MAKALAH PENERAPAN SOLENOIDA DAN TOROIDA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

BAB 1

PENDAHULUAN

A.      LATAR BELAKANG

Di dalam kehidupan sehari-hari kata “magnet” sudah sering kita dengar. Namun sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda. Kita bisa mengambil suatu barang hanya dengan sebuah magnet, misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung. Bahkan banyak peralatan yang sering kita gunakan, antara lain bel listrik, telepon, dinamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan magnet. Benda yangdapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet

a.      CARA MEMBUAT MAGNET

1.      Dengan Cara Menggosokkan

Benda-benda kecil, misalnya jarum atau paku apabila kita dekatkan dengan sebatang besi atau sebatang baja ternyata benda-benda kecil tersebut tidak dapat ditarik oleh batang besi atau baja. Hal ini menunjukkan bahwa besi atau baja tidak bersifat sebagai magnet. Besi atau baja dapat dibuat magnet antara lain dengan cara menggosokkan salah satu ujung magnet tetap di sepanjang batang besi, atau baja ke satu arah secara berulang-ulang. Secara fisika bahwa benda-benda yang bisa dibuat magnet adalah benda atau material yang sudah mempunyai sifat kemagnetan yang terdiri dari domain-domain atau magnet-magnet kecil yang disebut magnet elementer. Saat terjadi penggosokan dengan arah yang teratur mengakibatkan adanya pengaruh medan magnet dari magnet permanen yang dapat digunakan untuk menyearahkan posisi domain. Dengan posisi yang searah tentu mengakibatkan adanya gaya yang ditimbulkan oleh domain tersebut sehingga menjadikan benda bermagnet.

2.      Dengan Aliran Arus Listrik

Paku besar yang dililiti oleh sebuah kumparan setelah dihubungkan dengan baterai kemudian dekatkan dengan paku-paku kecil, ternyata paku kecil akan menempel pada paku besar tersebut. Apabila baterai atau sumber arus listrik searah (DC) diganti dengan sumber arus listrik bolak-balik (AC) bertegangan rendah maka paku besar tetap bersifat sebagai magnet. Jika arus listrik diputus maka pakupaku kecil yang menempel pada paku besar dalam hitungan detik akan berjatuhan atau lepas. Berarti paku besar sudah hilang kemagnetannya. Jadi, sifat kemagnetan paku besar hanya terjadi selama ada aliran listrik. Dikatakan bahwa paku besi menjadi magnet sementara. Seandainya paku besi diganti dengan logam baja, maka setelah arus listrik diputus, logam tetap bersifat sebagai magnet. Karena baja dapat dibuat magnet yang bersifat permanen (tetap).Secara fisika dapat dijelaskan bahwa medan listrik yang ditimbulkan oleh arus listrik akan mempengaruhi posisi domain yang mengakibatkan posisi yang tidak teratur berubah menjadi teratur atau searah. Dengan posisi searah akan mempunyai kekuatan yang bersifat magnet. Cara  menentukan arah kutub-kutub magnet digunakan aturan tangan kanan menggenggam. Jarijari yang menggenggam menunjukkan arah arus listrik. Sedangkan ibu jari menunjuk kutub utara. Jika arah arus listrik dibalik maka arah kutub juga akan sebaliknya,

3.      Dengan Induksi (Influensi atau Imbas)

Sebuah paku besar didekatkan dengan sebuah magnet yang ditaruh pada statif maka paku akan menempel pada magnet. Paku besar yang telah menempel pada magnet jika didekati paku-paku kecil, ternyata paku-paku kecil menempel pada paku besar. Hal ini disebabkan oleh paku besar yang berada di dalam medan magnet terkena induksi sehingga bersifat sebagai magnet. Secara konsep sama dengan pembuatan magnet cara digosok atau dililiti kumparan yang dialiri listrik. Akibat dari pengaruh medan magnet sehingga paku yang menempel pada magnet permanen memungkinkan posisi domaindomainnya menjadi teratur dan bersifat sebagai benda magnet.

B.     RUMUSAN MASALAH

Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah bagaimana penerapan atau pengaplikasian solenoida dan toroida dalam kehidupan sehari-hari.

C.     TUJUAN

Adapun tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui bagaimana penerapan solenoid dan toroida dalam kehidupan sehari-hari.

BAB 2

PEMBAHASAN

A.    MEDAN MAGNET

Besarnya medan Magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik. Dipengaruhi oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil kuat medan magnetnya.

 

Berdasarkan perumusan matematik oleh Biot-Savart maka besarnya kuat medan magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan dengan :

·         B = Medan magnet dalam tesla ( T )

·         μo = permeabilitas ruang hampa

·         I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )

·         a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)

 

Arah medan magnet menggunakan aturan tangan kanan. Medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya menggunakan operasi vektor. Berikut ditampilkan beberapa gambar yang menunnjukkan arah arus dan arah medan magnet.
Arah medan magnet didaerah titik P ( diatas kawat berarus listrik ) menembus bidang menjauhi pengamat sedang didaerah titik Q dibawah kawat berarus listrik menembus bidang mendekati pengamat.  Tanda titik menunjukkan arah medan menembus bidang mendekati pengamat. Tanda silang menunjukkan arah medan menembus bidang menjauhi pengamat. Tanda anak panah biru menunjukkan arah arus listrik.

Pada sumbu koordinat x, y, z kawat berarus listrik berada pada bidang xoz dan bersilangan dengan sb. Z negative. Arah arus listrik searah dengan sumbu x positif.
Jarak antara kawat I dengan titik pusat koordinat (O) adalah a maka besarnya medan magnet dititik (O) tersebut searah dengan sumbu y negative.

Keterangan gambar:
I = arus listrik
B = medan magnet
Tanda panah biru menunjukkan arah arus llistrik

Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat ditentukan dengan rumus :

Keterangan:

·         BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat melingkar dalam tesla ( T)

·         I = kuat arus pada kawat dalam ampere ( A )

·         a = jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m )

·         r = jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m )

·         θ = sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran kawat dalam derajad (°)

·        
x = jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m )

Besarnya medan magnet di pusat kawat melingkar dapat dihitung

 

·         B = Medan magnet dalam tesla ( T )

·         μo = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. m

·         I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )

·         a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
= jari-jari lingkaran yang dibuat

Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Sebuah kawat melingkar berada pada sebuah bidang mendatar dengan dialiri arus listrik. Apabila kawat melingkar tersebut dialiri arus listrik dengan arah tertentu maka disumbu pusat lingkaran akan muncul medan magnet dengan arah tertentu. Arah medan magnet ini ditentukan dengan kaidah tangan kanan.
Dengan aturan sebagai berikut:
Apabila tangan kanan kita menggenggam maka arah ibu jari menunjukkan arah medan magnet sedangkan keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik

Keterangan gambar :

B.     MEDAN MAGNET PADA SOLONOIDA

Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan , apabila dialiri arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang.

 

Kumparan ini disebut dengan Solenida. Besarnya medan magnet disumbu pusat (titik O) Solenoida dapat dihitung  dengan:

Bo = medan magnet pada pusat solenoida dalam tesla ( T )
μ0 = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 ^-7 Wb/amp. M
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
N = jumlah lilitan dalam solenoida
L = panjang solenoida dalam meter ( m )

Dengan arah medan magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Arah arus menentukan arah medan magnet pada Solenoida.

 

Besarnya medan magnet di ujung Solenida (titik P) dapat dihitung:

BP = Medan magnet diujung Solenoida dalam tesla ( T )
N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
L = Panjang Solenoida dalam meter ( m )

C.     MEDAN MAGNET PADA TOROIDA

Toroida adalah sebuah solenoida yang dilengkungkan sehingga berbentuk lingkaran kumparan.

Besarnya medan magnet ditengah-tengah Toroida ( pada titik-titik yang berada pada garis lingkaran merah ) dapat dihitung

·       Bo = Meda magnet dititik ditengah-tengah Toroida dalam tesla ( T )

·       N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan

·       I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )

·       a = rata-rata jari2 dalam dan jari-jari luar toroida dengan satuan meter ( m )

·       a = ½ ( R₁ + R₂ )

D.    PENERAPAN SOLENOIDA DAN TOROIDA DALAM  KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Banyak alat-alat listrik yang bekerjanya atas dasar kemagnetan listrik. Misalnya bel listrik, telepon, telegraf, alat penyambung atau relai, kunci pintu listrik, detektor logam dan loudspeaker. Alat-alat ukur seperti amperemeter, voltmeter dan galvanometer dapat dijelaskan dengan prinsip kemagnetan listrik.

1.      BEL LISTRIK

Bel listrik terdiri atas dua electromagnet dengan setiap solenoid dililitkan pada arah yang berlawanan. Apabila sakelar di tekan, arus listri  akan mengalir melalui solenoid. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lentur dan pengetuk akan memukul bel. Tarikan kepingan besi lentur oleh electromagnet akan memisahkan titik sentuh dan sekrup pengatur yang berfungsi sebagai interuptor. Arus listrik akan putus dan teras besi hilang kemagnetannya. Kepinganbesi lentur akan kembali ke posisi semula. Proses ini akan terjadi secara berulang ulang dengan sangat cepat.

Bagian-bagian utama bel listrik:
a. Sebuah magnet listrik (A dan B), berupa magnet listrik berbentuk U
b. Pemutusan arus atau interuptor: C
c. Sebuah pelat besi lunak: D yang dihubungkan dengan pegas E dan pemukul bel

2.      RELAI

Relai berfungsi sebagai sakelar untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar pada rangkaian lain dengan menggunakan arus listrikyang kecil. Ketiaka sakelar S ditutup, arus listrik kecil mengalir pada kumparan. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lentur. Titik sentuh C akan tertutup, menyebabkan rangkaian lain membawa arus besar yang akan tersambung. Apabila sakelar S di buka, teras besi akan hilang kemagnetannya. Keping besi lentur kembali ke kedudukan semula. Titik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lainnya terputus

Bagian-bagian Relai:

a.       Magnet listrik (M)
b. Sauh (S)
c. Kontak (K)
d. Pegas (P)

3.      TELEPON

Telepon terdiri dari 2 bagian yaitu bagian mikrofon dan bagian pendengar telepon. Prinsip kerja bagian mikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran getaran listrik. Pada bagian mikrofon ketika seseorang berbicara akan menggetarakan diafragma alumunium. Serbuk serbuk karbon yang terdapat pada mikrofon mengecil. Getaran yang berupa sinyal listrik akan mengalir melalui rangkaian listrik. Prinsip kerja bagian pendengar telepon adalah mengubah sinyal listrik yang diterima menjadi gelombang bunyi.

Bagian utama Telepon:

a. pesawat pengirim, yang biasa disebut mikrofon
b. pesawat penerima, biasanya disebut telepon.

4.      KATROL LISTRIK

Elektromagnet yang besar digunakan untuk mengangkat sampah logam  yang sudah tidak terpakai. Apabila arus di hidupkan, katrol listrik akan menarik sampah besi dan memindahkannya ke tempat yang di kehendaki. Apabila arus listrik dimatikan sampah sampah besi akan jatuh. Dengan cara ini sampah sampah berupa tembaga, alumunium, seng dapat dipindahkan dari besi.

5.      SPEAKER

Proses speaker coil bergerak dan kembali keposisi semula sebagai berikut. Elektromagnet di posisikan pada suatu bidang magnet yang konstan yang diciptakan oleh sebuah magnet permanen. Kedua magnet tersebut, yaitu electromagnet dan magnet permanen, berinteraksi satu sama lain seperti 2 magnet yang berhubungan pada umunya. Kutub positif pada electromagnet tertarik dengan kutub negative magnet permanen dan kutub negative pada electromagnet ditolak oleh kutub negative magnet permanen. Ketika orientasi kutub electromagnet bertukar, bertukar pula arah gaya tarik menariknya. Dengan cara seperti ini, arus bolak balik secara konstan membalikakkan dorongan magnet antara voice coil dengan magnet permanen

6.      KUNCI PINTU LISTRIK

Kunci pintu listrik bekerja didasarkan pada elektromagnetik. Kunci ini mempunyai kumparan dari jenis solenoida yang dihubungkan ke saklar di dalam rumah. Jika menekan sakelarnya, arus akan mengalir ke solenoid. Elektromagnetik yang terjadi akan menari solenoida sehingga orang yang berada di luar dapat membukannya

7.      METAL DETECTOR

Sebuah detektor logam yang digunakan untuk mengecek senjata logam, terdiri atas kumparan besar yang dapat dialiri/membawa arus listrik. Seseorang yang berjalan lewat di bawah pintu detektor yang membawa senjata logam dapat diketahui. Senjata logam dapat mengubah elektromagnetik yang dihasilkan oleh kumparan. Perubahan ini akan terdeteksi dan alarm akan berbunyi.

8.      ALAT-ALAT  RUMAH TANGGA

Saat ini, berbagai   perabotan rumah tangga telah terbuat dari mesin. Alat tersebut merupakan salah satu penerapan solenoida dan toroida dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya yaitu mesin cuci, belender, kulkas dan alat-alat lainnya.

      BAB 3

  PENUTUP

A.    Kesimpulan

Penerapan solenoida dan toroida dapat diterapkan atau diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari yang terdapat pada:

1.      Bel listrik

2.      Relai

3.      Telepon

4.      Katrol listrik

5.      Speaker

6.      Kunci pintu listrik

7.      Metal detector

8.      Alat atau perabotan rumah tangga

B.     Saran

Dengan adanya makalah ini diharapkan dapat memberikan informasi bagi setiap pembaca dan dapat dijadikan sebagai referensi untuk lebih kreatif dalam penyusunan makalah selanjutnya.