Konsep gaya magnet dan teori dasar kemagnetan bumi - IPA MTs

 KONSEP GAYA MAGNET  DAN TEORI KEMAGNETAN BUMI

Bismillahirrahmanirrahiim

Selamat datang di situs IPA MTs

Be smart with science

Ada yang pernah melihat berita di televisi tentang sebuah tim yang bekerja membersihkan paku-paku di jalanan ibukota Indonesia, Jakarta? Yups, mereka adalah para relawan yang masuk ke dalam saber community. Mereka dengan tulus memberisihkan paku yang terdapat di jalan raya ibukota agar pengguna jalan dapat berkendara dengan aman. Apa yang terjadi jika kamu sedang berkendara tiba-tiba ban kendaraanmu tertusuk paku, ditambah dengan kecepatan tinggi karena sedang terburu-buru. So, berterima kasih kepada tim saber comunity yang bersedia secara sukarela membersihkan paku-paku dari jalanan.

Sekarang pertanyaanya yaitu : Bagaimana mereka tersebut membebaskan jalan raya dari paku-paku tersebut? Apakah diambil satu-satu? Jika diambil satu persatu, akan sangat sulit dan tidak efektif. Ternyata mereka mengumpulkan paku-paku tersebut dengan menggunakan magnet. Magnet yang dibawa akan menarik paku-paku dan menempelkannya di magnet.

Hayu..siapa yang pernah bermain magnet? Kayaknya sebagian besar pembaca setia IPA MTs pernah bermain magnet..berarti masa kecilnya bahagia..hehe. Ketika kamu bermain magnet dan didekatkan ke pintu kulkas atau gagang pintu rumah, maka magnet akan menempel atau ketika kamu meletakkan pasir di atas kertas putih kemudian kamu menempatkan magnet di bawah kertasnya lantas kamu menggerakkan magnet tersebut, maka sebagian pasir-pasir tersebut bergerak mengikuti magnetmu. Kenapa pasir tersebut mengikuti gerakan magnet karena pasir tersebut mengandung biji logam seperti besi atau logam lainnya. Ingat magnet dapat menarik benda-benda logam yang disebut benda magnetik.

Magnet terbagi ke dalam dua jenis yaitu magnet buatan dan magnet alam. Magnet buatan merupakan magnet yang dibuat oleh manusia seperti magnet yang kamu mainkan tadi. Adapun magnet alam adalah bumi. Yups. Bumi yang kamu tempati ini beserta tumbuhan dan hewan serta benda abiotik lainnya merupakan magnet. Magnet dengan ukuran raksasa.

Artikel sekarang akan menjelaskan dan memberi informasi mengenai magnet, khususnya tentang konsep gaya magnet yang mencakup pengertian, sifat-sifat, jenis bahan, dan cara membuat magnet juga cara menghilangkan sifat kemagnetan bahan magnet disertai penerapan kemagnetan dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, akan dijelaskan juga tentang teori dasar kemagnetan pada bumi.

Bacalah dengan santai dan tenang serta sampai tuntas. Mudah-mudahan kamu dapat memahami apa yang sedang dan telah dibaca. Mari budayakan literasi khususnya literasi tentang sains. Artikel dapat diakses di ipamts.com.

Konsep Gaya Magnet

Pada bagian ini, akan dijelaskan hal-hal berkaitan dengan magnet. Dimulai dari pengertian magnet.

A. Pengertian Magnet

Magnet adalah benda yang dapat menarik benda magnetik. Benda magnetik merupakan benda yang mengandung partikel magnet atau magnet elementer di dalam benda tersebut. Magnet elementer dari sebuah magnet tersusun rapih dan searah seperti susunan ketika kamu upacara. Sedangkan susunan magnet elementer dari benda logam sebelum menjadi magnet tidak teratur. Perhatikan gambar susunan magnet elementer pada magnet dan benda logam sebelum menjadi magnet di bawah ini.

Susunan magnet elementer

Magnet berasal dari bahasa yunani yaitu magnitis lithos yang berarti batu magnesian. Magnesian tersebut merupakan nama daerah di Yunani pada masa lalu yang sekarang bernama manisa dan termasuk wilayah Turki. Jadi, magnet itu berarti batu yang terdapat di daerah manisa, tetapi memiliki keunikan dari batu lain pada umumnya.

B. Sifat-sifat Magnet

Sebuah magnet akan memiliki sifat-sifat di yang merupakan ciri dari magnet. Ciri-ciri sebuah magnet antara lain :

1. Memiliki dua kutub

Tiap magnet akan memiliki dua kutub. Kutub tersebut terletak di ujung-ujung magnet. Kutub merupakan bagian ujung magnet yang memiliki gaya magnet terbesar. Bagian ujung magnet tersebut dapat menarik benda magnetik dengan sangat kuat.

Ujung-ujung magnet akan selalu menunjuk arah utara dan selatan. Oleh karena itu, kutub magnet terdiri atas kutub utara dan selatan. Pembuktian kutub-kutub magnet, dapat kamu lakukan dengan menempatkan magnet batang di atas gabus kemudian letakkan di atas air, seperti pada gambar di bawah ini.

Menentukan kutub magnet dengan mengapungkan magnet batang

Kamu akan lihat jika ujung magnet tersebut akan mengarah ke utara dan selatan. Ujung yang mengarah utara disebut kutub utara magnet dan ujung yang mengarah selatan dinamakan kutub selatan magnet. Dua kutub magnet akan selalu terbentuk pada ujung-ujung magnet potongan ketika kamu memotong magnet menjadi bagian-bagian kecil.

2. Memiliki gaya magnet

Sebuah magnet memiliki kemampuan untuk menarik benda magnetik dan kemampuan untuk menarik dan menolak magnet lain. Kemampuan menarik maupun menolak disebut gaya magnet. Gaya magnet dikategorikan ke dalam gaya tak sentuh.

Apabila suatu magnet didekatkan dengan magnet lain dengan posisi berbeda kutub, maka kedua magnet tersebut akan saling tarik menarik. Namun, jika sebuah magnet dihadapkan dengan kutub yang sama dari magnet lain, maka kedua magnet akan saling tolak menolak. Kok, mirip dengan gaya pada muatan listrik, ya.. Gaya magnet pada kutub utara menuju ke luar magnet, sedangkan pada kutub selatan menuju ke arah dalam magnet.

Besar kecilnya gaya magnet dipengaruhi oleh 4 faktor, antara lain :

• Jenis benda penghalang. Jenis benda dapat mempengaruhi magnet menarik benda magnetik.
• Ketebalan benda penghalang. Semakin tebal benda penghalang, maka kemampuan magnet menarik benda magnetik akan semakin melemah.
• Jarak magnet dengan benda atau magnet lain. Semakin kamu mendekatkan magnet dengan benda magnetik atau magnet lainnya, maka gaya magnet akan semakin besar. Mirip dengan gaya Coulomb pada dua benda bermuatan listrik.
• Kekuatan magnet. Kekuatan tiap magnet berbeda-beda, bergantung kepada unsur penyusunnya, proses pembuatannya dan ukuran magnetnya.

Gaya magnet memiliki garis-garis gaya magnet atau disebut dengan fluks. Apabila fluks magnet berhasil diganggu dengan menggerakkan kumparan tembaga di sekitar medan magnet, maka fluks magnet yang terganggu tersebut dapat menghasilkan arus listrik. Hal itulah awal terbentuknya elektromagnet yaitu listrik yang dihasilkan dari magnet seperti pada generator listrik.

Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa sebuah magnet memiliki sifat-sifat antara lain:

• Dapat menarik benda logam tertentu
• Memiliki dua kutub
• Gaya tarik magnet terbesar berada di kutub-kutubnya
• Selalu menunjuk arah utara dan selatan
• Kutub-kutub yang berlainan jenis akan saling tarik menarik
• Kutub-kutub magnet yang sejenis akan saling tolak-menolak
• Dapat menghasilkan arus listrik

C. Jenis Magnet dan Bahan Magnet

Pada bagian ini, akan dijelaskan mengenai macam-macam magnet dan jenis bahan-bahan magnet.

1. Jenis Magnet

Berdasarkan proses pembuatannya, magnet dikelompokkan menjadi dua yaitu :

1. Magnet buatan. Magnet buatan merupakan magnet yang dibuat oleh manusia atau disebut juga magnet sintetik. Bahan yang umum digunakan adalah besi dan baja. Bahan lainnya adalah Cara membuatnya dijelaskan di bagian cara membuat magnet di artikel ini. Contoh magnet buatan yaitu magnet-magnet yang terdapat dalam alat elektronik dan yang beredar di pasaran.
2. Magnet alam. Magnet alam merupakan magnet yang terbentuk dari proses alam. Magnet alam terbesar adalah bumi. Penjelasan bumi sebagai magnet dapat kamu baca di bagian Teori Dasar Kemagnetan Bumi di artikel ini.

Berdasarkan lama tidak kekuatannya, magnet dibagi menjadi dua jenis yaitu :

1. Magnet permanen. Magnet permanen merupakan magnet yang memiliki gaya magnet dan sifat kemagnetan dalam jangka waktu lama. Penyusun magnet permanen adalah logam yang sangat keras seperti baja. Baja merupakan logam campuran antara besi, karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, oksigen, nitrogen dan alumunium. Selain baja, bahan yang dapat digunakan sebagai penyusun magnet adalah neodimium, besi dan boron yang dikenal dengan magnet neodimium. Magnet neodimium diklaim memiliki kekuatan gaya magnet yang lebih besar dari magnet yang sudah ada. Proses pembutatan magnet permanen membutuhkan waktu yang lebih lama dari magnet sementara.
2. Magnet sementara. Magnet sementara ini sifat kemagnetannya berlangsung dalam waktu singkat atau sementara. Bahan penyusun magnet ini, umumnya adalah besi. Magnet jenis ini dikenal dengan magnet lunak. Proses pembuatan magnet sementara juga tidak membutuhkan waktu lama.

Berdasarkan bentuknya, magnet terdiri dari :

1. Magnet batang, bentuknya berupa batangan atau perssegi panjang
2. Magnet jarum, bentuknya seperti jarum kompas dengan kedua ujungnya runcing.
3. Magnet silinder, bentuknya seperti tabung atau besi rangka untuk membangun rumah.
4. Magnet U, yang berbentuk huruf U atau tapal kuda
5. Magnet cincin, yang berbentuk seperti cincin
6. Magnet keping, yang berbentuk seperti uang logam.

2. Jenis Bahan Magnet

Benda-benda di sekitar kamu, ada yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet, ditarik lemah dan tidak dapat ditarik sama sekali oleh magnet. Berdasarkan kondisi itu, benda atau bahan magnet dikelompokkan menjadi tiga jenis, antara lain :

1. Ferromagnetik merupakan benda-benda di sekitar yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet, seperti besi, baja, kobalt dan nikel. Benda ferromagnetik baik untuk digunakan sebagai bahan penyusun magnet buatan. Benda ferromagnetik dan paramagnetik disebut juga benda magnetik karena masih dapat ditarik oleh gaya magnet. 
2. Paramagnetik merupakan benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet. Contoh paramagnetik yaitu : magnesium, molibdenum dan lithium. Lithium banyak digunakan sebagai bahan pembuat baterai handphone.
3. Diamagnetik merupakan benda yang tidak dapat tarik oleh magnet, seperti : perak, emas, tembaga dan bismut.

B. Cara Membuat Magnet

Seperti yang sudah dijelaskan di atas bahwa benda magnetik dapat dijadikan magnet karena memiliki magnet elementer atau partikel magnet di dalamnya, tetapi susunannya masih acak atau tidak beraturan. Oleh karena itu, supaya magnet elementer tersebut tersusun rapih dan searah perlu diberi perlakuan sehingga benda magnetik dapat diubah menjadi sebuah magnet. Berikut ini beberapa perlakuan yang dapat dipakai untuk membuat magnet. antara lain :

1. Pembuatan Magnet dengan Cara Menggosok

Kamu dapat membuat magnet dengan cara menggosok benda magnetik dengan sebuah magnet. Perhatikan gambar di bawah ini.

Membuat magnet dengan penggosokkan

Pada gambar dapat dilihat, bahwa sebuah magnet batang digosokkan di atas sebuah logam besi. Bagian kutub utara magnet tersebut digosokkan di atas logam secara searah dari bagian B ke A dan dilakukan terus menerus selama kurang lebih 3 menitan, semakin lama penggosokkan semakin baik, karena sifat kemagnetan pada magnet buatan akan bertahan lama.

Bagian B logam akan menjadi kutub utara magnet buatan, karena bagian ini mengalami penggosokkan pertama kali, sehingga memiliki kutub yang sama dengan kutub magnet yang dipakai untuk menggosok dalam proses pembuatan magnet. Adapun bagian ujung logam A akan menjadi kutub selatan magnet buatan. Sifat magnetnya sementara. Bagaimana jika kutub selatan yang dipakai untuk menggosok dengan arah dari ujung A ke ujung B ?

2. Pembuatan Magnet dengan Cara Induksi

Proses membuat magnet secara induksi dilakukan dengan mendekatkan atau menempelkan salah satu ujung (kutub) magnet pada sebuah logam, seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Pembuatan magnet secara induksi

Pada gambar tersebut terlihat bahwa magnet batang, di bagian kutub selatannya didekatkan atau ditempelkan ke bagian ujung B sebuah logam sehingga ujung B logam tersebut menempel pada magnet. Ketika kamu tempelkan lagi logam yang lebih ringan ke ujung A logam, maka logam lain tersebut akan menempel. Hal tersebut menandakan bahwa logam tersebut sudah menjadi magnet dengan cara induksi.

Bagian B logam yang menempel pada bagian kutub selatan magnet, akan menjadi kutub Utara magnet buatan tersebut karena jika ada magnet yang berbeda kutub didekatkan maka kedua magnet tersebut akan saling menempel. Jumlah logam yang dapat ditempelkan oleh magnet tersebut terbatas bergantung ukuran dari magnet atau kekuatan magnet yang digunakan. Semakin besar kekuatan magnetnya maka semakin banyak logam yang dapat ditempelkan atau ditarik. Adapun bagian A dari logam akan menjadi kutub Selatannya. Lantas kutub magnet buatan dari logam di bawahnya bagaimana? kutubnya akan berlawanan dengan kutub dari ujung logam yang menempel di atasnya.

Kekuatan magnet buatan dengan cara induksi sifatnya sementara. Ketika kamu melepaskan magnet dari logam, maka sifat magnet dari logam tersebut akan hilang.

3. Pembuatan Magnet dengan Cara Dialiri Arus Listrik Searah

Cara membuat magnet juga dapat dilakukan dengan mengilrkan arus listrik DC ke logam. Arus listrik DC merupakan arus listrik yang mengalir dari kutub positif sumber tegangan ke kutub negatif. Ketika arus DC mengalir dalam sebuah kumparan yang dililitkan ke logam, maka akan meluruskan susunan magnet elementer yang terkandung dalam logam sehingga logam tersebut memiliki sifat-sifat magnet.

Bagaimana caranya, dapat dilihat pada gambar di atas di bawah ini.

Membuat magnet dengan mengalirkan arus searah

Pada gambar dapat diketahui bahwa sebuah kawat tembaga dililitkan ke sebuah logam dari satu ujung ke ujung lainnya kemudian kedua ujung kawat disambungkan ke kutub positif dan kutub negatif dari baterai. Batu baterai ini berperan sebagai sumber arus DC.

Penentuan kutub magnet dengan cara ini diperoleh dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Ibu jari sebagai penunjuk kutub utara dan jari-jari lainnya sebagai lilitan kawat dan arah arusnya.

Sifat dari magnet buatan dengan cara memgalirkan arus DC ini yaitu bersifat sementara, karena ketika salah satu ujung kawatnya dilepas dari kutub sumber tegangannya, maka logam tersebut akan kehilangan sifat kemagnetannya. Hal tersebut dikarenakan tidak ada arus listrik yang mengalir ketika rangkaiannya terbuka.

Magnet buatan dengan mengalirkan arus listrik tersebut disebut elektromagnet. Elektromagnet memiliki beberapa kelebihan antara lain :

• Sifat kemagnetan dapat diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah lilitan kawat dan memperbesar arus listriknya.
• Sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan memutus arus listrik dan dapat ditimbulkan kembali dengan menyambungkan kembali arus listrik.
• Kutub-kutub magnetnya dapat ditukar dengan cara mengubah arah arus listriknya,

C. Cara Menghilangkan Sifat-sifat Magnet

Kemampuan menarik benda atau sifat kemagnetan dari sebuah magnet buatan dapat dibuat juga dapat dihilangkan atau dilemahkan. Berikut ini beberapa faktor yang dapat menghilangkan atau melemahkan sifat kemagnetan :

• Suhu panas. Ketika sebuah magnet dipanaskan pada suhu tinggi maka sifat kemagnetannya akan berkurang. Namun jika diturunkan (didinginkan) maka sifat kemagnetannya akan semakin besar.
• Kerusakan magnet. Kerusakan magnet dapat disebabkan oleh pemukulan atau terjatuh sehingga rusak. Hal tersebut dapat mengurangi atau menghilangkan sifat kemagnetannya.
• Dialiri arus AC. Arus AC disebut juga arus bolak balik dimana arah elektron yang mengalir hanya bolak balik di tempat sehingga dapat merusak susunan magnet elementer di dalam magnet. Jika magnet elementer susunannya tidak teratur maka benda tersebut akan kehilangan sifat kemagnetannya.

Berdasarkan tiga faktor di atas, dapat diketahui bahwa sifat kemagnetan dapat hilang bila dipanaskan, dipukul-pukul dan dialiri arus AC. Seperti pada gambar di bawah ini.

Cara menghilangkan sifat kemagnetan

Ketiga cara tersebut dapat menyebabkan susunan magnet elementer dari magnet menjadi acak, sehingga hal tersebut menyebabkan sifat kemagnetannya suatu magnet dapat berkurang atau hilang.

D. Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari-hari

Pada bagian cara membuat magnet dijelaskan bahwa magnet dapat dibuat dengan mengalirkan arus listrik. Cara tersebut disebut dengan elektromagnet. Elektromagnet ini sudah diterapkan pada alat-alat yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut contoh alat-alat yang memanfaatkan elektromagnet (BSE Ilmu Pengetahuan Alam Tingkat SMP/MTs Kelas 9 Semester 2):

1. Bel Listrik

Pada saat tombol ditekan, maka arus listrik mengalir di sekitar kawat kumparan sehingga besi di dalam kumparan tersebut berubah menjadi magnet lalu akan menggerakkan lengan pemukul untuk memukul bel sehingga bel berbunyi.

2. Relai Magnetik

Relai merupakan alat yang berfungsi seperti saklar yaitu untuk memutus dan menghubungkan arus listrik. Relay disebut juga saklar elektromagnetik. Perhatikan gambar di bawah.

Struktur relai dan cara kerjanya

Ketika ada arus listrik yang masuk ke dalam relai, maka komponen elektromagnet akan menarik lengang besi menuju bagian NO (normally open) dan arus listrik dari sumber tegangan lain akan mengalir. Bila arus listrik dalam relai diputus, maka lengan besi akan kembali ke posisi NC (normally closed). 

3. Telepon Kabel

Prinsip dasar telepon kabel adalah mengubah energi listrik menjadi energi bunyi. Saat terjadi percakapan, energi listrik mengalir pada kabel telepon lalu menimbulkan efek elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah sehingga menggetarkan diafragma besi lentur pada speaker telepon. Getaran pada speaker akan menggetarkan udara di sekitarnya kemudian memberikan efek dengar bagi telinga.

E. Medan Magnet

Medan magnet didefinisikan sebagai wilayah di sekitar magnet yang masih terpengaruh oleh gaya magnet dari sebuah magnet. Perhatikan gambar di bawah ini, agar kamu dapat memahami medan magnet :

Pola medan magnet pada serbuk besi

Berdasarkan gambar dapat dilihat bahwa serbuk besi yang ditaburkan di atas kertas membentuk pola. Pola tersebut merupakan bentuk garis gaya magnet yang digunakan untuk menggambarkan medan magnet. Pada bagian ujung atau kutub banyak serbuk besi yang menempel. Hal tersebut menunjukkan bahwa medan magnet di bagian kutub sangat besar.

Teori Kemagnetan Bumi

Bumi terdiri atas inti bumi, mantel bumi dan kerak bumi. Bagian inti bumi tersusun atas inti dalam dan inti luar. Inti dalam bersifat padat dan inti luar bersifat cair. Kedua inti bumi tersebut sebagian besar tersusun dari unsur logam. Saat bumi berotasi, maka partikel bermuatan listrik dalam cairan inti luar bumi ikut bergerak dan menimbulkan medan magnet. Bentuk medan magnet bumi dapat kamu lihat pada gambar di bawah.

Medan magnet bumi

Medan magnet bumi memiliki manfaat yang besar bagi kehidupan di bumi. Medan magnet bumi memiliki manfaat antara lain :

• melindungi penduduk bumi dari radiasi luar angkasa seperti radiasi matahari. Radiasi matahari yang berbahaya adalah badai matahari. Badai matahari akan membawa partikel-partikel matahari yang tidak stabil dan dapat merusak atmosfer bumi. Saat partikel-partikel tersebut menabrak atmosfer bumi, maka partikel-partikel tersebut akan dionisasi dan membentuk plasma lemah. Tampilan plasma ini dikenal dengan aurora.
• sebagai dasar navigasi dan petunjuk arah bagi manusia dan hewan. Sistem navigasi sekarang berbasis GPS yang memanfaatkan medan magnet bumi. Kompas yang dipakai juga memanfaatkan medan magnet. Selain itu beberapa hewan ketika melakukan migrasi juga memanfaatkan medan magnet bumi untuk menuju arah migrasinya. Apa saja hewan-hewan tersebut. Kamu dapat membacanya di artikel Beberapa hewan yang memanfaatkan medan magnet bumi saat bermigrasi.
• Membantu dalam menemukan bijih besi dan mineral dalam perut bumi untuk ditambang.

Apa kamu tahu, kenapa jarum kompas selalu menunjuk arah utara dan selatan? Yups, jarum kompas selalu menunjuk ke arah utara dan selatan karena tertarik oleh kutub selatan dan utara magnet bumi. Kutub utara jarum kompas ditarik oleh kutub selatan magnet bumi dan kutub selatan jarum kompas ditarik oleh kutub utara magnet bumi.

Kutub utara magnet bumi terletak di kutub selatan geografis bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi berada di kutub utara geografis bumi. Kutub utara magnet bumi dan kutub selatan geografis bumi tidak berimpit dan membentuk sudut, begitu pula dengan kutub selatan magnet bumi dengan kutub utara geografis bumi. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara magnet bumi dengan kutub selatan geografis bumi dinamakan sudut deklinasi. Selain membentuk sudut dengan kutub geografis bumi, kutub-kutub magnet bumi juga membentuk sudut dengan garis horizontal bumi, yang disebut sudut inklinasi.

Penutup

Demikian penjelasan tentang konsep gaya magnet dan teori kemagnetan bumi. Mudah-mudahan dapat menambah pengetahuan dan wawasan pembaca IPA MTs. Jika artikel ini dirasa bermanfaat, silahkan bagikan ke saudara dan teman agar mereka memperoleh manfaat juga dari artikel ini. Silahkan baca artikel-artikel lainnya dengan menggunakan fitur Cari Artikel Lain dengan mengetikkan kata kunci dari artikel yang ingin kamu cari.

Bagikan artikel