Elektromagnet adalah alat yang dapat menghasilkan medan magnet dengan menggunakan arus listrik. Elektromagnet terbuat dari beberapa komponen, yaitu inti besi atau ferit, kumparan, dan sumber arus listrik.
Inti besi atau ferit pada elektromagnet bertugas untuk menjadi jalur arus listrik dan meningkatkan kekuatan medan magnet. Kumparan pada elektromagnet bertugas untuk menghantarkan arus listrik ke inti besi atau ferit. Sumber arus listrik pada elektromagnet dapat berupa baterai, generator, atau transformator.
Elektromagnet dapat digunakan dalam beberapa aplikasi, seperti pembuatan motor listrik, generator, dan alat pengukuran. Elektromagnet dapat juga digunakan dalam pengolahan data dan pengolahan informasi.
Untuk mengukur elektromagnet, dapat digunakan beberapa alat, seperti multimeter, oscilloscope, dan tester arus listrik. Alat tersebut dapat mengukur sifat fisik dan kimiawi dari elektromagnet dan dapat digunakan dalam beberapa aplikasi, seperti pembuatan motor listrik, generator, dan alat pengukuran.
Untuk mengoptimalkan pengukuran elektromagnet, dapat dilakukan beberapa langkah, seperti menggunakan alat yang tepat, menggunakan metode yang tepat, dan menggunakan standar yang tepat. Selain itu, pemerintah dan masyarakat juga dapat bekerjasama dalam melakukan pengelolaan yang baik dan benar terhadap penggunaan alat, metode, dan standar yang digunakan dalam pengukuran elektromagnet.
Elektromagnet dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti arus listrik, inti besi atau ferit, dan kumparan. Misalnya, elektromagnet dapat meningkatkan kekuatan medan magnet jika arus listrik yang mengalir pada kumparan meningkat. Elektromagnet dapat juga menurun kekuatan medan magnet jika inti besi atau ferit yang digunakan berkurang atau rusak.
Untuk mengatasi masalah yang timbul akibat elektromagnet, dapat dilakukan beberapa langkah, seperti menggunakan alat yang tepat, menggunakan metode yang tepat, dan menggunakan standar yang tepat. Selain itu, pemerintah dan masyarakat juga dapat bekerjasama dalam melakukan pengelolaan yang baik dan benar terhadap penggunaan alat, metode, dan standar yang digunakan dalam mengatasi masalah yang timbul akibat elektromagnet.
Pengertian
Elektromagnet adalah perangkat yang menghasilkan magnet dari arus listrik. Jika arus listrik berhenti, maka medan magnet juga hilang. Pada tahun 1820 ditemukan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Empat tahun kemudian elektromagnet pertama ditemukan dan dibuat.
Elektromagnet pertama terdiri dari tapal kuda besi yang dicat dengan pernis isolasi, dan delapan belas putaran kawat tembaga tanpa isolasi listrik dililitkan di sekitarnya.
Gambar 1. Elektromagnet. Sumber: pixabay
Elektromagnet cararn dapat memiliki berbagai bentuk tergantung pada penggunaan akhir yang akan diberikan kepada mereka; dan itu adalah kabel yang diisolasi dengan pernis dan bukan inti besi. Bentuk inti besi yang paling umum adalah silinder, di mana kawat tembaga berinsulasi dililit.
Elektromagnet dapat dibuat hanya dengan belitan yang menghasilkan medan magnet, tetapi inti besi mengalikan intensitas medan.
Ketika arus listrik melewati belitan elektromagnet, inti besi menjadi magnet. Artinya, momen magnetik intrinsik material sejajar dan bertambah, mengintensifkan medan magnet total.
Magnetisme seperti itu telah dikenal setidaknya sejak 600 SM, ketika Yunani Thales of Miletus berbicara secara rinci tentang magnet. Magnetit, mineral besi, menghasilkan magnet secara alami dan permanen.
Keuntungan dari elektromagnet:
Keuntungan yang tidak diragukan dari elektromagnet adalah medan magnet dapat dibentuk, ditingkatkan, dikurangi atau dihilangkan dengan mengendalikan arus listrik. Saat membuat magnet permanen, elektromagnet diperlukan.
Sekarang mengapa ini terjadi? Jawabannya adalah bahwa magnetisme bersifat intrinsik pada materi seperti halnya listrik, tetapi kedua fenomena tersebut hanya terwujud dalam kondisi tertentu.
Akan tetapi, sumber medan magnet tersebut dapat dikatakan berupa muatan listrik atau arus listrik yang bergerak. Di dalam materi, pada tingkat atom dan molekul, arus ini dihasilkan yang menghasilkan medan magnet ke segala arah yang saling meniadakan. Inilah sebabnya mengapa bahan biasanya tidak menunjukkan kemagnetan.
Cara terbaik untuk menjelaskannya adalah dengan berpikir bahwa magnet kecil (momen magnetik) ditempatkan di dalam materi yang mengarah ke segala arah, sehingga efek makroskopiknya dibatalkan.
Pada bahan feromagnetik, momen magnetik dapat sejajar dan membentuk daerah yang disebut domain magnetik . Saat bidang eksternal diterapkan, domain ini disejajarkan.
Ketika bidang eksternal dihapus, domain ini tidak kembali ke posisi acak aslinya, tetapi sebagian tetap sejajar. Dengan cara ini bahan menjadi magnet dan membentuk magnet permanen.
Komposisi dan bagian dari elektromagnet
Elektromagnet terdiri dari:
- – Gulungan kabel yang diisolasi dengan pernis.
- – Inti besi (opsional).
- – Sumber arus, yang dapat langsung atau bolak-balik.
Gambar 2. Bagian-bagian dari elektromagnet. Sumber: buatan sendiri.
Belitan adalah konduktor yang dilalui arus yang menghasilkan medan magnet dan dililit dalam bentuk pegas.
Dalam belitan, belokan atau belokan biasanya sangat berdekatan. Itulah mengapa sangat penting bahwa kabel yang digunakan untuk membuat belitan memiliki insulasi listrik, yang dicapai dengan pernis khusus. Tujuan dari pernis adalah bahwa bahkan ketika kumparan dikelompokkan bersama dan saling menyentuh, mereka tetap terisolasi secara elektrik dan arus terus berputar.
Semakin tebal konduktor belitan, semakin besar arus yang akan ditahan kabel, tetapi membatasi jumlah total belitan yang dapat dililitkan. Karena alasan inilah banyak kumparan elektromagnet menggunakan kawat tipis.
Medan magnet yang dihasilkan akan sebanding dengan arus yang melewati penghantar belitan dan juga sebanding dengan rapatan lilitan. Artinya semakin banyak lilitan per satuan panjang yang ditempatkan, semakin besar intensitas medannya.
Semakin ketat belitannya, semakin besar jumlah yang akan muat dalam panjang tertentu, meningkatkan kerapatannya dan oleh karena itu medan yang dihasilkan. Ini adalah alasan lain mengapa elektromagnet menggunakan kabel yang diisolasi dengan pernis daripada plastik atau bahan lain, yang akan menambah ketebalan.
solenoida
Dalam elektromagnet solenoida atau silinder seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, intensitas medan magnet akan diberikan oleh hubungan berikut:
B = n⋅I
Dimana B adalah medan magnet (atau induksi magnetik), yang dalam satuan sistem internasional diukur dalam Tesla, adalah permeabilitas magnetik inti, n adalah kerapatan putaran atau jumlah putaran per meter dan terakhir arus I yang berperedaran melalui belitan yang diukur dalam ampere (A).
Permeabilitas magnetik inti besi tergantung pada paduannya dan biasanya antara 200 dan 5000 kali permeabilitas udara. Medan yang dihasilkan dikalikan dengan faktor yang sama sehubungan dengan medan elektromagnet tanpa inti besi. Permeabilitas udara kira-kira sama dengan permeabilitas vakum, yaitu 0 = 1,26 × 10 -6 T * m / A.
Bagaimana cara kerjanya?
Untuk memahami cara kerja elektromagnet, perlu memahami fisika magnet.
Mari kita mulai dengan kawat lurus sederhana yang membawa arus I, arus ini menghasilkan medan magnet B di sekitar kawat.
Gambar 3. Medan magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus. Sumber: Wikimedia Commons
Garis-garis medan magnet di sekitar kawat lurus adalah lingkaran konsentris di sekitar kawat timah. Garis-garis medan sesuai dengan kaidah tangan kanan, yaitu jika ibu jari tangan kanan menunjuk ke arah arus, keempat jari tangan kanan lainnya akan menunjukkan arah pergerakan garis-garis medan magnet.
Medan magnet pada kawat lurus
Medan magnet yang disebabkan oleh kawat lurus pada jarak r darinya adalah:
Ini berarti bahwa jarak setengah sentimeter dari konduktor medan magnet adalah 40 sepersejuta Tesla, dengan urutan yang sama dengan medan magnet bumi.
Misalkan kita membengkokkan kabel sehingga membentuk lingkaran atau loop, maka garis-garis medan magnet di bagian dalamnya bersatu menunjuk semua ke arah yang sama, menambah dan memperkuat. Di bagian dalam lingkaran atau lingkaran medannya lebih kuat daripada di bagian luar, di mana garis-garis medan terpisah dan melemah.
Gambar 4. Medan magnet yang dihasilkan oleh kawat dalam lingkaran. Sumber: Wikimedia Commons
Medan magnet di tengah lingkaran
Medan magnet yang dihasilkan di pusat lingkaran berjari – jari a yang dialiri arus I adalah:
Ini berarti bahwa di tengah lingkaran berdiameter satu sentimeter, medan magnetnya akan menjadi 125,7 juta Tesla. Nilai-nilai ini menunjukkan bahwa efek menekuk konduktor secara melingkar memperkuat medan magnet di pusat lingkaran, yang masih 0,5 cm dari konduktor.
Efeknya berlipat ganda jika setiap kali kita menekuk kabel sehingga memiliki dua, tiga, empat,… dan banyak putaran. Ketika kita melilitkan kabel dalam bentuk pegas dengan gulungan yang sangat dekat, medan magnet di dalam pegas seragam dan sangat kuat, sedangkan di luar praktis nol.
Misalkan kita melilitkan kabel dalam bentuk spiral sebanyak 30 lilitan dengan panjang 1 cm dan diameter 1 cm. Ini memberikan kerapatan putaran 3000 putaran per meter.
Medan magnet solenoid ideal
Dalam solenoida ideal medan magnet di dalamnya diberikan oleh:
Ini berarti bahwa medan magnet meningkat menjadi sekitar 37700 juta Tesla.
Ringkasnya, perhitungan kita untuk kabel yang membawa arus 1 ampere dan menghitung medan magnet dalam mikroteslas, selalu berjarak 0,5 cm dari kabel dalam konfigurasi yang berbeda:
- Kabel lurus: 40 mikroteslas.
- Kabel dalam lingkaran berdiameter 1 cm: 125 mikroteslas.
- Spiral 300 putaran dalam 1 cm: 3770 mikroteslas = 0,003770 Tesla.
Tetapi jika kita menambahkan inti besi dengan permitivitas relatif 100 pada spiral, maka medan dikalikan 100 kali, yaitu 0,37 Tesla.
Dimungkinkan juga untuk menghitung gaya yang diberikan oleh elektromagnet solenoida pada bagian inti besi penampang A :
Bahan feromagnetik memiliki ciri-ciri bahwa medan magnet B jenuh pada nilai maksimum tertentu. Di inti besi dengan permeabilitas tertinggi, nilai ini antara 1,6 dan 2 Tesla.
Dengan asumsi medan magnet jenuh sebesar 1,6 Tesla, gaya per meter persegi luas inti besi yang diberikan oleh elektromagnet akan menjadi 10 ^ 6 Newton setara dengan gaya 10 ^ 5 Kilogram, yaitu 0,1 ton per meter persegi penampang.
Ini berarti bahwa sebuah elektromagnet dengan medan saturasi 1,6 Tesla memberikan gaya 10 kg pada inti besi dengan penampang 1 cm 2 .
Kegunaan Elektromagnet
Elektromagnet adalah bagian dari banyak gadget dan perangkat. Misalnya, mereka hadir di dalam:
- – Motor listrik.
- – Alternator dan dinamo.
- – Mikrofon.
- – Relai atau sakelar elektromekanis.
- – Lonceng listrik.
- – Katup solenoida untuk kontrol aliran.
- – Hardisk komputer.
- – Derek pengangkat logam bekas.
- – Pemisah logam dari sampah perkotaan.
- – Rem listrik untuk kereta api dan truk.
- – Mesin pencitraan resonansi magnetik nuklir.
Dan masih banyak lagi perangkat lainnya.
Referensi
- Garcia, F. Medan Magnet. Dipulihkan dari: www.sc.ehu.es
- Tagueña, J. dan Martina, E. Magnetisme. Dari kompas ke putaran. Dipulihkan dari: Bibliotecadigital.ilce.edu.mx.
- Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Edisi Volume 2. 921-954.
- Wikipedia. elektromagnetik. Dipulihkan dari: wikipedia.com
- Wikipedia. elektromagnetik. Dipulihkan dari: wikipedia.com
- Wikipedia. Magnetisasi. Dipulihkan dari: wikipedia.com