BAB XII - Direktori File UPI

133
Kemagnetan
BAB XI
KEMAGNETAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Apa yang dimaksud dengan magnet?
Bagaimana sifat-sifat kutub magnet?
Bagaimana cara membuat magnet?
Bagaimana sifat medan magnet di
sekitar kawat berarus?
Apa faktor yang mempengaruhi besar
gaya magnet?
Bagaimana prinsip kerja motor listrik?
Apa faktor yang mempengaruhi besar
GGL induksi?
Bagaimana prinsip kerja generator?
Bagaimana prinsip kerja transformator?
Dalam kehidupan sehari-hari kita sudah mengenal ada benda yang
bersifat magnet, yaitu benda yang dapat menarik besi atau baja. Bentuk benda
magnet bermacam-macam, ada yang berbentuk batang persegi (magnet
batang), berbentuk batang silinder (magnet silinder), berbentuk jarum (magnet
jarum), berbentuk U (magnet ladam) dan berbentuk bulat pipih seperti gambar
11-1 berikut.
Gambar 11-1. Berbagai bentuk benda
magnet
Bagaimanakah sifat-sifat sebuah benda magnet? Bagaimakah hubungan
kemagnetan dengan listrik? Untuk memahami masalah tersebut, pelajarilah
dengan baik seluruh uraian materi dan beberapa percobaan berikut ini.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
133
134
Kemagnetan
11.1. GEJALA KEMAGNETAN
Jika sehelai karton putih di letakkan di atas batang magnet, kemudian
permukaannya ditaburi dengan serbuk besi dan diketok-ketok secara perlahan,
maka serbuk besi tersebut akan membentuk pola garis-garis melengkung
dengan kerapatan yang lebih besar pada bagian ujung-ujung batang magnet
tersebut. Tahukah kalian mengapa demikian?
Gambar 11-2.
Pola serbuk besi di sekitar magnet
batang
Hal itu disebabkan karena disekitar benda
magnet ada medan magnet.
Medan
magnet yang paling besar (memiliki gaya
tarik paling kuat) terletak di ujung-ujung
batang magnet yang disebut sebagai
kutub-kutub magnet. Berarti sebuah
magnet memiliki dua kutub magnet dan
untuk membedakannya disebut sebagai
kutub magnet utara (U) dan kutub magnet
selatan (S).
Bagaimanakah cara menentukan kutub-kutub sebuah magnet ?
Tugas percobaan 11-1
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan dua buah magnet batang, balok kayu (gabus), bejana plastik dan benang.
2. Agar magnet dapat bebas bergerak, maka
magnet tersebut dapat digantung dengan
tali atau diletakkan di atas balok kayu yang
terapung dalam air seperti gambar berikut.
3. Setelah batang magnet diam, beri tanda U
di ujung magnet yang selalu menunjuk
arah utara dan tanda S di ujung magnet
yang selalu menunjuk arah selatan.
4. Ulangi
percobaan
tersebut
dengan
menggunakan magnet batang yang lain.
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut?
Secara umum kesepakatan yang dipergunakan dalam pemberian nama
kutub-kutub magnet adalah sebagai berikut :
“ Ujung magnet yang selalu menunjukkan arah utara bumi diberi nama
kutub magnet utara, sedangkan ujung magnet yang selalu menunjukkan arah
selatan bumi diberi nama kutub magnet selatan”.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
134
135
Kemagnetan
Setelah kutub-kutub magnet tersebut diberi nama dengan benar, maka
salah satu sifat magnet yang dapat kita diketahui adalah sebagai berikut :
“Kutub magnet yang sejenis akan saling tolak-menolak, sedangkan kutub
magnet yang berbeda akan saling tarik-menarik”
Tolakmenolak
Tarikmenarik
Gambar 11-3. Medan magnet yang menggambarkan gaya tolak menolak
dan tarik menarik
Mengapa kutub-kutub magnet selalu mengarah ke utara dan selatan
bumi? Hal itu disebabkan karena “Bumi memiliki sifat kemagnetan, di kutub
utara bumi ada kutub selatan magnet bumi, di kutub selatan bumi ada ktutub
utara magnet bumi “.
Gambar 11-4. Kemagnetan
bumi
Keberadaan magnet bumi dapat menyematkan makhluk hidup dari
pengaruh buruk yang ditimbulkan oleh radiasi partikel-partikel bermuatan yang
datangnya dari matahari dan luar angkasa. Hal itu disebabkan karena partikelpartikel tersebut dibelokkan oleh medan magnet bumi menuju ke kutub-kutub
magnet bumi. Fenomena tersebut dapat kita lihat sebagai kilatan cahaya kutub
yang disebut aurora.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
135
136
Kemagnetan
Bagaimanakah cara, membuat magnet?
Untuk mengetahui hal itu, coba kalian lakukan kegiatan percobaan
berikut secara berkelompok.
Tugas percobaan 11-2
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan sebuah paku cukup besar, kawat tranformator, batere, beberapa paku
kecil, magnet batang dan sebuah batang besi (baja).
2. Lilit paku besar dengan kawat trafo dengan jumlah lilitan yang relatif banyak.
Hubungkan ujung-ujung kawat dengan batere, lalu dekatkan ujung paku besar itu
pada paku-paku yang kecil. Apakah yag terjadi?
3. Gosokkan salah satu kutub magnet pada batang besi (baja) ke satu arah seperti
gambar. Setelah gosokan cukup banyak, apakah batang besi (baja) memiliki sifat
kemagnetan?
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut?
Magnet dapat dibuat dengan dua cara, yaitu dengan memasukkan besi
(baja) ke dalam kumparan yang diberi arus listrik, atau menggosokan magnet
kesatu arah dipermukaan ke besi (baja) yang akan dijadikan magnet. Magnet
yang dibuat dengan menggunakan arus listrik, disebut elektromagnetik (Hal ini
akan kita pelajari kemudian).
Pembuatan magnet sementara dengan cara menggosok, sering
dilakukan oleh para pekerja di bengkel. Misalnya menggosokkan obengnya
pada sebuah magnet, agar dapat dipergunakan untuk mengambil baut-baut
kecil yang jatuh di tempat sulit untuk diambil dengan tangan.
Dalam mempelajari listrik statis, kita sudah mengenal adanya peristiwa
induksi listrik. Dalam kemaknetan juga ada peristiwa induksi magnet, untuk
mengetahui hal itu, lakukanlah percobaan 11-3 secara berkelompok.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
136
137
Kemagnetan
Tugas percobaan 11-3
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan sebuah, magnet batang , batang besi
(baja) kecil, statip, pencepit dan beberapa buah paku
kecil.
2. Jepit magnet batang pada statip bagian atas, sehingga
salah satu kutubnya menghadap ke abawah. Tepat di
bawah kutub magnet tersebut, jepit batang besi (baja)
pada statip.
3. Selidiki dengan menggunakan paku kecil, apakah
batang besi (baja) memiliki sifat kemagnetan?
Pertanyaan :
1. Dimanakah letak kutub utara dan kutub selatan magnet induksi pada batang besi
(baja) tersebut? Jelaskan!
2. Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!
Peristiwa berubahnya besi atau baja menjadi magnet, pada saat ia
berada di dekat sebuah magnet, disebut induksi magnet.
11.2. MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS LISTRIK
Dalam melakukan percobaan (11-2), kita telah dapat membuat
elektromagnet dengan cara memasukkan besi atau baja ke dalam kumparan
yang diberi arus listrik. Peristiwa tersebut menunjukkan kepada kita, bahwa
gejala kemagnetan dapat ditimbulkan oleh arus listrik.
Bagaimanakah sifat kemagnetan yang dihasilkan oleh arus listrik?
Untuk mengetahui masalah tersebut, coba kalian lakukan kegiatan
percobaan 11-4 seperti yang telah dilakukan oleh Hans Christian Oerstead pada
tahun 1820.
Tugas percobaan 11-4
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan sebuah magnet jarum atau kompas, power suplay, lampu kecil (12 V),
sakelar dan beberapa kabel penghubung.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
137
138
Kemagnetan
2. Buat rangkaian listrik agar lampu
dapat menyala dengan terang, pada
saat sakelar di tutup (on).
3. Bentangkan
salah
satu
kabel
penghubung, agar berada tepat di
atas magnet jarum dan sejajar
dengan arah kutub-kutub magnet
jarum tersebut (lihat gambar).
4. Tutup sakelar agar arus listrik mengalir pada kabel, amati apakah yang terjadi pada
magnet jarum? Jelaskan!
5. Ulangi percobaan tersebut tetapi dengan kuat arus yang berbeda, kemudian dengan
arah arus yang berbeda. Apakah gerakan magnet jarum mengalami perubahan?
Jelaskan!
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!
Berdasarkan fakta bahwa magnet jarum menyimpang pada saat kabel
diberi arus listrik, penyimpangannya bertambah besar kalau kuat arusnya
diperbesar, arah penyimpangannya berubah kalau arah arusnya diubah, maka
secara umum dapat dikatakan bahwa :
1. Disekitar kawat yang berarus listrik ada medan magnet
2. Semakin besar kuat arus, medan magnetnya akan semakin besar.
3. Arah medan magnet dipengaruhi oleh arah arus
Untuk menentukan arah medan
magnet, di sekitar kawat yang
berarus dapat digunakan kaidah
tangan kanan sebagai berikut :
“Ibu jari menunjukkan arah arus,
jari tangan yang digemgamkan
menunjukkan
arah
medan
magnet di sekitar kawat berarus
listrik” (Perhatikan gambar 11-5
dengan baik)
Gambar 11-5. Arah medan magnet di sekitar kawat
berarus listrik
Beberapa contoh alat yang prinsip kerjanya menggunakan elektromagnet
adalah sebagai berikut :
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
138
139
Kemagnetan
Pengangkat
besi
Telepo
n
Bel
listrik
Gambar 11-6. Beberapa alat yang menggunakan
elektromagnet
Berdasarkan sifat-sifat medan magnet disekitar arus listrik tersebut, maka
cara untuk mendapatkan elektromagnet yang kuat adalah dengan memperbesar
kuat arus dan jumlah lilitan kawat pada kumparannya.
11.3. GAYA LORENTZ
Dalam kehidupan sehari-hari, kalian pasti pernah bermain mobil-mobilan
pakai batere, atau menggunakan blender kipas angin, dan bor listrik.
Gambar 11-7. Mainan dan alat yang menggunakan
motor listrik
Untuk menggerakkan mobil-mobilan, kipas angin dan blender, dibutuhkan
energi listrik. Berarti di dalamnya ada suatu komponen yang dapat mengubah
energi listrik menjadi energi gerak, yaitu motor listrik (elektromotor). Masih
banyak contoh peralatan lain yang menggunakan motor listrik.
Bagaimanakah prinsip kerja motor listrik ?
Untuk mengetahui hal tersebut mari kita lakukan percobaan11-5, seperi
yang telah pernah dilakukan oleh H. A. Lorentz (1853-1928).
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
139
140
Kemagnetan
Tugas percobaan 11-5
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan power suplay atau batere, sakelar, lampu kecil (12 V), aluminium foil dan
beberapa kabel penghubung.
2. Buat
rangkaian
listrik
dengan
menggunakan aluminium foil, agar
lampu dapat menyala dengan terang,
pada saat sakelar di tutup (on).
3. Letakkan magnet U (ladam), agar
aluminium foil berada di antara kutubkutub magnet tersebut.
4. Tutup sakelar agar ada arus listrik
yang mengalir pada aluminium foil.
Amati apakah yang terjadi pada
aluminium foil tersebut? Jelaskan!
5. Ulangi percobaan tersebut, tetapi dengan besar kuat arus yang diubah, kemudian
arah arus yang diubah, lalu letak kutub magnetnya yang di ubah. Amati apakah yang
terjadi pada aluminium foil tersebut? Jelaskan!
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!
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 arusya
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
Gaya magnet inilah yang kemudian
disebut sebagai gaya Lorentz yang
arahnya dapat ditentukan dengan kaidah
tangan kanan seperti gambar 11-8.
Gambar 11-8. Arah gaya
Lorentz
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
“ Bila telapak tangan kanan dibuka lebar
maka ibu jari menunjukkan arah arus
listrik, empat jari tangan lainnya
menunjukkan arah medan magnet (dari
kutub utara ke kutub selatan), telapak
tangan meunjukkan arah gaya Lorentz “.
140
141
Kemagnetan
Secara sederhana konstruksi sebuah motor listrik dapat dilukiskan seperti
gambar 11-9. Sebuah magnet permanen dengan kedudukan kutub utara (U)
dan selatannya (S) selalu tetap, di antara kedua kutub magnet permanen
diletakkan kumparan yang ujung-ujungnya dihubungkan dengan komutator
(cincin belah). Komutator selalu bergesekan dengan terminal tegangan listrik
(s1 dan s2), kumparan berarus listrik dan menghasilkan medan magnet dengan
satu pasang kutub utara dan selatan. Karena ada gaya tarik-menarik dan tolak
menolak yang silih berganti antara pasangan kutub magnet permanen dengan
pasangan kutub magnet kumparan, maka kumparan akan berputar. Tetapi jika
kumparannya hanya satu (komutatornya terbelah dua), putarannya akan
tersendat-sendat.
Gambar 11-9. Prinsip kerja motor listrik
dan anker
Untuk memperhalus dan mempercepat putaran, jumlah kumparannya
harus diperbanyak dan disusun berupa kincir, sehingga kumparan dapat
menghasilkan medan magnet dengan pasangan kutub utara dan selatan yang
semakin banyak. Maka bentuk komutatornya akan memiliki banyak celah yang
biasa disebut anker.
11.4. INDUKSI ELEKTROMAGNET
Pada saat mulai mempelajari listrik dinamis, secara sepintas kita telah
mengenal berbagai macam sumber tegangan listrik. Salah satu sumber
tegangan listrik tersebut dinamo atau generator. Perubahan energi yang terjadi
pada dinamo (generator), dari energi gerak menjadi energi listrik dengan cara
induksi elektromagnetik. Peralatan lain yang cara kerjanya menggunakan
induksi elektromagnetik adalah transformator.
Apakah yang dimaksud dengan induksi elektromagnetik ?
Untuk mengetahui hal tersebut, mari kita lakukan percobaan 11-6 seperti
yang telah pernah dilakukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
141
142
Kemagnetan
Tugas percobaan 11-6
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan beberapa kumparan dengan jumlah lilitan berbeda, magnet batang,
galvanometer dan beberapa kabel penghubung.
2. Hubungkan ujung-ujung kumparan dengan
galvanometer, kemudian gerakkan batang
magnet naik-turun di dalam kumparan
seperti gambar. Amati apa yang terjadi
pada galvanometer? Jelaskan!
3. Apa yang terjadi, jika batang
didiamkan di dalam kumparan?
magnet
4. Selidiki apa yang terjadi pada galvanometer,
jika gerakan magnet dipercepat?
5. Selidiki apa yang terjadi pada galvanometer,
jika lilitan kumparan diperbanyak?
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!
Berdasarkan fakta bahwa jarum galvanometer menyimpang selama
magnet digerakkan, simpangannya semakin besar kalau gerakan magnet
dipercepat, simpangannya semakin besar kalau lilitannya diperbanyak, maka
dapat kita katakan bahwa :
1. Jika medan listrik dalam kumparan berubah, maka pada ujung-ujung
kumparan akan timbul GGL induksi (Gaya Gerak Listrik induksi),.
2. Semakin besar perubahan medan magnet dalam kumparan, semakin
besar GGL induksinya.
3. Semakin banyak lilitan pada kumparan, semakin besar GGL induksinya.
Peristiwa terjadinya GGL induksi pada ujung-ujung kumparan, akibat
adanya perubahan medan magnet di dalam kumparan, disebut induksi
elektromagnetik.
Kita sudah mengetahui bahwa di sekitar kawat berarus listrik ada medan
magnet, jika kuat arus dalam kawat berubah maka medan magnet di sekitar
kawat juga ikut berubah. Berdasarkan pengertian tersebut maka peranan
gerakan magnet dalam percobaan 11-6, yaitu untuk menghasilkan perubahan
medan magnet di dalam kumparan, dapat kita gantikan dengan sebuah
kumparan yang kuat arusnya selalu berubah.
Untuk memahami hal tersebut dengan baik, marilah kita lakukan
percobaan 11-7 secara berkelompok.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
142
143
Kemagnetan
Tugas percobaan 11-7
Prosedur percobaan :
5. Persiapkan dua buah kumparan, power suplay (batere), sakelar, galvanometer dan
beberapa kabel penghubung.
2. Buat
rangkaian
baterai
dan
kumparan sehingga bisa ditutup
dan dibuka dengan sakelar.
3. Hubungkan kumparan yang lain
dengan galvanometer, lalu letakkan
berdampingan seperti gambar.
4. Pada saat sakelar dibuka dan
ditutup, apakah yang terjadi pada
galvanometer? Jelaskan!
5. Ulangi percobaan tersebut dengan
memasukkan batang besi ke dalam
kumparan pertama. Amati apakah
ada perbedaan? Jelaskan!
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!
Pada saat sakelar dibuka dan ditutup, terjadi perubahan kuat arus listrik
di kumparan primer, yaitu dari tidak ada arus menjadi ada arus, atau sebaliknya.
Akibatnya medan magnet yang timbul pada kumparan primer juga berubah.
Karena kumparan sekunder diletakkan berdampingan dengan kumparan primer,
maka perubahan medan magnet pada kumparan primer juga masuk ke dalam
kumparan sekunder. Akibatnya di dalam kumparan sekunder terjadi perubahan
medan magnet yang akan menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung
kumparan sekunder. Hal itu dapat dilihat dari penyimpangan jarum
galvanometer yang dihubungkan dengan kemparan sekunder.
Jika pada kumparan primer dimasukkan batang besi, maka GGL induksi
yang terjadi pada kumparan sekunder akan semakin besar, sebab pada saat
besi menjadi magnet, medan magnet besi akan memperkuat medan magnet
yang telah dihasilkan oleh arus listrik.
1. Dinamo (generator)
Dinamo atau generator adalah mesin pembangkit energi listrik yang
dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan cara induksi
elektromagnetik.
Bagaimanakah prinsip kerja generator ?
Secara umum dinamo atau generator yang sederhana, terdiri dari sebuah
magnet dengan kedudukan kutub utara (U) dan kutub selatannya (S) tetap.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
143
144
Kemagnetan
Di antara kedua kutub magnet ada kumparan yang masing-masing ujungnya
dihubungkan dengan sebuah cincin (untuk generator AC), atau komutator (untuk
generator DC). Masing-masing cincin atau komutator selalu bergesekan
dengan dua sikat sebagai terminal ujung-ujung kumparannya.
Gambar 11-10. Prinsip kerja Generator
AC dan DC
Generator AC : Pada saat kumparan diputar, di dalam kumparan terjadi
perubahan medan magnet. Dalam satu kali putaran pola perubahan medan
magnet adalah besar positip – nol - besar negatip – nol – kembali ke besar
positip dan seterusnya. Akibatnya di ujung-ujung kumparan akan timbul GGL
induksi bolak-balik. Karena setiap ujung kumparan selalu berhubungan dengan
satu cincin dan satu terminal sikat yang tetap, maka pada rangkaian akan
mengalir arus bolak-balik (AC)
Generator DC : Pada saat kumparan diputar, ujung-ujung kumparannya
tetap berhubungan dengan salah satu cincin belah sehingga masing-masing
cincin belah secara bergantian bergesekan dengan kedua sikat yang tetap.
Karena masing-masing sikat selalu mendapatkan tegangan yang sama dari
perubahan yang terjadi pada ujung-ujung kumparan, maka tegangan salah satu
sikat akan selalu positip dan satu sikat lagi selalu negatip. Akibatnya pada
rangkaian akan mengalir arus searah (DC).
Gambar 11-11. Generator dengan
banyak magnet
Bagian yang berputar pada generator disebut
rotor, bagian yang diam disebut stator.
Pada generator pembangkit tenaga listrik
yang besar-besar, bukan kumparan yang
menjadi rotor, tetapi magnetnya. Umumnya
jumlah
kumparan
dan
kutub-kutub
elektromagnet pada generator besar adalah
banyak dan kuat, sehingga diperlukan energi
yang cukup besar untuk memutar rotor
tersebut. Maka dikenal ada PLTA, PLTU,
PLTD, PLTG dan PLTN.
Istilah-istilah
tersebut sudah pahami dalam pelajaran
sains yang lalu.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
144
145
Kemagnetan
2. Transformator
Peristiwa induksi elektromagnetik yang diperoleh dengan cara perubahan
kuat arus, diterapkan pada alat tranformator atau trao. Fungsi transformator
adalah untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik bolak balik (AC).
Transformator yang dipergunakan untuk menaikkan tegangan AC disebut stepup, sedangkan yang dipergunakan untuk menurunkan tegangan AC disebut
step-down.
Pada prinsipnya transformator yang
sederhana terdiri dari sebuah inti besi
dan dua buah kumparan sebagai
kumparan primer dan sekunder.
Intinya dibentuk dari lempengan besi
tipis-tipis yang dimasukkan kedalam
kumparan primer dan sekunder.
seperti gambar 11-12.
Gambar 11-12.
Transformator
Untuk mengetahui sifat-sifat transformator, mari kita lakukan percobaan
11-8 secara berkelompok.
Tugas percobaan 11-8
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan beberapa kumparan transformator (jumlah lilitan berbeda-beda), inti besi,
power suplay, sakelar, voltmeter AC dan beberapa kabel penghubung.
2. Susun sebuah transformator dengan jumlah lilitan primer dan sekunder yang berbeda
3. Berikan tegangan AC pada kumparan primer dengan harga tertentu (Vp1), kemudian
ukur berapa tegangan sekundernya (Vs1)?
4. Ulangi percobaan tersebut beberapa kali, dengan menggunakan jumlah lilitan primer
dan sekunder yang lain. Catat semua data yang diperoleh ke dalam tabel berikut.
No.
percobaan
1
2
3
.
.
Np (lilitan)
Np1 = ............
Np2 = ............
Np3 = ............
.
.
Ns (lilitan)
Ns1 = .............
Ns2 = .............
Ns3 = .............
.
.
Vp (volt)
Vs(volt)
Vp1 = ...............
Vp2 = ...............
Vp3 = ...............
.
.
Vs2 = ...............
Vs2 = ...............
Vs2 = ...............
.
.
Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan !
Secara umum dapat diketahui bahwa perubahan tegangan yang terjadi
pada kumparan transformator adalah sebagai berikut :
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
145
146
Kemagnetan
“Perbandingan tegangan antara kumparan primer dan sekunder sebuah
transformator adalah sama dengan perbandingan jumlah lilitan antara kumparan
primer dan sekunder.
Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan sebagai berikut :
Vp : Vs = Np : Ns
Dengan : Vp
Vs
Np
Ns
=
=
=
=
.................................. (11-1)
tegangan pada kumparan primer, satuannya volt (V)
tegangan ada kumparan sekunder, satuannya volt (V)
jumlah lilitan pada kumparan primer
Jumlah lilitan pada kumparan sekunder
Untuk transformator ideal, energi pada kumparan primer sama dengan
energi pada kumparan sekunder (tidak ada energi yang hilang pada saat
pemindahan energi dari kumparan primer ke kumparan sekunder). Berdasarkan
pemikiran tersebut, maka perbandingan kuat arus antara kumparan primer dan
sekunder dapat ditentukan yaitu :
Wp = Ws
V p Ip t = V s Is t
Ip : Is = Vs : Vp = Ns : Np
......................... (11-2)
“ Berarti perbandingan kuat arus kumparan primer dan sekunder sama
dengan perbandingan jumlah lilitan kumparan sekunder dan primer “.
Peranan transformator sangat dibutuhkan dalam jaringan transmisi energi
listrik jarak jauh. Sebab sebelum energi listrik ditransmisikan ke tempat-tempat
yang jauh, tegangan yang relatif kecil dari generator harus dinaikkan dulu
menjadi tegangan tinggi dengan menggunakan transformator step up.
Sebagai contoh daya listrik sebesar 125 MW dari PLTA Jatiluhur,
ditransmisikan dengan tegangan 150.000 V ke Jakarta dan Bandung. Pada
saat akan dikirim ke konsumen yaitu ke kawasan industri dan perumahan,
tegangan yang tinggi tersebut kembali diturunkan secara bertahap dengan
menggunakan transformator step down agar menjadi 220 volt.
Penggunaan tegangan tinggi dalam transmisi tenaga listrik jarak jauh
akan lebih menguntungkan, sebab dengan menggunakan tegangan tinggi
energi listrik tersebut akan mengalir dengan kuat arus yang relatif lebih kecil,
sehingga :
a. kawat yang digunakan dalam jaringan transmisi, tidak perlu yang terlalu
besar
b. kehilangan energi dalam bentuk panas diperjalanan, akan menjadi lebih
kecil.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
146
147
Kemagnetan
Gambar 11-13. Skema transmisi energi listrik
jarak jauh
Contoh Soal dan Jawabannya
Sebuah transformator ideal memiliki perbandingan lilitan primer dan
sekunder 1 : 10. Jika tegangan primernya 220 V, tentukan :
a. Tegangan sekundernya
b. Kuat arus primer, jika kuat arus sekunder 2 A.
Diketahui
: Np : Ns = 1 : 20
Is = 2 A
Vp = 220 V
Ditanyakan : Vs = ..... ? dan Ip = ..... ?
Jawaban
: Np : Ns = Vp : Vs
1 : 20 = 220 : Vs
Vs =4400 V
Vp : Vs = Is : Ip
220 : 4400 = 2 : Ip
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
Ip 
2 ( 4400)
 40 A
220
147
148
Kemagnetan
TUGAS MERANGKUM
Untuk menata kembali seluruh pengetahuan yang telah kalian peroleh dari bab ini, sekarang
cobalah membuat rangkuman dengan menjawab pertanyaan berikut :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Apa yang dimaksud dengan magnet?
Bagaimana sifat-sifat kutub magnet?
Bagaimana cara menentukan kutub-kutub magnet?
Bagaimana cara membuat magnet?
Apa yang dimaksud dengan elektromanet?
Bagaimana cara menentukan arah medan magnet disekitar kawat berarus listrik?
Apa yang dimaksud dengan gaya Lorentz?
Apa faktor-faktor yang mempengaruhi besar gaya Lorentz?
Alat apa yang prinsip kerjanya menggunakan gaya Lorentz?
Apa yang dimaksudkan dengan induksi elektromagnetik?
Apa faktor-faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi?
Alat apa yang prinsip kerjanya menggunakan induksi elektromagnetik?
Apa perbedaan elektromotor, generator dan transformator?
Apa yang dimaksud dengan transformator ideal?
Bagaimana hubungan tegangan, kuat arus dan jumlah lilitan pada transformator?
SOAL-SOAL UNTUK LATIHAN
A. Bentuk Soal Pilihan Ganda
Pilih salah satu alternatif jawaban yang paling benar, dengan jalan memberikan
tanda silang (X) pada lembar jawaban yang telah disediakan
1. Alat yang dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik adalah : .....
A. Elektromotor
B. Adaptor
C. Transformator
D. Generator
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
2. Trasformator dapat dipergunakan untuk : .....
A. Mengubah tegangan listrik AC menjadi DC
B. Mengubah energi listrik menjadi energi gerak
C. Menaikkan atau menurunkan tegangan listrik DC
D. Menaikkan atau menurunkan tegangan listrik AC
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
148
149
Kemagnetan
3. Ada 4 buah kutub magnet dengan sifat A ditarik B, dan C ditolak B tetapi
ditarik D. Jika D kutub utara magnet, maka:
A. A kutub utara, B kutub selatan, dan C kutub utara
B. A kutub selatan, kutub utara,dan C kutub selatan
C. A kutub utara, B kutub selatan, dan C kutub selatan
D. A kutub selatan , B kutub utara, dan C kutub utara
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
4. Jika kawat berarus listrik diletakkan dalam medan magnet seperti gambar,
maka kawat akan melengkung ke arah : .....
A
(atas)
5.
U
i
S
B
(bawah)
A.
B.
C.
D.
A (atas)
B (bawah)
U (kutub magnet utara)
S (kutub magnet selatan)
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
6. Muatan listrik akan mendapatkan gayalorentz jika : .....
A. Diam di dalammedan magnet
C. Bergerak dalam medan magnet
B. Bergerak di dalam medan listri
D. Diam di dalam medan listrik
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
7. Komponen pada motorlistrik yang berfungsi agar motorlistrik dapat berputar
ke satuarah disebut : .....
A. Rotor
B. Stator
C. Komutator
D. Elektromotor
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
8. Kita sering melihat gardu listrik di suatu lingkungan perumahan. Alat listrik
yang terdapat pada gardu-gardu listrik tersebut adalah : .....
A. Transformator
B. Generator
C. Adaptor
D. Elektromotor
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
149
Kemagnetan
150
B. Bentuk Soal Uraian
1. Jelaskan, mengapa di utara bumi ada kutub selatan magnet bumi dan di
selatan bumi ada kutub utara magnet bumi?
2. Bagaimana cara membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus ada medan
magnet?
3. Mengapa batang magnet yang diam di dalam kumparan, tidak menimbulkan
GGL induksi di ujung-ujung kumparan ? Jelaskan !
4. Apa yang dimaksud dengan transformator ideal, dan mengapa di dalam
praktek tidak pernah ada transformator yang ideal? Jelaskan!
5. Mengapa transmisi energi listrik jarak jauh lebih menguntungkan dengan
menggunakan tegangan tinggi.
6. Sebuah transformator step down dipakai untuk menurunkan tegangan AC
dari 220 V menjadi 12 V dengan kuat arus sekunder sebesar 1 A. Jika
transformator dianggap ideal, berapakah kuat arus pada kumparan
primernya?
7. Sebuah transformator step up dipakai untuk menyalakan lampu 60 watt 220
V dari tegangan listrik AC 110 V. Jika efisiensi transformator 80%, tentukan
kuat arus yang mengalir pada kumparan primer.
Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX
150