Header Ads

Percobaan Fisika Lanjut: Generator Sederhana

10:27 AM

EKSPERIMEN FISIKA II
GENERATOR SEDERHANA

OLEH: MURNIATY M
091204157
FISIKA ICP

JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR
2012

BAB I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG
Red Hearth Mind. Kemagnetan, seperti halnya kelistrikan, tidak dapat dilihat, tetapi efeknya dapat dilihat dan dirasakan. Magnet dapat menarik beberapa logam, seperti besi dan baja. Zat yang mengandung besi, seperti serbuk besi, akan tertarik pada magnet batang dan berjajar untuk menunjukkan arah garis gaya dari medan magnetic tersebut.

Bahan yang dapat ditarik magnet, dapat dijadikan magnet. Jika meletakkan sebuah paku baja dekat megnet, paku baja tersebut akan menjadi magnet dan tetap menjadi magnet meskipun sudah menjauhkan dengan magnet asalnya. Hal yang sama dapat terjadi pada besi, namun paku besi akan lebih cepat kehilangan sifat magnetiknya apabila magnet sudah dijauhkan. Bahan yang mampu menyimpan sifat magnet secara permanen (tetap) disebut magnet tetap (magnet permanen). Sedangkan bahan yang menyimpan sementara sifat magnet disebut magnet sementara.

Kita tahu, hidup sehari-hari ini sangat memerlukan adanya listrik, karena listrik adalah bagian dari hidup kita. Mulai dari belajar, memasak, mandi, hingga mencuci. Karena itu kita harus ramah terhadap benda-benda yang sangat memerlukan listrik tersebut. Kita tahu, bahwa menurut Hukum Kekekalan Energi, kita tidak dapat menciptakan energi, kita hanya bisa mengubahnya, misalnya dari energi kimia menjadi energi kinetik. Listrik merupakan sebuah energi, dan energi tersebut suatu saat dapat berkurang, dalam arti berubah menjadi energi lain, sementara energi lain akan lambat berubah menjadi energi listrik. Disini, saya akan membuat Generator yang ukurannya relatif kecil yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan alat-alat dan bahan yang sederhana

B. RUMUSAN MASALAH
Apakah jarak kumparan terhadap medan magnet akan berpengaruh pada arus yang dihasilkan generator sederhana ini?

C. TUJUAN PERCOBAAN
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut:
  1. Meneliti cara kerja generator sederhana.
  2. Mengetahui proses kerja generator sederhana dan factor-faktor yang mempengaruhinya.
  3. Memberikan pengertian kepada pembaca tentang apa itu generator sederhana.

D. MANFAAT PERCOBAAN
Adapun manfaat yang diperoleh dari percobaan ini adalah sebagai berikut:
  1. Laporan ini dapat dijadikan sebagai bahan bacaan untuk menambah khazanah pengetahuan fisika.
  2. Laporan ini dapat dijadikan sebagai literature untuk mengenal lebih jauh generator sederhana.

BAB II. TEORI DASAR

A. Pengertian Generator Listrik
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.

B. Listrik Statis
Listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir atau listrik yang muatan-muatannya berada dalam keadaan diam. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa memperhatikan gerakan atau aliran muatan listrik. Dalam ilmu fisika disebut elektrostatika. Listrik statis merupakan bentuk listrik yang dihasilkan bila beberapa benda digosokkan satu sama lain.

C. Muatan Listrik
Benda tersusun oleh partikel-partikel zat. Partikel zat yang ukurannya paling kecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi disebut atom. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, atom ternyata masih dapat dibagi-bagi lagi. Tiap atom tersusun dari inti atom dan elektron. Inti atom (nukleus) terdiri atas proton dan neutron. Adapun, elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya dan mendapat gaya tarik inti atom. Partikel yang bermuatan negatif disebut elektron. Partikel yang bermuatan positif disebut proton. Massa proton dan elektron lebih besar dibandingkan dengan massa elektron.

Gaya ikat inti terhadap elektron antara bahan satu dengan lain berbeda. Karena sesuatu hal, elektron dapat lepas dari lintasannya dan berpindah ke atom lain. Perpindahan elektron tersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom. Berdasarkan hal itu atom dikelompokkan menjadi tiga yaitu bermuatan negatif, bermuatan positif, dan netral. Atom dikatakan bermuatan negatif jika kelebihan elektron, sedangkan atom dikatakan bermuatan positif, jika kekurangan elektron. Adapun, yang dikatakan atom netral jika jumlah proton dan elektronnya sama. Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Jika dua muatan listrik yang sejenis didekatkan satu sama lain, akan saling menolak. Akan tetapi, jika dua muatan listrik tidak sejenis didekatkan satu sama lain maka akan saling menarik.


D. Membuat Benda Bermuatan Listrik
Atom ada yang bermuatan listrik dan ada yang netral. Demikian pula dengan benda. Benda netral dapat dibuat menjadi bermuatan listrik dengan cara menggosok. Penggaris plastik yang semula dalam keadaan netral (tidak bermuatan listrik), sehingga tidak mampu menarik serpihan kertas kecil. Ketika penggaris plastik digosok kain wol berarti memberikan energi kepada electron untuk berpindah. Perpindahan elektron terjadi pada kain wol menuju penggaris plastik. Penggaris plastik akan bermuatan negatif karena mendapat sejumlah elektron dari kain wol. Akibatnya penggaris plastik kelebihan elektron. Pindahnya elektron pada kain wol mengakibatkan kain wol kekurangan elektron sehingga kain wol bermuatan positif. Penggaris plastik yang telah bermuatan listrik dapat menarik serpihan kertas kecil.

Benda bermuatan positif maupun negatif dapat menarik benda netral. Benda yang bermuatan listrik berusaha memengaruhi muatan yang tidak sejenis pada benda netral dan berupaya menarik ke arahnya. Akibatnya pada benda netral tersebut terjadi pemisahan muatan. Peristiwa pemisahan muatan listrik pada benda netral akibat benda bermuatan listrik didekatkan disebut induksi listrik. Induksi (pengaruh) listrik ini dapat digunakan untuk membuat benda netral menjadi bermuatan listrik. Benda bermuatan negatif jika didekatkan benda netral akan menarik semua muatan positif benda netral ke salah satu ujung, akibatnya ujung yang lain bermuatan negatif. Jika muatan negatif dihubungkan dengan bumi kemudian diputus, benda netral tadi akan berubah menjadi benda bermuatan positif.

Hasil percobaan yang dilakukan oleh para ahli menyatakan bahwa jika benda bermuatan sejenis didekatkan, maka akan saling tolak menolak. Dan jika benda bermuatan berbeda jenis didekatkan, maka akan saling tarik menarik.

E. Medan Magnet pada Bahan Magnet
Medan solenoida yang panjang berbanding lurus dengan arus. Dan memang persamaan ini memberitahu kita bahwa medan B0 di dalam solenoida dinyatakan dengan
B0 =                  (2.1)
Ini berlaku jika hanya ada udara di dalam kumparan. Jika kita masukkan sebatang besi atau bahan feromagnet lainnya ke dalam solenoida, medan akan meningkat sangat besar, sering kali ratusan atau ribuan kali lipat. Hal ini terjadi karena domain pada besi menjadi tersusun oleh medan eksternal. Medan magnet yang dihasilkan merupakan jumlah yang disebabkan oeh arus dan disebabkan oleh besi. Kadangkala lebih mudah untuk menuliskan medan total dalam kasus ini sebagai jumlah dua suku:
B = B0 + BM                     (2.2)

Disini, B0 menyatakan medan yang hanya disebabkan oleh arus pada kawat (“medan eksternal”). Medan inilah yang akan ada jika tidak ada bahan feromagnet. Kemudian BM menyatakan medan tambahan yang disebabkan oleh bahan feromagnet itu sendiri; sering kali BM >> B0.

Medan total di dalam solenoida dalam kasus seperti ini juga dapat dituliskan dengan mengganti konstanta pada persamaan (2.1) menjadi konstanta lainnya, μ, yang merupakan karakteristik bahan di dalam kumparan:

                                          B = μnI                       (2.3)
μ dinamakan permeabilitas magnetic bahan. Untuk bahan feromagnet, μ jauh lebih besar dari . Untuk semua bahan lainnya, nilainya sangat dekat dengan . Bagaimana pun, nilai μ tidak konstan untuk bahan feromagnet; bergantung pada nilai medan eksternal B0.


Medan magnet adalah ruang/daerah di sekitar magnet di mana tempat benda-benda tertentu mengalami gaya magnet. Orang pertama yang menyelidiki bahwa di sekitar kawat yang dialiri aurs listrik terdapat medan magnet adalah Hans Christian Oersted pada tahun 1820.


Gambar(1.a). Kawat belum dialiri arus listrik, sehingga jarum magnet tidak menyimpang. Gambar(2.a). Kawat dialiri arus listrik dengan arah ke bawah, jarum magnet menyimpang ke kanan. Gambar(3.a). Kawat dialiri arus listrik dengan arah keatas, jarum magnetik menyimpang ke kiri.

Hal yang sama juga akan terjadi pada jarum kompas, karena jarum kompas juga merupakan jarum magnet. Untuk menentukan medan magnet, gunakan aturan tangan kanan seperti gambar berikut:
  1. Ibu jari menunjukkan arah arus (i)
  2. Keempat jari tangan menunjukkan arah medan magnet (B)
Jika kita pakai aturan tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet pada gambar (a-1), maka ibu jari kita menghadap ke bawah (sesuai dengan aliran arus) maka 4 jari yang lainnya mengarah ke kanan, itulah arah medan magnetnya yang membuat jarum kompas menyimpang ke kanan.

Medan magnet dapat dirasakan atau ada di sekitar kutub magnet. Apabila ada kutub magnet lain dalam medan medan magnet maka akan ada gaya interaksi magnetik atau gaya magnet. Medan magnet dapat timbul dari bahan-bahan dari alam yang mempunyai sifat kemagnetan atau bisa juga ditimbulkan oleh arus listrik. Salah satu tokoh terkenal yang melakukan penelitian tentang medan magnet adalah Hans Christian Oersted (1777-1851).

Oersted merupakan orang pertama yang dalam percobaannya mengetahui terjadinya medan magnet oleh arus listrik.

Gambar 4.a Hans Christian Oersted (diambil dari Serway,2004)

Gaya magnet ini dalam aplikasinya banyak digunakan sebagai dasar dalam mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Misalkan dalam pembuatan motor listrik, pembuatan generator. Selain karena adanya arus listrik medan magnet juga dapat ditimbulkan karena sifat kemagnetan bahan.

Percobaan yang dilakukan Oersted mengamati jarum kompas yang diletakkan di bawah kawat yang dilalui arus listrik. Hasil percobaan diperlihatkan pada Gambar 2.1. Gambar 2.1a. memperlihatkan posisi jarum kompas ketika tidak dialiri arus, jarum kompas menunjuk arah utara. Selanjutnya jarum kompas dialiri arus ke arah utara seperti diperlihatkan pada Gambar 2.1b, akibatnya penunjukan jarum menyimpang ke arah timur.

Apabila jarus kompas dialiri arus ke arah selatan maka penunjukan jarum menyimpang ke arah barat (Gambar.2.1c).

Gambar 2.1. Pengaruh arus listrik terhadap penunjukan arah jarum kompas

Hubungan antara besarnya arus listrik dan medan magnet di nyatakan oleh Biot Savart, yang kemudian dikenal dengan Hukum Biot Savart.


Induksi magnet di P yang berjarak r dari kawat berarus adalah:
  • berbanding lurus dengan kuat arus i
  • berbanding lurus dengan elemen dx
  • berbanding terbalik dengan kuadrat jarak arah induksi magnet tersebut tegak lurus dengan bidang yang melalui elemen arus dari titik P. 
Induksi magnet oleh kawat arus lurus Untuk menghitung induksi magnet di P oleh kawat lurus berarus dapat diguna pendekatan secara integral. Induksi magnet di titik P oleh kawat yang tak berhingga panjang adalah:




Induksi magnet oleh kawat yang panjangnya tertentu seperti pada Gambar 1.4 adalah


adalah sudut-sudut yang terbentuk antara ujung-ujung kawat dengan garis yang menghubungkan ujung kawat dan titik P. 1

BAB III. METODE PERCOBAAN

A. Identifikasi Variabel
a. Variabel manipulasi : jarak kumparan (m)
b. Variabel kontrol : jumlah lilitan kumparan (lilitan)
c. Variabel respon : kuat arus (A)

B. Definisi Operasional Variabel
  • Jarak kumparan (L) merupakan jarak lilitan kumparan yang dililitkan pada kumparan terhadap medan magnet dengan satuan meter.
  • Jumlah lilitan kumparan merupakan jumlah kawat tembaga yang melilit dengan satuan lilitan.
  • Kuat arus (I) merupakan jumlah muatan listrik yang melewati suatu kawat penghantar yang diukur dengan menggunakan amperemeter AC dengan satuan Ampere (A).
C. Alat dan Bahan
  • Kawat tembaga berlapis insulator tipis (sekitar 25 m atau 30SWG, dengan diameter sekitar 0, 3 mm).
  • Papan.
  • E825 magnet bentuk U.
  • Dinamo listrik AC 220V/5A
  • Kumparan
  • Multimeter digital
  • Lem alteco
  • Mistar
  • Kabel penghubung
D. Prosedur Kerja

1. Menyusun alat sesuai dengan rangkaiannya.

2. Pastikan multimeter yang terpasang untuk mengukur arus AC.
3. Ukur jarak kumparan terhadap medan magnet dimulai dengan L=0,01m
4. Nyalakan rangkaian dengan menghubungkan pada sumber listrik.
5. Baca penunjukan besarnya kuat arus pada multimeter digital dan catat pada tabel pengamatan.
6. Ulangi kegiatan 2-5 dengan mengganti jarak kumparan terhadap medan magnet (0,05 m dan 0,10 m).

E. Teknik Analisis Data
a. Metode Tabel

No.
Jarak kumparan (L)
(cm)
     Kuat Arus (I) (Ampere)
1.
0,01

2.
0,05

3.
0,10


Untuk lebih lengkapnya download disini: http://www.mediafire.com/view/?jhm5devcakmjh2d

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments ( Atom )