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)
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)
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)
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)
(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
Bumi ilmu Atom, html1
Team, 2005, Laporan Praktikum Listrik, Laboratotium
Elektromagnetik Fisika UM: Malang
Wikipedia. 2015. Medan Magnetik Bumi. Indonesia.
lengkap infonya sangat membantu
ReplyDeletepengawet makanan