ELEKTROMAGNET: KOMPOSISI, BAGIAN, CARA KERJANYA, DAN APLIKASI - FISIK - 2025

Sebuah elektromagnet adalah perangkat yang menghasilkan magnet dari arus listrik. Jika arus listrik berhenti, maka medan magnet juga ikut menghilang. Pada tahun 1820 ditemukan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet di lingkungannya. Empat tahun kemudian elektromagnet pertama ditemukan dan dibangun.

Elektromagnet pertama terdiri dari tapal kuda besi yang dicat dengan pernis isolasi, dan delapan belas putaran kawat tembaga tanpa isolasi listrik dililitkan di atasnya.

Gambar 1. Elektromagnet. Sumber: pixabay

Elektromagnet modern dapat memiliki berbagai bentuk tergantung pada penggunaan akhir yang akan diberikan; dan kabellah yang diisolasi dengan pernis dan bukan inti besinya. Bentuk paling umum dari inti besi adalah silinder, tempat kawat tembaga berinsulasi dililitkan.

Anda dapat membuat elektromagnet hanya dengan belitan yang menghasilkan medan magnet, tetapi inti besi mengalikan intensitas medan.

Ketika arus listrik melewati belitan elektromagnet, inti besi menjadi termagnetisasi. Artinya, momen magnet intrinsik dari material menyelaraskan dan menambah, mengintensifkan medan magnet total.

Magnetisme seperti itu telah dikenal setidaknya sejak 600 SM, ketika Thales of Miletus dari Yunani berbicara secara rinci tentang magnet. Magnetit, mineral besi, menghasilkan magnet secara alami dan permanen.

Keuntungan elektromagnet

Keuntungan elektromagnet yang tidak diragukan lagi adalah bahwa medan magnet dapat dibentuk, ditingkatkan, dikurangi, atau dihilangkan dengan mengendalikan arus listrik. Saat membuat magnet permanen, diperlukan elektromagnet.

Sekarang mengapa ini terjadi? Jawabannya adalah bahwa magnet adalah intrinsik materi seperti halnya listrik, tetapi kedua fenomena hanya terwujud dalam kondisi tertentu.

Namun sumber medan magnet dapat dikatakan berupa muatan listrik yang bergerak atau arus listrik. Di dalam materi, pada tingkat atom dan molekuler, arus-arus ini dihasilkan yang menghasilkan medan magnet ke segala arah yang saling meniadakan. Inilah sebabnya mengapa bahan biasanya tidak menunjukkan magnet.

Cara terbaik untuk menjelaskannya adalah dengan berpikir bahwa magnet kecil (momen magnet) ditempatkan di dalam materi yang mengarah ke segala arah, sehingga efek makroskopisnya dibatalkan.

Pada material feromagnetik, momen magnet dapat menyelaraskan dan membentuk daerah yang disebut domain magnet. Ketika bidang eksternal diterapkan, domain ini sejajar.

Saat bidang eksternal dihapus, domain ini tidak kembali ke posisi acak semula, tetapi tetap sejajar. Dengan cara ini material menjadi magnet dan membentuk magnet permanen.

Komposisi dan bagian elektromagnet

Elektromagnet terdiri dari:

- Gulungan kabel yang diisolasi dengan pernis.

- Inti besi (opsional).

- Sumber arus, yang bisa langsung atau bolak-balik.

Gambar 2. Bagian-bagian elektromagnet. Sumber: buatan sendiri.

Belitan adalah konduktor yang dilalui arus yang menghasilkan medan magnet dan dililitkan dalam bentuk pegas.

Dalam belokan, belokan atau belokan biasanya sangat berdekatan. Itulah sebabnya sangat penting bahwa kawat yang digunakan untuk membuat belitan memiliki isolasi listrik, yang dicapai dengan pernis khusus. Tujuan dari varnishing adalah bahwa bahkan ketika belokan dikelompokkan bersama dan saling bersentuhan, mereka tetap terisolasi secara elektrik dan arus melanjutkan jalur spiral.

Semakin tebal konduktor belitan, semakin banyak arus yang akan ditahan kabel, tetapi membatasi jumlah putaran yang dapat dililitkan. Karena alasan inilah banyak kumparan elektromagnet menggunakan kabel tipis.

Medan magnet yang dihasilkan akan sebanding dengan arus yang melewati konduktor belitan dan juga sebanding dengan massa jenis belitan. Ini berarti semakin banyak belokan per satuan panjang ditempatkan, semakin besar intensitas medan.

Semakin ketat belitan belitan, semakin besar angka yang sesuai dalam panjang tertentu, meningkatkan kerapatannya dan karenanya medan yang dihasilkan. Ini adalah alasan lain mengapa elektromagnet menggunakan kabel yang diisolasi dengan pernis, bukan plastik atau bahan lain, yang akan menambah ketebalan.

Solenoid

Dalam elektromagnet solenoida atau silinder seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, intensitas medan magnet akan diberikan oleh hubungan berikut:

B = μ⋅n⋅I

Di mana B adalah medan magnet (atau induksi magnetik), yang dalam satuan sistem internasional diukur dalam Tesla, μ adalah permeabilitas magnetis inti, n adalah kepadatan lilitan atau jumlah lilitan per meter dan terakhir arus I yang bersirkulasi melalui belitan yang diukur dalam amp (A).

Permeabilitas magnetis inti besi bergantung pada paduannya dan biasanya antara 200 dan 5000 kali permeabilitas udara. Medan yang dihasilkan dikalikan dengan faktor yang sama ini sehubungan dengan medan elektromagnet tanpa inti besi. Permeabilitas udara kira-kira sama dengan permeabilitas vakum, yaitu μ ₀ = 1,26 × 10 ^-6 T * m / A.

Bagaimana cara kerjanya?

Untuk memahami pengoperasian elektromagnet, perlu dipahami fisika magnetisme.

Mari kita mulai dengan kabel lurus sederhana yang membawa arus I, arus ini menghasilkan medan magnet B di sekitar kabel.

Gambar 3. Medan magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus. Sumber: Wikimedia Commons

Garis medan magnet di sekitar kabel lurus adalah lingkaran konsentris di sekitar kabel timah. Garis-garis medan sesuai dengan aturan 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 dari kawat lurus

Medan magnet akibat kawat lurus pada jarak r darinya adalah:

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 loop atau lingkaran, bidang lebih intens daripada di bagian luar, di mana garis-garis bidang terpisah dan melemah.

Gambar 4. Medan magnet yang dihasilkan oleh kawat dalam bentuk lingkaran. Sumber: Wikimedia Commons

Medan magnet di tengah lingkaran

Medan magnet yang dihasilkan di pusat lingkaran dengan radius a membawa arus I adalah:

Efeknya berlipat ganda jika setiap kali kita membengkokkan kabel sehingga memiliki dua, tiga, empat, … dan banyak belokan. Ketika kita melilitkan kabel dalam bentuk pegas dengan putaran yang sangat dekat, medan magnet di dalam pegas itu seragam dan sangat kuat, sedangkan di luarnya praktis nol.

Misalkan kita melilitkan kabel dalam bentuk spiral 30 putaran dengan panjang 1 cm dan diameter 1 cm. Ini memberikan kepadatan putaran 3000 putaran per meter.

Medan magnet solenoida yang ideal

Dalam solenoida yang ideal, medan magnet di dalamnya diberikan oleh:

Meringkas, perhitungan kami untuk kabel yang membawa arus 1 ampere dan menghitung medan magnet dalam mikroteslas, selalu berjarak 0,5 cm dari kabel dalam konfigurasi yang berbeda:

1. Kabel lurus: 40 mikroteslas.
2. Kabel berbentuk lingkaran dengan diameter 1 cm: 125 mikroteslas.
3. Spiral 300 putaran dalam 1 cm: 3770 mikroteslas = 0,003770 Tesla.

Tetapi jika kita menambahkan inti besi pada spiral dengan permitivitas relatif 100, maka medan dikalikan 100 kali, yaitu 0,37 Tesla.

Juga dimungkinkan untuk menghitung gaya yang diberikan oleh elektromagnet dalam bentuk solenoida pada bagian inti besi penampang A:

Dengan asumsi medan magnet saturasi 1,6 Tesla, gaya per meter persegi luas inti besi yang diberikan oleh elektromagnet akan menjadi 10 ^ 6 Newton setara dengan 10 ^ 5 Kilogram gaya, yaitu 0,1 ton per meter persegi penampang.

Ini berarti elektromagnet dengan medan saturasi 1,6 Tesla memberikan gaya 10 kg pada inti besi dengan penampang 1 cm ² .

Aplikasi Elektromagnet

Elektromagnet adalah bagian dari banyak gadget dan perangkat. Misalnya, mereka ada di dalam:

- Motor listrik.

- Alternator dan dinamo.

- Pembicara.

- Relai atau sakelar elektromekanis.

- Bel listrik.

- Katup solenoid untuk kontrol aliran.

- Hard drive komputer.

- Derek pengangkat besi tua.

- Pemisah logam dari sampah perkotaan.

- Rem listrik untuk kereta dan truk.

- Mesin pencitraan resonansi magnetik nuklir.

Dan masih banyak lagi perangkat lainnya.

Referensi

1. García, F. Medan Magnet. Diperoleh dari: www.sc.ehu.es
2. Tagueña, J. dan Martina, E. Magnetism. Dari kompas hingga putaran. Diperoleh dari: Bibliotecadigital.ilce.edu.mx.
3. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14. Ed. Volume 2. 921-954.
4. Wikipedia. Elektromagnet. Diperoleh dari: wikipedia.com
5. Wikipedia. Elektromagnet. Diperoleh dari: wikipedia.com
6. Wikipedia. Magnetisasi. Diperoleh dari: wikipedia.com