Pengukuran Medan Magnet Bumi

PENGUKURAN MEDAN MAGNET BUMI

Fadli Nauval, Ira Fenta

Laboratorium Fisika Atom dan Inti  Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Andalas, Kampus Unand Limau Manis, Padang

nauval_fadli46@gmail.com

ABSTRAK

Dalam percobaan ini, magnet bumi diwakili oleh magnet batang dengan arah kutub yang diatur mengikuti arah magnet bumi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat arus listrik merupakan besaran yang paling mempengaruhi nilai medan magnet bumi. Kuat arus listrik ini menyebabkan magnet batang berosilasi (bergetar) dengan waktu tertentu (dari waktu, besarnya perioda dapat ditentukan), di mana besarnya berbanding terbalik dengan kuat arus listrik yang diberikan.

Kata kunci : Magnet batang, magnet bumi, dan kuat arus listrik.

ABSTRACT

In this experiment, the earth's magnetic represented by a bar magnet with direction set to follow the direction of the earth’s magnetic poles. The results showed that the electric current is the amount that most affect the value of earth's magnetic field. The electric current causes the magnet to oscillate (vibrate) at a certain time (we get period value), in which the magnitude is inversely proportional to the electric current supplied.

Keywords: Magnetic rods, earth magnets, and electrical current.

                                

I.         PENDAHULUAN

Medan magnetik bumi disebut juga dengan medan geomagnetik, yang berarti medan magnetik yang menjangkau dari bagian dalam bumi hingga ke batas dimana medan magnet bertemu dengan angin matahari. Besarnya medan magnet bumi bervariasi antara 25-65 mikrotesla (0,25-0,65 gauss). Kutub-kutub medan magnetik bumi diperkirakan miring 10 derajat terhadap aksis bumi dan terus bergeraksepanjang waktu akibat pergerakan besi paduan cair di dalam inti luar bumi. Kutub magnet bumi bergerak begitu lambat sehingga kompas masih dapat berfungsi dengan baik sejak digunakan pertama kali (abad ke-11 M). Namun setiap beberapa waktu ratus ribu tahun sekali, kutub magnetik bumi berbalik antara utara dan selatan. Pembalikan ini terekam didalam pola bebatuan purbakala bumi yang mengandung unsur yang bersifat ferromagnetik. Pergerakan lempeng benua juga dipengaruhi oleh medan magnetik.

Lapisan diatas ionosfer disebut juga dengan magnetosfer, yaitu lapisan dimana medan magnetik bumi melindungi bumi dari radiasi kosmik yang dapat mengionisasi setiap partikel di atmosfer dan membuatnya terlepas dari medan gravitasi tanpa magnetosfer, atmosfer bumi termasuk lapisan ozon akan hilang dan menjadikan kehidupan dibumi tidak dapat berkembang sekompleks sekarang ini.

Medan magnetik bumi memantulkan sebagian besar angin matahari, yaitu arus partikel bermuatan dari matahari yang mampu mengionisasi lapisan atmosfer bumi. Gas-gas yang terkena angin matahari dapat terperangkap dalam gelembung medan magnet yang dapat terbawa arus angin matahari, sebuah proses yang mungkin pernah terjadi di planet mars. Study mengenai medan magnetik bumi dimasa lalu disebut dengan paleomagnetisme. Polaritas dari medan magnetik bumi terekam dalam bebatuan dan pembalikan medan magnetik bumi terkema di dalam garis-garis yang terbentuk ketika pembentukan bebatuan terjadi. Medan magnetik bumi juga menyebabkan bebatuan yang mengandung bijih tambang dari unsur ferromagnetik lebih mudah dicari karena menyebabkan anomali magnetik  bumi. Manusia telah menggunakan kompas yang bergantung pada medan magnetik bumi untuk menentukan arah sejak abad ke-11 M. Hewan juga diketahui memanfaatkan medan magnetik bumi sebagai sarana untuk bermigrasi. Variasi medan magnetik bumi diketahui berhubungan dengan variasi curah hujan di negara tropis.

Medan magnet dalam ilmu fisika dalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dari putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik, inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet permanen. Sebuah medan magnet adalah medan vektor, yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan didalam medan tersebut. Besar medan magnet bumi ditentukan dengan metode  induksi magnetik dengan kawat berarus berbentuk lingkaran dan kompas. Sedangkan dengan teknik regresi linear tanpa bobot variabel bebas yang dipilih oleh tangen sudut yang berbentuk antara jarum kompas dan medan magnet horzontal bumi, sedangkan magnet bumi sebagai variabel terikat.

Jika sebuah magnet batang ditepatkan dalam medan magnetdengan fluks magnet. Maka magnet tersebut akan diberikan torsi sebesar :

                                                                                                (1)

Dimana:    M: momen medan magnet dari magnet batang

                  B: fluks magnet (wb/m²)

  : sudut yang terbentuk terhadap sumber magnet

Gambar (1):  Diagram vektor dari kerapatn fluks magnet pada A). Bidang  orizontal, 
            B). Bidang vertikal.         
              (sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnetik_bumi)

Jika magnet batng terlepas maka ia akan terisolasi, dan untuk sudut simpangan teta yang kecil maka akan di dapat periode sebesar :

                                                                                                             (2)

 Dimana :   I adalah momen inersia magnet batang
                 T adalah perioda (t/n)

Medan magnet bumi :

                                                                                            (3)

Medan magnet solenoida :

                                                                                                          (4)

                                                                                                               (5)

Dengan nilai :  B  = induksi magnetik (W/m²) atau Tesla
µ₀  = permeabilitas = 4π x 10^-7 Wb/A.m (udara)

Beberapa manfaat dari medan magnet bumi yaitu:

a)      Mempengaruhi arah jarum jam

b)      Menjadi perisai bumi

c)      Menjadi jalur alternatif untuk terapi kesehatan

II.      METODA

Gambar (2):        Rangkaian susunan percobaan menentukan medan magnet bumi
(sumber: Afdal Muttaqin, 2015)
 

Dalam melakukan percobaan ini alat yang dibutuhkan adalah berupa amperemter, power supply, selenoida, magnet batang, stopwatch, transformatir variabel dan kompas . Sebelum melakukan percobaan ini massa, panjang, jari-jari magnet batang dan perbandingan jumlah lilitan terhadap panjang lilitan (n/l) selenoid diukur terlebih dahulu. Kemudian alat tersebut disusun seperti gambar 2.2, solenoida diletakkan sejajar dengan sumbu utara – selatan medan magnet bumi dengan menggunakan kompas. Percobaan pertama, saklar dipasang  pada posisi sebelah kanan (arus positif). Transformator variabel diatur sehingga Amperemeter menunjukkan 0,2A. Disini dilakukan variasi arus 0,2A ;0,4A ;0,6A ;0,8A dan 1 A. Lalu periode osilasi magnet batang diukur untuk 20 kali osilasi. Lakukan hal sama untuk nilai variasi yang lainnya. Percobaan kedua, posisi saklar dipindahkan untuk kutub negatif dan diulangi praktikum untuk mengukur periode lagi.

III.   HASIL DAN DISKUSI

Percobaan medan magnet bumi menggunakan dua kutub arus, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Hasil yang didapatkan dari percobaan adalah :

Tabel 3.1 Kutub Positif (+)

NO	i (A)	t (s)	T (S)			M (A. )
1.	0,2	13,88	0,694	0,422	13,011	0,436	2,076
2.	0,4	09,88	0,494	0,844	12,399	0,872	4,097
3.	0,6	08,21	0,4105	1,266	11,533	1,308	5,934
4.	0,8	07,19	0,3595	1,688	10,833	1,743	7,737
5.	1	06,20	0,31	2,110	21,100	2,180	10,405

            Pada tabel ini diperoleh data bahwa magnet batang berosilasi kearah kiri, artinya osilasi pertama yang juga disebut sebagai amplitudo osilasi kearah kiri pengamat, kearah kiri tersebut dipengaruhi oleh medan induksi dan arus induksi yang mengalir pada kawat selenoida yang tegangannya bersumber dari catu daya dengan kutub positif.

Grafik (3.1): Hubungan arus terhadap perioda kuadrat positif

Berdasarkan hasil yang didapatkan maka dapat dilihat hubungan antara kuat arus listik dengan waktu dan perioda adalah berbanding terbalik. Namun, pada saat arus 0,4-0,6 A perioda yang dihasilkan konstan. Artinya, semakin besar kuat arus listrik maka waktu dan perioda yang dihasilkan semakin kecil. Sedangkan bila dibandingkan dengan medan magnet solenoida maka ditemukan hubungan yang sebaliknya. Dan semakin kecil perioda yang dihasilkan maka medan magnet bumi yang dihasilkan pada kutub positif ini juga semakin kecil.

Tabel 3.2  Kutub Negatif (-)

NO	i (A)	t (s)	T (S)			M (A. )
1.	0,2	18,87	0,9435	0,422	6,848	0,436	1,123
2.	0,4	11,97	0,5985	0,844	8,197	0,872	1,791
3.	0,6	08,74	0,437	1,266	10,018	1,308	5,236
4.	0,8	07,67	0,3835	1,688	9,331	1,743	6,799
5.	1	06,97	0,3485	2,110	8,547	2,180	8,233

Pada tabel ini diperoleh data bahwa magnet batang berosilasi kearah kanan, artinya osilasi pertama yang juga disebut sebagai amplitudo osilasi kearah kanan pengamat, kearah kanan tersebut dipengaruhi oleh medan induksi dan arus induksi yang mengalir pada kawat selenoida yang tegangannya bersumber dari catu daya dengan kutub negatif. Pada percobaan ini polarisasi dari catu daya dari catu daya sehingga arah amplitude osilasinya juga berubah.

Grafik (3.2): Hubungan arus terhadap perioda kuadrat negatif.

Hasil dari kutub negatif menunjukkan hubungan kuat arus listrik dengan waktu dan perioda yang sama dengan kutub positif. Ini artinya perbedaan kutub tidak mempengaruhi semua variabel yang ingin dicari dari percobaan.

            Perbandingan terbalik antara arus dengan waktu dan perioda sesuai dengan teori yang ada. Pada penelitian ini arus mempengaruhi osilasi dari magnet batang (objek yang waktu dan perioda getarannya dihitung). Pengaruhnya adalah kuat arus yang besar akan menyebabkan magnet batang bergetar dengan lebih cepat dari pada kuat arus yang kecil. Getaran yang cepat ini membutuhkan waktu dan perioda yang singkat.Medan magnet solenioda akan bertambah besar seiring bertambahnya arus. Hal ini karena kuat aruslah yang menimbulkan medan magnet pada lilitan kumparan solenoida.

Dari grafik di atas dapat disimpulkan bahwa hasil percobaan teliti karena nilai regresinya mendekati 1. Persamaan linear yang ada pada grafik menunjukkan bahwa ada besaran lain yang bisa ditentukan dari grafik tersebut. Besaran tersebut adalah medan magnet solenoida.Selanjutnya, dari hasil percobaan diketahui magnet batang berkutub(+) ketika arah osilasi pertamanya ke kiri, sebaliknya untuk kutub negatif apabila magnet batang mengarah ke kanan.

IV.    KESIMPULAN

Dari hasil percobaan, dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain : medan magnet dihasilkan oleh arus yang mengalir pada kumparan dan besarnya kuat arus berbanding terbalik dengan waktu dan perioda yang dibutuhkan oleh magnet batang untuk bergetar, serta besarnya medan magnet bumi yang diperoleh dari hasil percobaan lebih besar dari nilai pada literaturnya.

V.       UCAPAN TERIMA KASIH

Praktikan mengucapkan terimakasih kepada Bapak Kepala Laboratorium Fisika Lanjut yang telah memberi izin untuk melakukan praktikum. Serta  pihak-pihak yang telah membantu proses percobaan hingga pembuatan jurnal ini. Kepada kakak Ira Fentaselaku asisten yang mengarahkan proses penelitian sekaligus acc jurnal, dan terima kasih kepada Inez dan Ayu sekalu rekan kerja selama proses percobaan.

DAFTAR PUSTAKA

Muttaqin,Afdhal., 2015, Modul Praktikum Eksperimen I, Padang : Jurusan Fisika.

Rahmadani, Wira, 2012, ILMU ALAM, 1 September 2015, http:// Medan medan Magnet                   
            Bumi ilmu Atom, html1

Team, 2005, Laporan Praktikum Listrik, Laboratotium Elektromagnetik Fisika UM: Malang

Wikipedia. 2015. Medan Magnetik Bumi. Indonesia.

https://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnetik_bumi, diakses 1 September 2015