dihasilkan arah alumunium

ke dalam (timur) dan sebaliknya. Apabila arah magnetnya diubah yaitu dari bawah

ke atas (kutub utara magnet berada magnet dibagian bawah dan kutub selatan magnet

berada magnet diatas) kita ketahui bahwa medan magnet bergerak dari arah utara ke

selatan maka dihasilkan arah alumunium keluar (barat). Hal yang menyebabkan

alumunium foil melengkung ke dalam atau ke keluar tidak lain adalah suatu gaya

yang dikenal sebagai gaya magnetik (gaya Lorentz). Jadi arus listrik yang berada di

dalam medan magnet mengalami gaya magnetik. Arah gaya magnetik ini tergantung

pada arah arus dan arah medan magnet. Adanya gaya magnet pada penghantar

Arah arus listrik

Gaya Lorenzt

Arah medan magnet

Timur

Utara

Barat

berarus listrik di dalam medan magnet memungkinkan berputarnya kumparan

penghantar berarus listrik di dalam medan magnet. Berdasarkan fakta bahwa

aluminium foil di dalam medan magnet nampak melengkung pada saat diberikan arus

listrik, kelengkungannya semakin besar kalau arusnya diperbesar, arah

lengkungannya berubah kalau arah arusnya dibalik,maka dapat kita dikatakan bahwa:

1. Kawat berarus listrik akan mendapatkan gaya magnet, jika diletakkan menyilang

dalam medan magnet.

2. Semakin besar kuat arus, gaya magnetnya semakin besar.

3. Arah gaya magnet dipengaruhi oleh arah arus dan arah medan magnet

Sehingga dapat diketahui dalam percobaan ini, dengan berbagai macam variasi dari

arah arus dan arah medan magnet diperoleh hasil yang telah sesuai dengan literatur.

F. KesimpulanBerdasarkan percobaan yang telah praktikan lakukan, dapat disimpulkan :

1. Gejala kelistrikan yang terjadi karena induksi disebabkan kecepatan gerakan magnet

atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik), jumlah

lilitan, dan medan magnet pengaruh medan magnet terhadap penghantar yang dialiri

arus.

2. Pengaruh medan magnet terhadap penghantar yang dialiri arus adalah arus listrik

yang mengaliri dalam kawat penghantar ini menghasilkan medan magnetik, atau

disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik.

G. Penerapan dalam Kehidupan Sehari-hari

PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pembelajaran Induksi Elektromagnet merupakan pembelajaran dasar bagi siswa

agar dapat mendeskripsikan konsep kemagnetan. Konten ini mencoba menyajikan topik

induksi elektromagnet tersebut secara aplikasi dan perhitungan. Sesuai dengan

kompetensi guru mata pelajaran fisika, "menerapkan konsep, hukum, dan teori IPA untuk

menjelaskan berbagai fenomena alam", diharapkan dapat menghitung tegangan, kuat arus

listrik, dan jumlah lilitan suatu trafo berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Dengan demikian siswa dapat menerapkan konsep induksi elektromagnetik dapat

diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada motor listrik, mainan anak-anak,

dinamo listrik atau generator listrik AC maupun generator DC dan induktor.

Generator merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik.

Generator terbagi menjadi generator arus bolak-balik dan generator arus searah. Secara

umum generator terdiri dari magnet, kumparan yang berinti besi, cincin luncur dan sikat

karbon. Ketika kumparan berputar terjadi perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh

kumparan tersebut, akibatnya pada kumparan akan mengalir arus induksi. GGL induksi

dari kumparan dihubungkan dengan cincin sikat karbon ke rangkaian di luar generator.

Selanjutnya listrik yang dihasilkan generator bisa ditransmisikan. Kalian sudah

mengetahui bahwa terjadinya arus induksi dan GGL induksi antara lain dengan cara

kutub magnet digerakkan di dekat kumparan atau kumparan digerakkan di dekat kutub

magnet. Karena kita menggerakkan kutub magnet berarti terdapat energi gerak atau

energi kinetik. Jadi, dalam proses terjadinya arus induksi terdapat perubahan energi gerak

menjadi energi listrik. Akibat gerakan magnet di dalam suatu kumparan menimbulkan

arus induksi yang secara langsung adanya energi lisrik yang ditimbulkan. Beberapa

contoh peralatan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari sebagai penerapan GGL

induksi di antaranya adalah generator dan dinamo.

1. Dinamo

Bagian utama dinamo, lihat Gambar 13.2, adalah

a. Sebuah kumparan (C)

b. Sebuah cincin geser (A)

c. Sikat (B)

d. Magnet

Sedangkan langkah-langkah kerja dinamo adalah sebagai berikut:

a. Sebuah kumparan berputar dalam medan magnet.

b. Tiap-tiap ujung kawat kumparan dihubungkan dengan sebuah “cincin geser”.

c. Cincin geser tersebut menempel sebuah sikat

d. Bila kumparan diputar maka dalam kumparan itu timbul GGL AC. GGL AC ini

menimbulkan arus AC di dalam rangkaian dinamo.

2. Dinamo Arus Searah

Dinamo arus bolak-balik dapat diubah menjadi dinamo arus searah dengan menggunakan

cincin belah atau komutator seperti pada motor listrik, lihat gambar 13.3!

Dinamo arus searah pada prinsipnya sama dengan motor arus searah. Jadi dinamo arus

searah dapat dipakai sebagai motor arus searah. Demikian pula sebaliknya.

3. Generator

Bagian utama generator, lihat Gambar 13.4, adalah:

a. Magnet

Untuk generator pembangkit tenaga listrik yang besar biasanya menggunakan

lebih dari satu magnet yang berputar. Magnet yang digunakan biasanya magnet

listrik.

b. Rotor

Rotor adalah bagian generator yang berputar.

c. Stator

Stator adalah bagian generator yang tidak berputar.

Arus yang ditimbulkan oleh generator juga arus bolak-balik. Seperti yang kalian ketahui

bersama bahwa arus yang digunakan di rumah-rumah atau di pabrik-pabrik bersifat arus

bolak-balik.

Pemanfaatan Gaya Lorentz

Dalam kehidupan sehari-hari penerapan gaya lorentz dapat memudahkan pekerjaan

manusia. Ciri khas dari motor listrik adalah adanya kumparan yang dilalui arus listrik dan

timbulnya medan magnet yang menyebabkan kumparan berputar sehingga terjadilah

sumber tegangan yang mengalirkan arus listrik, sehingga dapat dimanfaatkan untuk

menghidupkan kipas angin, bola lampu dan blender yang difungsikan

                 

Kipas angin blender

                                               Motor listrik

Pada saat sakelar on maka akan mengalir arus dari sumber tegangan menuju cincin

komutator selanjutnya melalui sikat karbon arus mengalir ke kumparan (loop). Sehingga

di dalam loop akan ada aliran elektron yang berada di dalam medan magnet.Elektron

yang terdapat pada loop akan mendapat gaya lorentz yang besarnya sama tetapi dengan

arah yang berlawanan pada masing-masing sisi loop. Sehingga keseimbangan loop

terganggu dan loop akan berputar secara terus menerus. Fungsi komutator pada motor

listrik adalah untuk mengatur agar arus tetap mengalir ke satu arah. Motor listrik

mengubah energi listrik menjadi gerak.

Penerapan gaya lorentz yang lain, untuk alat ukur listrik, salah satunya adalah

galvanometer. Galvanometer digunakan untuk mengukur arus listrik yang kecil. Prinsip

kerjanya sama dengan motor listrik, yaitu berputarnya kumparan karena munculnya dua

gaya Lorente sama besar tetapi berlawanan arah, yang bekerja pada dua sisi kumparan

yang saling berhadapan. Kawat tembaga dililitkan pada inti besi lunak berbentuk silinder

membentuk statu kumparan, dan diletakkan diantara diantara kutub-kutub sebuah magnet

hermanen. Arus listrik memasuki dan meninggalkan kumparan melalui pegas spiral yang

terpasang di atas dan di bawah kumparan. Maka sisi kumparan yang dekat dengan kutub

utara dan kutub selatan mengalami gaya Lorente yang sama tetapi berlawanan arah, yang

akan menyebebkan kumparan berputar. Putaran kumparan ditahan oleh kedua pegas

spiral, sehingga kumparan hanya akan berputar dengan sudut tertentu. Putaran dari

kumparan diteruskan oleh sebuah jarum untuk menunjuk pada skala tertentu. Angka yang

ditunjukkan oleh skala menyatakan besar arus listrik yang diukur.

                                               Alat ukur listrik

Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip gaya lorentz. Komponen dasar pengeras

suara terdiri dari tiga bagian yaitu sebuah krucut yertas yang bersambungan dengan

sebuah kumparan suara (silinder yang dikitari oleh kawat tembaga) dan sebuah magnet

hermanen berbentuk silinder (kutub utara di tengah dan dikelilingi kutub selatan). Ketika

arus dilewatkan pada lilitan kumparan , maka padanya akan bekerja gaya lorentz yang

disebabkan oleh magnet permanen. Besar kecilnya gaya bergantung pada arua yang

dihasilkan oleh terminal pengeras suara sehingga akan menyebabkan maju mundurnya

kerucut kertas yang menumbuk udara sehingga dihasilkan gelombang-gelombang bunyi

sesuai dengan frekuensi pengeras suara. akan mengalir arus dari terminal pengeras suara

menuju kumparan suara , sehingga didalam kumparan akan ada aliran elektron yang

berada di dalam medan magnet. Elektron yang berada di medan magnet akan mengalami

gaya lorentz yang dapat menimbulkan maju atau mundurnya kerucut kertas, sehingga

elektron-elektron yang ada disekitar kerucut bertumbukan dengan udara yang

mengakibatkan gelombang bunyi.

                                               Pengeras suara

H. Daftar PustakaAnonim. tt. Gaya dan Medan Magnet. Diunduh dari:

http://listrikd3.itn.ac.id/asset/download/2013-08-23-12-48-31_Magnet.pdf. pada

tanggal 24 November 2014.

Giancolli, Dauglas C.2001. Fisika Edisi v jilid II. Jakarta: Erlangga.

Halliday dan Resnick dkk.1997. Fisika jilid 2 Edisi 3. Jakarta: Erlangga.

Osa Pauliza. 2006. Fisika Kelompok Teknologi. Bandung: Grafndo Media Pratama.

Permana, A. 2013. Medan Magnet. Diunduh dari:

http://andrypermana06.blogspot.com/2013/04/medan-magnet.html. Diakses 27

November 2014

http://thesis.binus.ac.id/doc/Bab2/2008-1-00285-MTIF%20Bab%202.pdf

I. Pertanyaan dan Jawaban

GAYA LORENTZ

1. Dari tabel di atas, arah gerak alumunium foil berbeda.

2. Arah gerak alumunium tergantung pada arah medan magnet dan arah arus listrik.

3. Menurut kamu apa penyebab terjadinya gerakkan alumunium foil tersebut?

Penyebab terjadinya gerakkan alumunium foil adalah adanya perbedaan jumlah

arus listrik dan medan magnet.

GGL INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

1. Apabila sebuah magnet digerak-gerakkan dalam kumparan akan menimbulkan

arus listrik.

Arus listrik yang ditimbulkan disebut induksi elektromagnetik.

2. Jika gaya magnet diperkuat maka tegangan yang ditimbulkan makin besar.

3. Jika gerakkan magnet dipercepat maka tegangan yang ditimbulkan makin besar.

4. Jika jumlah lilitan diperbesar maka tegangan yang dihasilkan semakin besar.

LAMPIRAN

Rangkaian Percobaan Gaya Lorentz Percobaan Gaya Lorentz

Percobaan Gaya Lorentz ke-1 Percobaan Gaya Lorentz ke-2

Percobaan Gaya Lorentz ke-3 Percobaan Gaya Lorentz ke-4

Rangkaian Percobaan GGL Induksi Elektromagnetik

Percobaan GGL Induksi elektomagnetik dengan menggunakan 1 buah magnet

dengan gerakan perlahan(500 lilitan)

Percobaan GGL Induksi elektomagnetik dengan menggunakan 2

buah magnet dengan gerakan cepat(500 lilitan)

Percobaan GGL Induksi elektomagnetik dengan menggunakan 1 buah magnet

dengan gerakan perlahan(1000 lilitan)

Percobaan GGL Induksi elektomagnetik dengan menggunakan 2

Percobaan GGL Induksi elektomagnetik dengan menggunakan 1 buah magnet

buah magnet dengan gerakan perlahan (1000 lilitan)

dengan gerakan cepat(1000lilitan)

Kumparan 1000 Lilitan Kumparan 500 lilitan