Kelas IX_SMP_IPA_Sukis Wariyono

Buktikan bahwa kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutubselatan bumi, sebaliknya dengan kutub selatan magnet bumi. Tujuan Pembelajaran D. MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS Tujuan belajarmu adalah LISTRIK dapat: Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukan menjelaskan sifat secara tidak sengaja oleh Hans Christian Oersted (1770-1851), ke- medan magnet di tika akan memberikan kuliah bagi mahasiswa. Oersted menemukan sekitar kawat berarus bahwa di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akan listrik. bergerak (menyimpang). Penyimpangan magnet jarum kompas akan makin besar jika kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat Arah penyimpangan diperbesar. Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arusmagnet jarum kompas listrik yang mengalir dalam kawat.ketika berada di sekitararus listrik dapat diterang- Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidakkan sebagai berikut. dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi. Anggaplah arus listrikterletak di antara telapak Perubahan arah arus listrik ternyata juga memengaruhitangan kanan dan magnet perubahan arah penyimpangan jarum kompas. Perubahan jarumjarum kompas. Jika arus kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.listrik searah dengankeempat jari, kutub utara Bagaimanakah menentukan arah medan magnet di sekitarmagnet jarum akan me- penghantar berarus listrik?nyimpang sesuai ibu jari.Cara penentuan arah sim- Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompaspangan magnet jarum kom- dari kutub selatan menuju kutub utara, kutub utara jarum kompaspas demikian disebut kai- menyimpang berlawanan dengan arah putaran jarum jam.dah telapak tangan kanan. Jika arah arus listrik mengalir sejajar dengan jarum kompas dari kutub utara menuju kutub selatan, kutub utara jarum kompas menyimpang searah dengan arah putaran jarum jam. II U SU S S Gambar 11.17 Arah penyimpangan kutub utara jarum jam kompas di sekitar kawat berarus194 Mari BIAS 3

1. Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik Gejala penyimpangan magnet jarum di sekitar arus listrikmembuktikan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Arah medan magnet yang ditimbulkan arus listrik dapat di-terangkan melalui aturan atau kaidah berikut. Anggaplah suatu peng-hantar berarus listrik digenggam tangan kanan. Perhatikan Gambar11.18. Jika arus listrik searah ibu jari, arah medan magnet yang tim-bul searah keempat jari yang menggenggam. Kaidah yang demikiandisebut kaidah tangan kanan menggenggam. II I S Gambar 11.18 Kaidah tangan kanan menggenggamRancanglah suatu kegiatan untuk membuktikan adanya medan mag-net di sekitar penghantar berarus listrik. Peralatan yang tersediaantara lain serbuk besi, penghantar, kertas, dan baterai. Gambarlahsketsa model kegiatanmu.2. Solenoida Pada uraian sebelumnya kamu sudah mempelajari medanmagnet yang timbul pada penghantar lurus. Bagaimana jika peng-hantarnya melingkar dengan jumlah banyak? Sebuah penghantarmelingkar jika dialiri arus listrik akan menghasilkan medan listrikseperti Gambar 11.19.Penghantar melingkar yang berbentuk kumparan panjangdisebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoidaakan lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah penghantar IImelingkar, apalagi oleh sebuah penghantar lurus. Tahukah kamumengapa demikian? S Gambar 11.19 Medan mag-Jika solenoida dialiri arus listrik maka akan menghasilkan net penghantar melingkarmedan magnet. Medan magnet yang dihasilkan solenoida beraruslistrik bergantung pada kuat arus listrik dan banyaknya kumparan.Garis-garis gaya magnet pada solenoida merupakan gabungan darigaris-garis gaya magnet dari kawat melingkar. Gabungan itu akanmenghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet U Ssebuah magnet batang yang panjang. Kumparan seolah-olahmempunyai dua kutub, yaitu ujung yang satu merupakan kutub S Gambar 11.20 Arah garis-utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan. garis gaya magnet pada solenoida Kemagnetan 195

1. Apakah pengaruh arah arus listrik 4. Tentukan letak kutub utara dan selatan terhadap arah medan magnet? gambar solenoida berarus listrik ber- ikut.2. Bagaimanakah pola medan magnet dari kawat berarus listrik? a. b. karton3. Di manakah titik yang memiliki medan karton magnet paling kuat pada kawat me- lingkar berarus listrik? A BP QTujuan Pembelajaran E. ELEKTROMAGNETTujuan belajarmu adalah Masih ingatkah kamu cara membuat magnet menggunakandapat: arus listrik? Di bagian ini kamu akan lebih mendalami tentang magnet listrik tersebut. Magnet listrik atau elektromagnet sangat eratmenjelaskan cara kerja hubungannya dengan solenoida.elektromagnet dan pene-rapannya dalam bebera- Medan magnet yang dihasilkan oleh solenoida berarus listrikpa teknologi. tidak terlalu kuat. Agar medan magnet yang dihasilkan solenoida berarus listrik bertambah kuat, maka di dalamnya harus dimasukkan inti besi lunak. Besi lunak merupakan besi yang tidak dapat dibuat menjadi magnet tetap. Solenoida berarus listrik dan dilengkapi de- ngan besi lunak itulah yang dikenal sebagai elektromagnet. 1. Faktor yang Memengaruhi Kekuatan Elektromagnet Apakah yang memengaruhi besar medan magnet yang di- hasilkan elektromagnet? Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi. Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang menga- lir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medan magnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besi yang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalam solenoida, makin besar medan magnet yang dihasilkan elektro- magnet. Jadi kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung besar kuat arus yang mengalir, jumlah lilitan, dan besar inti besi yang digunakan. Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama de- ngan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektro- magnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.196 Mari BIAS 3

Dibandingkan magnet biasa, elektromagnet banyak mempu- Kekuatan elektromagnetnyai keunggulan. Karena itulah elektromagnet banyak digunakan akan bertambah, jika:dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa keunggulan elektromagnet a. arus yang melalui kum-antara lain sebagai berikut. paran bertambah,a. Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai b. jumlah lilitan diperba- yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi. nyak, c. memperbesar/memper-b. Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan de- ngan cara memutus dan menghubungkan arus listrik meng- panjang inti besi. gunakan sakelar.c. Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebu- tuhan yang dikehendaki.d. Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah arah arus listrik.1. Apakah yang dimaksud elektromagnet?2. Sebutkan tiga cara memperbesar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet.2. Kegunaan Elektromagnet Beberapa peralatan sehari-hari yang menggunakan elektro-magnet antara lain seperti berikut.a. Bel listrik Bel listrik terdiri atas dua elektromagnet dengan setiap sole-noida dililitkan pada arah yang berlawanan (perhatikan Gambar11.21). Apabila sakelar ditekan, arus listrik akan mengalir melaluisolenoida. Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepinganbesi lentur dan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkanbunyi. Tarikan kepingan besi lentur oleh elektromagnet akan me-misahkan titik sentuh dan sekrup pengatur yang berfungsi sebagaiinteruptor. Arus listrik akan putus dan teras besi hilang kemag-netannya. Kepingan besi lentur akan kembali ke kedudukan semula.Teras besi akan menjadi magnet dan menarik kepingan besi lenturdan pengetuk akan memukul bel (lonceng) menghasilkan bunyikembali. Proses ini berulang-ulang sangat cepat dan bunyi loncengterus terdengar.b. Relai Relai berfungsi sebagai sakelar untuk menghubungkan ataumemutuskan arus listrik yang besar pada rangkaian lain denganmenggunakan arus listrik yang kecil. Ketika sakelar S ditutup arus Kemagnetan 197

listrik kecil mengalir pada kumparan. Teras besi akan menjadi magnet (elektromagnet) dan menarik kepingan besi lentur. Titik sentuh C akan tertutup, menyebabkan rangkaian lain yang mem- bawa arus besar akan tersambung. Apabila sakelar S dibuka, teras besi hilang kemagnetannya, keping besi lentur kembali ke kedudukan semula. Titik sentuh C terbuka dan rangkaian listrik lain terputus.gong palu titik sentuh C titik kontaksekrup kuningan kepingan besi S kumparanyang dapat diatur lentur selpegas kontak dari bajaarmatur dari besi lunak S Gambar 5.22 Diagram relaielektromagnet Sumber: Jendela Iptek, 2001 S Gambar 5.21 Susunan bel listrik c. Telepon Telepon terdiri dari dua bagian yaitu bagian pengirim (mikrofon) dan bagian penerima (telepon). Prinsip kerja bagian mikrofon adalah mengubah gelombang suara menjadi getaran- getaran listrik. Pada bagian pengirim ketika seseorang berbicara akan menggetarkan diafragma aluminium. Serbuk-serbuk karbon yang terdapat pada mikrofon akan tertekan dan menyebabkan hambatan serbuk karbon mengecil. Getaran yang berupa sinyal listrik akan mengalir melalui rangkaian listrik. Prinsip kerja bagian telepon adalah mengubah sinyal listrik menjadi gelombang bunyi. Sinyal listrik yang dihasilkan mikrofon diterima oleh pesawat telepon. Apabila sinyal listrik berubah-ubah mengalir pada kumparan, teras besi akan menjadi elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah (perhatikan Gambar 11.23). Dia- fragma besi lentur di hadapan elektromagnet akan ditarik dengan gaya yang berubah-ubah. Hal ini menyebabkan diafragma bergetar. Getaran diafragma memengaruhi udara di hadapannya, sehingga udara akan dimampatkan dan direnggangkan. Tekanan bunyi yang dihasilkan sesuai dengan tekanan bunyi yang dikirim melalui mi- krofon.198 Mari BIAS 3

d. Katrol Listrik Elektromagnet yang besar digunakan untuk mengangkatsampah logam yang tidak terpakai. Apabila arus dihidupkan katrollistrik akan menarik sampah besi dan memindahkan ke tempat yangdikehendaki. Apabila arus listrik dimatikan, sampah besi akan jatuh.Dengan cara ini sampah yang berupa tembaga, aluminium, dan sengdapat dipisahkan dengan besi.Kebaikan katrol listrik adalah:a. mampu mengangkat sampah besi dalam jumlah besarb. dapat mengangkat/memindahkan bongkahan besi yang tanpa rantaic. membantu memisahkan antara logam feromagnetik dan bukan feromagnetik.teras besi lembutmagnet tetap diafragma bunyi solenoidS Gambar 11.23 Susunan telepon Sumber: IPP, 2002 S Gambar 11.24 Katrol listrik1. Mengapa menambah jumlah lilitan da- 2. Bagaimana cara penentuan elektro- pat menghasilkan kemagnetan yang le- magnet? bih besar? F. GAYA LORENTZ Tujuan Pembelajaran Di depan telah dijelaskan bahwa kawat berarus listrik Tujuan belajarmu adalahmenimbulkan medan magnet. Apakah yang terjadi jika kawat berarus dapat:listrik berada dalam medan magnet tetap? $ menemukan peng- Interaksi medan magnet dari kawat berarus dengan medanmagnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa ini gunaan gaya Lo-terdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gaya rentz pada bebera-magnet. Hubungan besaran-besaran itu ditemukan oleh fisikawan pa alat listrik sehari-hari. $ menyadari penting- nya pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi Kemagnetan 199

Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853–1928). Dalam penyelidikan- nya Lorentz menyimpulkan bahwa besar gaya yang ditimbulkan berbanding lurus dengan kuat arus, kuat medan magnet, panjang kawat dan sudut yang dibentuk arah arus listrik dengan arah medan magnet. Untuk menghargai jasa penemuan H.A. Lorentz, gaya tersebut disebut gaya Lorentz. Apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan. F = B×I ×l Dengan: F = gaya Lorentz satuan newton (N) B = kuat medan magnet satuan tesla (T). l = panjang kawat satuan meter (m) I = kuat arus listrik satuan ampere (A) Berdasarkan rumus di atas tampak bahwa apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz bergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar.Kawat panjangnya 2 m Penyelesaian:berada tegak lurus dalammedan magnet 20 T. Jika Diketahui: l = 2 mkuat arus listrik yangmengalir 400 mA, B = 20 Tberapakah besar gayaLorentz yang dialami I = 400 mA = 0,4 mkawat? Ditanya: F = ... ? Jawab: F = l × I × B = 2 × 0,4 × 20 = 16 N Arah gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arah medan magnet. Untuk menentukan arah gaya Lorentz digunakan kaidah atau aturan tangan kanan. Caranya rentangkan ketiga jari yaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian hingga mem- bentuk sudut 900 (saling tegak lurus). Jika ibu jari menunjukan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (B) maka arah gaya Lorentz searah jari tengah (F). Dalam bentuk tiga dimensi, arah yang tegak lurus mendekati pembaca diberi simbol . Adapun arah yang tegak lurus menjauhi pembaca diberi simbol × . Perhatikan Gambar 11.26.200 Mari BIAS 3

ibu jari (arah arus) Y –Z jari telunjuk (medan I = arah ibu jari magnet) B = arah jari telunjuk B F = arah jari tengahjari tengah (arah –X Xgaya Lorentz) Z F I –Y B FIS Gambar 11.25 Menentukan arah gaya S Gambar 11.26 Arah gaya LorentzLorentz dengan kaidah tangan kanan digambarkan pada tiga dimensi Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalammedan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapatmengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat yang menerapkangaya Lorentz adalah motor listrik dan alat-alat ukur listrik. Motorlistrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dankomputer. Adapun, contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter,voltmeter, dan ohmmeter.1. Sebutkan tiga cara memperbesar gaya 3. Tentukan arah gaya Lorentz gambar Lorentz yang ditimbulkan kawat ber- berikut. arus dalam medan magnet. a. I B2. Berdasarkan gambar berikut, tentukan besarnya gaya Lorentz. (I = 4 A, b. B B = 8 T, l = 10 m) I I B c. × F B1. Gaya tarik magnet yang paling kuat berada pada ujung-ujungnya. Ujung magnet itu disebut kutub magnet.2. Ada tiga cara membuat magnet yaitu menggosok dengan magnet tetap, induksi, dan menggunakan arus listrik. Kemagnetan 201

3. Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet yang masih memiliki pengaruh gaya tarik atau gaya tolak magnet. 4. Garis gaya magnet adalah garis-garis lengkung yang menggam- barkan pola medan magnet. Garis gaya magnet keluar dari kutub utara menuju kutub selatan. 5. Kutub magnet sejenis berdekatan saling tolak-menolak dan berlawanan jenis tarik-menarik. 6. Kutub utara magnet bumi terletak di sekitar kutub selatan geografis. Adapun kutub selatan magnet bumi terletak di sekitar kutub utara geografis. 7. Sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan arah utara selatan geografis disebut deklinasi. Adapun, sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan arah horizontal disebut inklinasi. 8. Menurut Oersted di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet. 9. Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang di dalamnya terdapat inti besi. Kekuatan elektromagnet tergantung pada kuat arus, jumlah lilitan, dan inti besi. 10. Gaya Lorentz gaya interaksi antara medan magnet dari arus listrik dan medan magnet tetap. Besarnya dapat ditulis dalam bentuk rumus F = B×I ×l Apabila kamu sudah membaca isi bab ini dengan baik, seha- rusnya kamu sudah dapat mengerti tentang hal-hal berikut. 1. Cara membuat magnet. 2. Garis gaya magnet dan medan magnet. 3. Kemagnetan bumi. 4. Medan magnet yang ditimbulkan arus listrik. 5. Gaya Lorentz. Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakan pada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.202 Mari BIAS 3

interuptor : pemutus arus.kemagnetan : gejala fisika pada bahan yang memiliki kemampuan menimbulkan medan magnet.kutub magnet : kedua ujung besi (magnet) yang paling kuat daya tariknya.magnet elementer : bagian terkecil dari magnet yang masih mempunyai sifat magnet.motor listrik : alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.solenoida : kumparan yang panjang.relai : alat yang bekerja atas dasar penggunaan arus yang kecil untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar. Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamuA. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.1. Berikut ini yang termasuk bahan mag- 4. Berikut ini cara membuat magnet, ke- netik dan nonmagnetik adalah .... cuali .... a. besi dan nikel c. nikel dan baja a. cara alami b. baja dan bismut d. seng dan emas b. cara induksi c. cara menggosok2. Garis-garis lengkung yang keluar dari d. cara arus listrik kutub utara menuju kutub selatan sebuah magnet disebut .... 5. Perhatikan gambar berikut. a. kutub magnet b. garis-garis gaya magnet ABC c. medan magnet d. fluks magnet Benda A dapat menarik benda B dan tidak dapat menarik benda C. Pernyataan3. Gaya tarik magnet paling kuat terletak berikut benar, kecuali .... pada .... a. benda A sebuah magnet a. seluruh bagian magnet b. benda B merupakan benda magnetik b. salah satu ujung magnet c. benda C merupakan benda nonmag- c. bagian ujung-ujung magnet d. bagian tengah magnet netik d. benda C merupakan benda feromag- netik Kemagnetan 203

6. Perhatikan gambar berikut ini. c. magnet tersebut merupakan magnet sementara S U d. magnet tersebut tidak memiliki kutubA utara dan selatan B 11. Letak kutub utara magnet bumi adalah ....Jika besi/baja telah menjadi magnet, per- a. di sekitar khatulistiwa buminyataan berikut benar, kecuali .... b. di sekitar kutub selatan bumia. A kutub utara dan B kutub selatan c. di sekitar kutub utara bumib. A kutub selatan dan B kutub utara d. di kutub utara bumic. A dan B kutub selatand. A dan B kutub utara 12. Sebuah kompas diletakkan di bawah ka- wat lurus berarus listrik, ternyata jarum7. Ruang di sekitar magnet yang masih kompas akan menyimpang. Hal ini me- mempunyai pengaruh gaya tarik magnet nunjukkan bahwa .... disebut .... a. di sekitar magnet jarum pada kompas a. medan magnet timbul medan magnet b. kutub magnet b. di sekitar kawat lurus berarus listrik c. fluks magnetik terdapat medan magnet d. garis-garis gaya magnet c. garis-garis gaya magnet dari magnet jarum kompas ditolak arus listrik8. Magnet listrik dapat diperoleh dengan d. magnet jarum pada kompas menim- cara .... bulkan arus listrik pada kawat. a. mendekatkan besi/baja pada magnet tetap 13. Perhatikan gambar berikut. b. melilitkan kawat berarus listrik DC I. III. pada baja/besi berisolasi c. menggosokkan besi/baja dengan mag- I net tetap ke satu arah. d. melilitkan kawat berarus listrik AC I pada besi/baja berisolasi. II. IV.9. Jarum kompas selalu menunjuk arah uta- ra selatan bumi, disebabkan adanya .... II a. medan magnet bumi b. gravitasi bumi Arah medan magnet dari kawat lurus c. gaya tarik bumi berarus listrik di atas yang benar adalah d. rotasi bumi .... a. I dan II10. Sebuah magnet batang yang tergantung b. II dan III bebas, ternyata tidak menunjuk arah c. I dan III utara selatan sebab .... d. II dan IV a. magnet tersebut sifat kemagnetannya sudah lemah b. magnet tersebut berada dalam medan magnet yang lain204 Mari BIAS 3

14. Perhatikan gambar berikut. Jika F : gaya Lorentz, B : kuat medan magnet, I : kuat arus listrik menurut CD aturan tangan kanan berimpit dengan AB sumbu .... a. Y i b. –Y c. –Z Pernyataan berikut yang tidak tepat d. X adalah .... a. A : kutub selatan c. C : kutub selatan 18. Kawat berarus listrik berada dalam b. B : kutub selatan d. D : kutub utara medan magnet 60 tesla mengalami gaya15. Gambar berikut menunjukkan arah ga- Lorentz 12 N. Jika kawat itu berada ris-garis gaya magnet yang dihasilkan dalam medan magnet 15 tesla, besar ga- oleh solenoida yang benar adalah .... ya Lorentz yang dialami kawat adalah .... a. a. 3 N b. 36 N I c. 48 N d. 75 N b. 19. Berdasarkan gambar elektromagnet, per- I nyataan berikut yang tidak tepat adalah .... c. PQ Id. I a. P : kutub utara dan Q : kutub selatan b. kemagnetannya mudah dihilangkan16. Kelompok alat berikut ini yang bekerja c. kutub-kutub magnet yang dihasilkan berdasarkan elektromagnet adalah .... a. bel listrik, telepon, dan kompor listrik sulit diubah b. telepon, galvanometer, dan relai d. kemagnetannya tidak tergantung ham- c. relai, motor listrik, dan accumulator d. setrika listrik, akumulator, dan galva- batan lilitan nometer 20. Hal berikut yang tidak dapat memper-17. Perhatikan gambar berikut. besar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet adalah .... Y a. memperbanyak lilitan b. memperbesar inti besi B –Z c. memperbesar hambatan –X F X d. kuat arus diperbesar Z Kemagnetan 205 –Y

B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas.1. Sebutkan sifat-sifat dua kutub magnet a. Y yang saling berdekatan. –Z2. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi –X FX besar medan magnet yang dihasilkan Z I oleh elektromagnet. b. –Y –Z3. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi Y X besarnya gaya Lorentz. –X F4. Sebuah kawat panjangnya 10 m berada tegak lurus dalam medan magnet sebesar I 60 tesla. Jika kuat arus listrik yang mengalir pada kawat 2 A, tentukan be- sarnya gaya Lorentz.5. Ke manakah arah medan magnet, bila Z –Y arah gaya Lorentz dan arah arus ditun- F jukkan gambar berikut? c. B206 Mari BIAS 3

Bab 12INDUKSIELEKTROMAGNETIKSumber: Jendela Iptek, 2001 Listrik dalam era industri merupakan keperluan yang sangat vital. Dengan adanya transformator, keperluan listrik pada tegangan yang sesuai dapat terpenuhi. Dahulu untuk membawa listrik diperlukan kuda. Kuda (pada gambar) sedang membawa pembangkit listrik untuk penerangan lapangan ski. Seandainya transformator belum ditemukan, berapa ekor kuda yang diperlukan untuk penerangan sebuah kota? Fenomena pemindahan listrik akan kamu pelajari pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi.™ Pretest ™1. Bagaimanakah cara membuat elektromagnetik?2. Apakah kegunaan galvanometer?3. Berilah contoh alat yang dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik.™ Kata-Kata Kunci ™ – generator – arus induksi – GGL induksi – dinamo – transformator – efisiensi transformator – transmisi daya listrik – fluks magnetik Induksi Elektromagnetik 207

208 Mari BIAS 3

Adakah pusat pembangkit listrik di dekat rumahmu? Pem-bangkit listrik biasanya terletak jauh dari permukiman penduduk.Untuk membawa energi listrik, atau lebih dikenal transmisi dayalistrik, diperlukan kabel yang sangat panjang. Kabel yang demikiandapat menurunkan tegangan. Karena itu diperlukan alat yang dapatmenaikkan kembali tegangan sesuai keperluan. Pernahkah kamumelihat tabung berwarna biru yang dipasang pada tiang listrik? Alattersebut adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan danmenurunkan tegangan. Bagaimanakah cara menaikkan dan menu-runkan tegangan listrik? Untuk memahami hal ini pelajari uraianberikut. A. GGL INDUKSI Tujuan Pembelajaran Pada bab sebelumnya, kamu sudah mengetahui bahwa kelis- Tujuan belajarmu adalahtrikan dapat menghasilkan kemagnetan. Menurutmu, dapatkah ke- dapat:magnetan menimbulkan kelistrikan? menjelaskan hubungan Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang antara pergerakanprosesnya dapat dibolak-balik. Ketika H.C. Oersted membuktikan garis medan magnetikbahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet dengan terjadinya GGL(artinya listrik menimbulkan magnet), para ilmuwan mulai berpikir induksi melaluiketerkaitan antara kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1821 MichaelFaraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat percobaan.menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik)melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnet yangdigerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkanarus listrik pada kumparan itu. Untuk lebih memahami timbulnyalistrik dari magnet, cobalah kamu melakukan kegiatan berikut.Sebelumnya bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.Tujuan: Mengamati terjadinya arus listrik yang ditimbulkan sebuah magnet.Alat dan Bahan: Cara Kerja:– Kumparan 500 1. Rangkailah alat seperti gambar. lilitan– Galvanometer 2. Gerakkan kutub utara magnet batang masuk keluar pada– Magnet batang kumparan dan amati jarum galvanometer.– Kabel 3. Baliklah magnet batang dan gerakkan kutub selatan masuk keluar pada kumparan dan amati jarum galvanometer. 4. Diamkan magnet batang dalam kumparan dan amati jarum galvanometer. Induksi Elektromagnetik 209

kumparan magnet batang Pertanyaan: U 1. Bagaimanakah gerak jarum galvanometer pada saat: a. kutub utara dimasuk-keluarkan kumparan,Galvanometer b. kutub selatan dimasuk-keluarkan kumparan, c. magnet diam di dalam kumparan? 2. Menunjukkan hal apakah gerak jarum galvanometer? 3. Diskusikan pengamatan kelompokmu. Tuliskan ke- simpulannya di buku kerjamu. Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan (seperti kegiatan di atas), jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri. Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik). GGL yang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGL induksi. Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik. 1. Penyebab Terjadinya GGL Induksi Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis- garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kum- paran itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.a (ingat kembali cara menentukan kutub-kutub solenoida). Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu merupakan kutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.b.210 Mari BIAS 3

Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan,jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadiperubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka padaujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidakterjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. magnet keluarmagnet masuk S US U S I diamS UU I Galvanometer SU (b) Galvanometer Galvanometer (a) (c) S Gambar 12.1 Gerak masuk keluarnya magnet di dalam kumparan Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparanjika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gayamagnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahanjumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGLinduksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arusinduksi. Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibatadanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut induksielektromagnetik. Coba sebutkan bagaimana cara memperlakukanmagnet dan kumparan agar timbul GGL induksi?2. Faktor yang Memengaruhi Besar GGL Induksi Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat dilihat pada besarkecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudutpenyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus in-duksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGLinduksi? Untuk memahami hal ini, cobalah kamu melakukanKegiatan 12.2. Sebelumnya, bentuklah satu kelompok yang terdiri 4siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.Tujuan: Menyelidiki faktor yang memengaruhi besar GGL induksiAlat dan Bahan:– Kumparan 500 dan 1.200 lilitan– Galvanometer– Dua magnet batang– Kabel Induksi Elektromagnetik 211

Cara Kerja: 1. Rangkailah kumparan 500 lilitan dengan galvanometer hingga membentuk rangkaian tertutup. 2. Gerakkan magnet batang masuk-keluar pada kumparan 500 lilitan pelan-pelan dan amati penyimpangan jarum galvano- meter. 3. Gerakkan magnet batang keluar-masuk pada kumparan dengan cepat dan amati penyimpangan jarum galvanometer. 4. Gunakan dua magnet batang dengan gerakan seperti cara kerja nomor 2 dan amati jarum galvanometer. 5. Gerakkan magnet batang keluar-masuk pada kumparan 1.200 lilitan dengan gerakan seperti cara kerja nomor 2. 6. Catatlah hasil pengamatanmu pada tabel di dalam buku kerjamu. Pertanyaan: 1. Pada data di atas, bilamanakah menghasilkan simpangan ja- rum galvanometer terbesar? 2. Faktor-faktor apa sajakah yang dapat memperbesar GGL induksi? 3. Diskusikan hasil pengamatan kelompokmu. Nyatakan ke- simpulannya di buku kerjamu. Apabila dilakukan dengan cermat, percobaan di atas akan menunjukkan bahwa penyimpangan jarum galvanometer makin besar ketika gerakan magnet dipercepat, jumlah lilitan diperbanyak, atau magnet diperbanyak. Jadi, ada tiga faktor yang memengaruhi GGL induksi, yaitu 1. kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik), 2. jumlah lilitan, 3. medan magnet.1. Apakah penyebab terjadinya GGL in- 3. Apakah perubahan bentuk energi yang duksi? terjadi pada peristiwa induksi elektro- magnetik?2. Mengapa magnet yang diam di dalam kumparan tidak menimbulkan GGL 4. Sebutkan tiga cara memperbesar arus induksi? induksi.212 Mari BIAS 3

B. PENERAPAN INDUKSI ELEKTRO- Tujuan Pembelajaran MAGNETIK Tujuan belajarmu adalah dapat: Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi menjelaskan prinsipgerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik digunakan pada kerja dinamo/generator.pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerap-kan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalamgenerator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terja-dinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan.Perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL induksi padakumparan. Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamodiubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi. Hal itu menyebabkanGGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yangberulang secara periodik.1. GeneratorGenerator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah putaran(DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Baik generator AC dangenerator DC memutar kumparan di dalam medan magnet tetap. UGenerator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan cincin S gandaberupa arus bolak-balik. Ciri generator AC menggunakan cincinganda. Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah.Ciri generator DC menggunakan cincin belah (komutator). Jadi, sikatgenerator AC dapat diubah menjadi generator DC dengan cara karbonmengganti cincin ganda dengan sebuah komutator. S Gambar 12.2 Bagan ge-Sebuah generator AC kumparan berputar di antara kutub- nerator ACkutub yang tak sejenis dari dua magnet yang saling berhadapan.Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan magnet. Keduaujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon yang terdapatpada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yangberputar (bergerak) disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagiangenerator yang tidak bergerak disebut stator. Bagaimanakahgenerator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (mem-bentuk sudut 00), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGLinduksi (perhatikan Gambar 12.2). Pada saat kumparan berputarperlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparanmembentuk sudut 900. Saat itu posisi kumparan tegak lurus denganarah medan magnet. Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL induksimenunjukkan nilai maksimum. Selanjutnya, putaran kumparan terusberputar, arus dan GGL makin berkurang. Ketika kumparan mem-bentuk sudut 1800 kedudukan kumparan sejajar dengan arah medanmagnet, maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol. Induksi Elektromagnetik 213

Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi dengan arah yang berlawanan. Pada saat membentuk sudut 270o, terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum lagi, namun arahnya berbeda. Putaran kumparan selanjutnya, arus dan tegangan turun perlahan-lahan hingga men- capai nol dan kumparan kembali ke posisi semula hingga mem- bentuk sudut 360o. 2. Dinamo Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator. a. magnet b. magnet U U cincin putar putar ganda S S sikat karbon komutator Galvanometer Galvanometer S Gambar 12.3 a. Bagan dinamo AC, b. Bagan dinamo DC Perbedaan antara dinamo DC dengan dinamo AC terletak pada cincin yang digunakan. Pada dinamo arus searah menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua yang disebut cincin belah (komutator). Cincin ini memungkinkan arus listrik yang dihasilkan pada rangkaian luar dinamo berupa arus searah walaupun di dalam dinamo sendiri menghasilkan arus bolak-balik. Adapun, pada dinamo arus bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin).magnet berputar Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor roda sepeda adalah roda sepeda. Jika roda berputar, kumparan atau magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kum- paran dan arus listrik mengalir. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet ataukumparan arus listrik menya- kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu lakan lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar denganS Gambar 12.4 Dinamo sepeda cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.214 Mari BIAS 3

1. Perubahan energi apakah yang terjadi 3. Bagaimanakah cara mengubah dinamo pada generator dan dinamo? AC menjadi dinamo DC?2. Apakah yang dimaksud komutator dan 4. Apakah yang kamu lakukan agar GGL apa fungsinya? induksi yang dihasilkan generator membesar? C. TRANSFORMATOR Tujuan Pembelajaran Di rumah mungkin kamu pernah dihadapkan persoalan te- Tujuan belajarmu adalahgangan listrik, ketika kamu akan menghidupkan radio yang memer- dapat:lukan tegangan 6 V atau 12 V. Padahal tegangan listrik yang disedia- $ menjelaskan prinsipkan PLN 220 V. Bahkan generator pembangkit listrik menghasilkantegangan listrik yang sangat tinggi mencapai hingga puluhan ribu sederhana cara kerjavolt. Kenyataannya sampai di rumah tegangan listrik tinggal 220 V. transformator;Bagaimanakah cara mengubah tegangan listrik? $ menunjukkan hubungan antara Alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan pergeseran garistegangan AC disebut transformator (trafo). Trafo memiliki dua medan magnetikterminal, yaitu terminal input dan terminal output. Terminal input dengan terjadinyaterdapat pada kumparan primer. Terminal output terdapat pada GGL induksikumparan sekunder. Tegangan listrik yang akan diubah dihubungkandengan terminal input. Adapun, hasil pengubahan tegangan diperolehpada terminal output. Prinsip kerja transformator menerapkanperistiwa induksi elektromagnetik. Jika pada kumparan primer dialiri arus AC, inti besi yangdililiti kumparan akan menjadi magnet (elektromagnet). Karena arusAC, pada elektromagnet selalu terjadi perubahan garis gaya magnet.Perubahan garis gaya tersebut akan bergeser ke kumparan sekunder.Dengan demikian, pada kumparan sekunder juga terjadi perubahangaris gaya magnet. Hal itulah yang menimbulkan GGL induksi padakumparan sekunder. Adapun, arus induksi yang dihasilkan adalaharus AC yang besarnya sesuai dengan jumlah lilitan sekunder.AC ACinput output kumparan inti besi kumparan primer sekunder simbol transformatorS Gambar 12.5 Susunan sebuah trafo Induksi Elektromagnetik 215

Untuk lebih memahami cara kerja transformator lakukan kegiatan berikut secara berkelompok. Sebelumnya bentuklah satu kelompok yang terdiri atas 4 siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.Tujuan: Mengetahui prinsip kerja transformator.Alat dan Bahan: Cara Kerja:– Inti besi– Voltmeter 1. Lilitkanlah penghantar pada inti besi.– Kertas– Penghantar 2. Tutuplah lilitan pada inti besi dengan kertas. Selanjutnya– Catu daya lilitkanlah penghantar pada gulungan kertas seperti gambar. 3. Pasangkanlah rangkaian alat tersebut pada catu daya. V 4. Amatilah jarum pada voltmeter. Pertanyaan: 1. Bagaimanakah jarum penunjuk pada voltmeter? Mengapa demikian? 2. Catatlah kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu. catu daya Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang berlapis-lapis, kumparan primer, dan kumparan sekunder. Kum- paran primer yang dihubungkan dengan PLN sebagai tegangan ma- sukan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan. Kumparan se- kunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan keluaran (output). 1. Macam-Macam Transformator Apabila tegangan terminal output lebih besar daripada te- gangan yang diubah, trafo yang digunakan berfungsi sebagai penaik tegangan. Sebaliknya apabila tegangan terminal output lebih kecil daripada tegangan yang diubah, trafo yang digunakan berfungsiV input V output sebagai penurun tegangan. Dengan demikian, transformator (trafo) dibedakan menjadi dua, yaitu trafo step up dan trafo step down.S Gambar 12.6 Skema sebuah Trafo step up adalah transformator yang berfungsi untuktrafo step up menaikkan tegangan AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri: a. jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan se- kunder, b. tegangan primer lebih kecil daripada tegangan sekunder,V input V output c. kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder. Trafo step down adalah transformator yang berfungsi untukS Gambar 12.7 Skema sebuah menurunkan tegangan AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri:trafo step down a. jumlah lilitan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan se- kunder,216 Mari BIAS 3

b. tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder,c. kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder.2. Transformator Ideal Besar tegangan dan kuat arus pada trafo bergantung ba-nyaknya lilitan. Besar tegangan sebanding dengan jumlah lilitan.Makin banyak jumlah lilitan tegangan yang dihasilkan makin besar.Hal ini berlaku untuk lilitan primer dan sekunder. Hubungan antarajumlah lilitan primer dan sekunder dengan tegangan primer dantegangan sekunder dirumuskanVp = NpVs Ns Trafo dikatakan ideal jika tidak ada energi yang hilang menjadikalor, yaitu ketika jumlah energi yang masuk pada kumparan primersama dengan jumlah energi yang keluar pada kumparan sekunder.Hubungan antara tegangan dengan kuat arus pada kumparan primerdan sekunder dirumuskan Wp = WsVp × Ip × t = Vs × Is × tJika kedua ruas dibagi dengan t, diperoleh rumusVp × Ip = Vs × Is Vp Vs = Is IpDalam hal ini faktor (V × I) adalah daya (P) transformator. Berdasarkan rumus-rumus di atas, hubungan antara jumlahlilitan primer dan sekunder dengan kuat arus primer dan sekunderdapat dirumuskan sebagaiNp = IsNs IpDengan demikian untuk transformator ideal akan berlakupersamaan berikut. Dengan: Vp = tegangan primer (tegangan input = Vi ) dengan satuan volt (V)Vp = Is = Np Vs = tegangan sekunder (tegangan output = Vo) dengan satuanVs Ip Ns volt (V) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Ip = kuat arus primer (kuat arus input = Ii) dengan satuan ampere (A) Is = kuat arus sekunder (kuat arus output = Io) dengan satuan ampere (A) Induksi Elektromagnetik 217

1. Sebuah trafo Penyelesaian: digunakan untuk menaikkan tegangan Diketahui: Vp = 12 V Is = 0,6 A AC dari 12 V menjadi Vs = 120 V Np = 300 120 V. Hitunglah: a. kuat arus primer, Ditanya: a. IP = ... ? jika kuat arus b. Ns = ... ? sekunder 0,6 A, b. jumlah lilitan Jawab: sekunder, jika jumlah lilitan a. Vp = Is b. Vp = Np primer 300. Vs Ip Vs Ns2. Sebuah transformator 12 0,6 12 = 300 dihubungkan dengan 120 = I p 120 Ns PLN pada tegangan 100 V menyebabkan Ip =6 A Ns = 3.000 kuat arus pada kum- paran primer 10 A. Jadi, kuat arus primernya 0,6 A dan kumparan sekunder Jika perbandingan terdiri atas 3.000 lilitan. jumlah lilitan primer dan sekunder 1 : 25, Penyelesaian: hitunglah: a. tegangan pada Diketahui: V p = 100 V kumparan sekunder, I p = 10 A b. kuat arus pada kumparan Np = 1 sekunder. Ns 25 Ditanya: a. Vs = ... ? b. Is = ... ? Jawab: a. Vp = Np b. Np = Is Vs Ns Ns Ip 100 = 1 1 = Is Vs 25 25 10 Vs = 2.500 V Is = 10 25 = 0,4 A Jadi, tegangan sekundernya 2.500 V dan kuat arus sekun- dernya 0,4 A.218 Mari BIAS 3

3. Efisiensi Transformator Di bagian sebelumnya kamu sudah mempelajari trans-formator atau trafo yang ideal. Namun, pada kenyataannya trafotidak pernah ideal. Jika trafo digunakan, selalu timbul energi kalor.Dengan demikian, energi listrik yang masuk pada kumparan primerselalu lebih besar daripada energi yang keluar pada kumparansekunder. Akibatnya, daya primer lebih besar daripada daya sekun-der. Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo ditentu-kan oleh besarnya efisiensi trafo. Perbandingan antara daya sekunder dengan daya primer atauhasil bagi antara energi sekunder dengan energi primer yang dinyata-kan dengan persen disebut efisiensi trafo. Efisiensi trafo dinyatakandengan η . Besar efisiensi trafo dapat dirumuskan sebagai berikut.η = Ws × 100% η = Vs × Is × 100% Wp Vp × Ipη= Ps × 100% η= Ns × Is × 100% Pp Np ×Ip1. Sebuah trafo arus pri- Penyelesaian: mer dan sekundernya masing-masing 0,8 A Diketahui: Ip = 0,8 A Np = 1.000 dan 0,5 A. Jika jumlah Is = 0,5 A Ns = 800 lilitan primer dan sekunder masing- Ditanya: η = ... ? masing 100 dan 800, berapakah efisiensi Jawab: η = Ns × Is × 100% trafo? Vp × Ip2. Efisiensi sebuah trafo η = 800 × 0,5 × 100% 60%. Jika energi 1.000 × 0,8 listrik yang dikeluarkan 300 J, = 400 × 100% = 50% berapakah energi 800 listrik yang masuk trafo? Jadi, efisiensi trafo sebesar 50%. Penyelesaian: Diketahui: η = 60% Ws = 300 J Ditanya: Wp = ... ? Induksi Elektromagnetik 219

Jawab: η = Ws × 100% Wp 60% = 300 × 100% Wp 6 = 3.000 Wp Wp = 3.000 = 500 J 6 Jadi, energi yang masuk trafo sebesar 500 J.1. Tegangan primer dan sekunder sebuah a. perbandingan jumlah lilitan primer trafo masing-masing 10 V dan 200 V. dan sekunder; Jika jumlah lilitan sekunder 6.000, berapakah jumlah lilitan primer? b. jumlah lilitan sekunder, jika jumlah lilitan primer 100?2. Sebuah trafo step down digunakan untuk mengubah tegangan AC dari 220 3. Manakah yang lebih bagus kualitasnya V menjadi 20 V. Berapakah: trafo A efisiensinya 85% dan trafo B yang efisiensinya 90%? Mengapa? Co- ba jelaskan. 4. Penggunaan Transformator teras 2V Banyak peralatan listrik di rumah yang menggunakan besi 6V transformator step down. Trafo tersebut berfungsi untuk menu- 9V runkan tegangan listrik PLN yang besarnya 220 V menjadi tegangan220 V 12 V lebih rendah sesuai dengan kebutuhan. Sebelum masuk rangkaianAC elektronik pada alat, tegangan 220 V dari PLN dihubungkan dengan AC trafo step down terlebih dahulu untuk diturunkan. Misalnya kebutuhan peralatan listrik 25 V. Jika alat itu langsung dihubungkanS Gambar 12.8 Catu daya dengan PLN, alat itu akan rusak atau terbakar. Namun, apabila alat itu dipasang trafo step down yang mampu mengubah tegangan 220 V menjadi 25 V, alat itu akan terhindar dari kerusakan. Ada beberapa alat yang menggunakan transformator antara lain catu daya, adaptor, dan transmisi daya listrik jarak jauh. a. Power supply (catu daya) Catu daya merupakan alat yang digunakan untuk meng- hasilkan tegangan AC yang rendah. Catu daya menggunakan trafo step down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan 220 V men- jadi beberapa tegangan AC yang besarnya antara 2 V sampai 12 V.220 Mari BIAS 3

b. Adaptor (penyearah arus) Adaptor terdiri atas trafo step down dan rangkaian penyearaharus listrik yang berupa diode. Adaptor merupakan catu daya yangditambah dengan penyearah arus. Fungsi penyearah arus adalahmengubah tegangan AC menjadi tegangan DC.c. Transmisi daya listrik jarak jauhPembangkit listrik biasanya dibangun jauh dari permukiman Sumber: Dok. Penerbitpenduduk. Proses pengiriman daya listrik kepada pelanggan listrik S Gambar 12.9 Adaptor(konsumen) yang jaraknya jauh disebut transmisi daya listrik jarakjauh. Untuk menyalurkan energi listrik ke konsumen yang jauh,tegangan yang dihasilkan generator pembangkit listrik perludinaikkan mencapai ratusan ribu volt. Untuk itu, diperlukan trafostep up. Tegangan tinggi ditransmisikan melalui kabel jaringan listrikyang panjang menuju konsumen. Sebelum masuk ke rumah-rumahpenduduk tegangan diturunkan menggunakan trafo step downhingga menghasilkan 220 V. Transmisi daya listrik jarak jauh dapatdilakukan dengan menggunakan tegangan besar dan arus yang kecil.Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu energiyang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantaryang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah. 33 kV industri beratgenerator trafo step up 11 kV 220 V gardu induk 450 V industri ringan trafo step downS Gambar 12.10 Transmisi daya listrik jarak jauh menggunakan trafo step up dan step down1. Apakah perbedaan antara catu daya dengan adaptor?2. Mengapa transmisi daya listrik jarak jauh menggunakan trafo? Induksi Elektromagnetik 221

1. Menurut Faraday, adanya perubahan medan magnet pada suatu kumparan dapat menimbulkan gaya gerak listrik.2. Besar GGL induksi bergantung pada tiga faktor, yaitu a. kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet, b. jumlah lilitan, c. kuat medan magnet.3. Arah arus induksi dalam kumparan selalu sedemikian rupa sehingga menghasilkan medan magnet yang menentang sebab-sebab yang menimbulkannya.4. Induksi elektromagnetik diterapkan pada: generator, dinamo, dan trafo.5. Fungsi generator atau dinamo adalah untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.6. Fungsi transformator atau trafo adalah menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Untuk menaikkan tegangan listrik digunakan trafo step- up, sedangkan untuk menurunkan tegangan listrik digunakan trafo step-down.7. Pada transformator ideal berlaku rumusVP = Is = NpVs Ip Ns8. Untuk transformator yang tidak ideal berlaku rumus efisiensi• η = WS × 100% • η = Ns × Is × 100% WP Np ×Ip• η = Ps × 100% • η = Ns × Is × 100% PP Vp × I p 9. Transformator digunakan pada catu daya, adaptor, dan instalasi transmisi daya listrik jarak jauh10. Transmisi daya listrik jarak jauh dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan yang besar dan arus yang kecil. Dengan cara ini akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu energi yang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar yang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.222 Mari BIAS 3

Apabila kamu sudah membaca isi bab ini dengan baik, seha-rusnya kamu sudah dapat mengerti tentang hal-hal berikut.1. Cara membangkitkan GGL induksi.2. Penerapan induksi elektromagnetik.3. Menentukan efisiensi transformator. Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakanpada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.alternator : suatu generator untuk menghasilkan arus listrik bolak- balik.arus induksi : arus yang ditimbulkan oleh induksi magnet dalam kumparan.dinamo : pesawat pembangkit tenaga listrik atau sering disebut generator.fluks magnetik : banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.induksielektromagnetik: peristiwa timbulnya arus listrik akibat adanya perubahan fluks magnetik.GGL induksi : beda potensial di antara kedua ujung kumparan yang ditimbulkan karena adanya induksi elektromagnet.komutator : bagian dari motor listrik atau generator arus searah yang dihubungkan dengan kumparan rangkaian luar.transmisi : penyebaran. Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamuA. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.1. Magnet yang diam di dalam kumparan b. dalam kumparan tidak terjadi perubah- tidak menghasilkan GGL induksi karena an fluks magnetik …. a. dalam kumparan terjadi perubahan c. dalam kumparan tidak terjadi medan fluks magnetik magnet d. di dalam kumparan terjadi kehilangan sifat kemagnetannya Induksi Elektromagnetik 223

2. Arus listrik yang terjadi akibat perubahan 8. Gambar berikut yang dapat menimbul- kan GGL induksi paling besar adalah ….jumlah garis-garis gaya magnet disebut a.….a. arus lemah c. arus induksib. arus kuat d. arus searah3. Beda potensial listrik yang ditimbulkan G akibat perubahan fluks magnetik disebut b. …. a. GGL sumber c. GGL induksi G b. GGL elemen d. GGL jepit c.4. Peristiwa induksi elektromagnetik meng- G ubah energi …. d. a. listrik menjadi energi gerak linier b. gerak linier menjadi energi listrik c. gerak rotasi menjadi energi listrik d. listrik menjadi energi gerak rotasi5. Berikut ini yang tidak memengaruhi G besar GGL induksi adalah …. a. kecepatan gerakan magnet 9. Alat berikut yang menerapkan GGL b. jumlah lilitan induksi adalah …. c. hambatan kawat a. generator, dinamo, akumulator, trans- d. besarnya magnet formator b. generator, dinamo, induktor Ruhm-6. Berikut ini jika dilakukan tidak dapat korf, transformator menimbulkan arus induksi adalah …. c. generator, motor listrik, transistor, a. magnet bergerak di samping kum- transformator paran d. adaptor, dinamo, resistor, catu daya b. kumparan bergerak di dekat magnet diam c. kumparan diam di dekat magnet d. kumparan berputar di dekat magnet7. Alat berikut yang digunakan untuk me- 10. Induksi elektromagnetik menghasilkan nimbulkan GGL induksi adalah …. a. kumparan, galvanometer, penghantar, arus .... dan magnet b. kumparan, termometer, kabel, dan a. DC c. lemah magnet c. galvanometer, akumulator, kabel, dan b. AC d. kuat magnet d. generator, komutator, penghantar, dan 11. Perbedaan antara generator AC dengan magnet DC adalah …. a. generator AC menggunakan cincin be- lah b. generator DC menggunakan dua cin- cin c. generator AC menggunakan interuptor d. generator DC menggunakan komuta- tor224 Mari BIAS 3

12. Pernyataan berikut yang tidak benar a. 375 V c. 196 V untuk sebuah trafo adalah …. b. 275 V d. 176 V a. trafo bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik 16. Perbandingan antara jumlah lilitan primer b. perubahan fluks magnetik pada kum- paran primer menyebabkan GGL in- dan sekunder sebuah trafo 5 : 3. Jika duksi pada kumparan sekunder c. trafo digunakan untuk merubah te- kuat arus outputnya 3 A, kuat arus pri- gangan AC menjadi lebih tinggi atau le- bih rendah mernya adalah …. d. trafo juga dapat digunakan untuk me- naikkan dan menurunkan tegangan a. 1,8 A c. 15 A DC b. 5,0 A d. 45 A 17. Sebuah trafo memiliki efisiensi 75%. Tegangan inputnya 220 V dan tegangan outputnya 110 V. Jika kuat arus primer yang mengalir 2 A, kuat arus sekun-13. Jika jumlah kumparan primer lebih ba- dernya adalah …. nyak daripada kumparan sekunder, per- nyataan berikut yang tidak tepat adalah a. 5 A c. 2 A …. a. tegangan input lebih besar daripada b. 4A d. 3 A tegangan output b. kuat arus primer lebih kecil daripada 18. Berikut ini yang tidak memengaruhi kuat arus sekunder kualitas trafo adalah …. c. jenis trafo yang digunakan step up a. hambatan kumparan karena kuat arus primer lebih besar b. arah medan magnet daripada kuat arus sekunder c. kebocoran medan magnet d. jenis trafo yang digunakan step down d. arus pusar karena kuat arus primer lebih kecil dari pada kuat arus sekunder 19. Trafo yang terdapat pada pesawat TV digunakan untuk ….14. Gambar berikut yang menyatakan jenis a. menaikkan tegangan 220 AC b. menstabilkan tegangan 220 ACtrafo step up adalah …. c. menurunkan tegangan 220 AC d. menyearahkan tegangan 220 AC menjadi DCa. c. 20. Berikut ini yang bukan keuntungan transmisi daya listrik jarak jauh denganVi Vo Vi Vo tegangan tinggi adalah …. a. energi listrik yang hilang dapat diper-b. d. Vo kecil b. kabel yang digunakan ukurannya kecil Vi Vo Vi c. arus yang mengalir menjadi kecil d. hambatan kabel besar15. Sebuah trafo jumlah lilitan primer dan sekundernya masing-masing 500 dan 400 lilitan. Jika tegangan primernya 220 V, tegangan sekundernya adalah ….B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas.1. Mengapa magnet yang digerakkan di se- 2. Bagaimanakah cara memperbesar arus kitar kumparan, pada kedua ujung kum- induksi? paran dapat mengakibatkan GGL in- duksi? 3. Sebutkan lima cara menimbulkan GGL induksi. Induksi Elektromagnetik 225

4. Sebutkan empat alat yang menerapkan 8. Sebutkan upaya yang dilakukan untuk induksi elektromagnetik. membuat kualitas trafo tinggi.5. Jelaskan prinsip kerja generator arus 9. Tegangan sekunder trafo 330 V dan per- searah. bandingan jumlah lilitan primer dan se- kunder 1 : 3. Tentukan tegangan primer6. Sebutkan perbedaan antara trafo step up trafo. dengan trafo step down. 10. Sebuah trafo tegangan primer dan7. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi sekundernya 220 V dan 55 V. Jika kuat efisiensi trafo. arus primer 0,5 A dan kuat arus sekunder 1,5, berapakah efisiensi trafo?226 Mari BIAS 3

Bab 13TATA SURYASumber: Ensiklopedi Umum untuk Pelajar, 2005; Jendela Iptek, 2001 Matahari adalah bintang. Matahari mempunyai lapisan gas dengan berbagai rapatan. Matahari adalah pusat tata surya kita. Mengapa matahari disebut sebagai pusat tata surya? Fenomena tata surya dapat kamu pelajari pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan keanggotaan tata surya, bumi sebagai planet, dan gejala yang tampak di lapisan litosfer maupun atmosfer bumi.™ Pretest ™1. Bagaimana susunan tata surya?2. Mengapa matahari termasuk salah satu bintang?3. Bagaimana terbentuknya energi pada matahari?4. Jelaskan fungsi satelit buatan yang diorbitkan di bumi.5. Apa yang dimaksud pemanasan global?™ Kata-Kata Kunci ™ – gerak rotasi – klorofluorokarbon – atmosfer – litosfer – efek rumah kaca – pemanasan global – ekliptika – gerhana – gerak revolusi Tata Surya 227

228 Mari BIAS 3

Cobalah kamu menengadah ke angkasa pada malam hari. Tujuan PembelajaranBenda-benda apa saja yang terlihat olehmu? Tentu saja kamu akanmelihat ribuan benda langit. Benda-benda langit yang berkedip-kedip Tujuan belajarmu adalahdisebut bintang, tetapi ada juga yang tidak berkedap-kedip yang dapat:disebut planet. Dapatkah kamu dengan pasti menentukan jumlah ( mendeskripsikan per-benda-benda langit tersebut? Untuk mengetahui jawabannyapelajarilah uraian berikut ini. edaran bulan mengeli- lingi bumi dan bumi A. SISTEM TATA SURYA mengelilingi matahari ( mendeskripsikan orbit Di abad modern ini, banyak para ilmuan sering planet mengitari mata-mengadakan penelitian, seperti penelitian di bidang astro- hari berdasarkan mo-nomi. Dengan penelitian-penelitian di bidang astronomi, kita del tata surya;mampu mengenal tentang jagat raya. ( menjelaskan gravitasi sebagai gaya tarik an-1. Susunan Tata Surya tara matahari dan bumi sehubungan dengan ja- Tata surya adalah susunan benda-benda langit yang rak;terdiri atas matahari sebagai pusatnya dan planet-planet, ( mendeskripsikan per-meteorid, komet, serta asteroid yang mengelilingi matahari. bandingan antara pla- net ditinjau dari massa, Susunan tata surya terdiri atas matahari, sembilan jari-jari, jarak rata-ra-planet, satelit-satelit pengiring planet, komet, asteroid, dan ta ke matahari dan se-meteorid. bagainya mengguna- kan tabel. Perhatikan Gambar 13.1 berikut ini. Sumber: Ensiklopedia Iptek, 2004S Gambar 13.1 Susunan tata surya Peredaran benda langit yang berupa planet dan benda langitlainnya dalam mengelilingi matahari disebut revolusi. Sebagian besargaris edarnya (orbit) berbentuk elips. Bidang edar planet-planetmengelilingi matahari disebut bidang edar, sedangkan bidang edarplanet bumi disebut bidang ekliptika. Selain berevolusi benda-bendalangit juga berputar pada porosnya yang disebut rotasi, sedangkanwaktu untuk sekali berotasi disebut kala rotasi. Tata Surya 229

a. Matahari Matahari merupakan pusat tata surya yang berupa bola gas yang bercahaya. Matahari merupakan salah satu bintang yang meng- hiasi galaksi Bima Sakti. Suhu permukaan matahari 6.000 derajat celsius yang dipancarkan ke luar angkasa hingga sampai ke permu- kaan bumi, sedangkan suhu inti sebesar 15-20 juta derajat celsius.Merkurius, Venus, Bumi, b. PlanetMars, mempunyai ukuran Sebelum bulan Agustus 2006, para astronom masih ber-dan sifat-sifat permukaan-nya yang hampir sama, pendapat ada sembilan planet dalam tata surya, yaitu Merkurius,sehingga dikelompokkan Venus, Bumi, Mars, Yupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, dan Pluto.dalam planet terestrial Secara umum planet-planet bergerak dari barat ke timur, kecuali(menyerupai bumi), sedang- Venus dan Uranus.kan Yupiter, Saturnus, Ura-nus, dan Neptunus dikelom- Setiap planet mempunyai kala revolusi dan kala rotasi yangpokkan dalam planet berbeda-beda. Planet tidak bisa memancarkan cahaya sendiri tetapiraksasa (giant planet). hanya memantulkan cahaya yang diterima dari matahari. Pada tanggal 24 Agustus 2006 Majelis Umum Uni Astronomi Internasional (IAV) di Praha, Ceko, menyatakan bahwa Pluto bukan lagi sebagai planet. Bahkan pada tanggal 7 September 2006 nama Pluto diganti dengan deretan enam angka, yaitu 134340. Dengan demikian, sejak tanggal 24 Agustus 2006 di tata surya terdapat 8 planet. Ukuran antara planet satu dengan yang lain berbeda. Begitu pula jaraknya terhadap matahari. Planet yang terdekat terhadap matahari mempunyai kala revolusi terkecil. Data planet-planet dalam tata surya dapat kamu perhatikan pada Tabel 13.1.Tabel 13.1 Data Ukuran PlanetNama Massa ( × Garis Tengah Jarak terhadap Periode Periode massa bumi) Matahari Revolusi RotasiMatahari 333.400 1.500.000 km – – 25 hariMerkurius 0,053 4.897 km 58 juta km 88 hari 59 hariVenus 0,007 108 juta km 224,7 hari -249 hariBumi 1,00 12.104 km 150 juta km 365,25 km 24 jamMars 0,106 12.743 km 228 juta km 687 hari 24,6 kmYupiter 318 778 juta km 11,9 tahun 9,9 jamSaturnus 94,1 6.787 km 1.426 juta km 29,5 tahun 10,4 jamUranus 14,4 141.700 km 2.872 juta km 84 tahun 10,8 jamNeptunus 17,1 120.000 km 4.490 juta km 164,8 tahun 15,7 jam 50.800 km 48.000 km c. Komet Sumber: The Physical World Komet berasal dari bahasa Yunani, yaitu Kometes yang artinya berambut panjang. Komet menurut istilah bahasa adalah benda langit yang mengelilingi matahari dengan orbit yang sangat lonjong. Komet terdiri atas es yang sangat padat dan orbitnya lebih lonjong daripada orbit planet.230 Mari BIAS 3

Komet menyemburkan gas bercahaya yang dapat terlihatdari bumi. Bagian-bagian komet, yaitu:1) inti komet, yaitu bagian komet yang kecil tetapi padat tersusun dari debu dan gas.2) koma, yaitu daerah kabut di sekeliling inti.3) ekor komet, yaitu bagian yang memanjang dan panjangnya mampu mencapai satu satuan astronomi (1SA = jarak antara bumi dan matahari).Arah ekor komet selalu menjauhi matahari. Hal itu dikarenakan ekorkomet terdorong oleh radiasi dan angin matahari. komaekor debu ekor ion, ekor gas/plasmainti Sumber: Kamus Visual, 2004S Gambar 13.2 Komet Kebanyakan komet tidak dapat dilihat dengan mata telanjang,tetapi harus dengan menggunakan teleskop. Komet yang terkenaladalah komet Halley yang ditemukan oleh Edmunt Halley. Komet itumuncul setiap 76 tahun sekali. Komet sering disebut sebagai bintangberekor.d. Asteroid Asteroid adalah benda langit yang mirip dengan planet-planet,yang terletak di antara orbit Mars dan Yupiter. Asteroid disebut jugaplanetoid atau planet kerdil. Asteroid yang terbesar dan yangpertama adalah Ceres yang ditemukan oleh Giussepe Piazzi(astronom Italia). Icarus adalah salah satu asteroid yang pernahmendekati bumi dengan orbit yang berbentuk lonjong.e. Meteoroid Sumber: Jendela Iptek, 2001 Meteoroid adalah batuan-batuan kecil yang sangat banyak S Gambar 13.3 Kawahdan melayang-layang di angkasa luar. Batuan-batuan ini banyak meteorid di Arizonamengandung unsur besi dan nikel. Batuan-batuan ini masuk keatmosfer bumi karena pengaruh gravitasi bumi. Gesekan denganatmosfer bumi menghasilkan panas yang membakar habis batuan-batuan itu sebelum sempat mencapai permukaan bumi. Batuan-batuan atau benda langit yang bergesekan dengan atmosfer bumi danhabis terbakar sebelum sampai di permukaan bumi disebut meteor.Adapun batuan-batuan yang tidak habis terbakar dan sampai di per-mukaan bumi disebut meteorit. Tata Surya 231

Ada sebuah meteorit yang jatuh di Arizona USA dengan ukuran yang sangat besar hingga membentuk sebuah kawah. Kawah tersebut dinamakan Kawah Barringer. Contoh meteorit dapat dilihat di Museum Geologi, Bandung. f. Bulan Bulan merupakan benda langit yang mengitari bumi. Karena bumi mengitari matahari, maka bulan juga mengitari matahari bersamaan dengan bumi. Selain itu, bulan juga berputar pada porosnya sendiri. Dengan demikian bulan mempunyai tiga gerakan sekaligus. Benda-benda langit yang berada di dalam tata surya tersusun secara rapi. Selama bergerak benda-benda itu tidak saling ber- tabrakan. Hal itu terjadi karena adanya gaya gravitasi pada masing- masing benda langit. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa yang menyebabkan gerakan benda-benda langit teratur adalah gaya gravitasi. Namun, penyebab sesungguhnya adalah Sang Pembuat gaya gravitasi yaitu Tuhan Yang Mahabesar.1. Jelaskan perbedaan antara bintang dan 2. Apakah pengertian: planet. a. komet, d. meteor, b. asteroid, e. meteorit, c. meteoroid,Tujuan Pembelajaran B. MATAHARI SEBAGAI BINTANGTujuan belajarmu adalah Orang-orang zaman dahulu untuk dapat mencari dan menen-dapat: tukan arah dengan melihat rasi bintang di langit. Tahukah kamu( mendeskripsikan ma- bintang apakah yang paling dekat dengan bumi? tahari sebagai salah 1. Matahari Sebagai Salah Satu Bintang satu bintang;( mendeskripsikan Benda langit di jagat raya ini jumlahnya banyak sekali. Ada sumber pembentukan yang dapat memancarkan cahaya sendiri ada juga yang tidak dapat energi matahari; memancarkan cahaya sendiri, tetapi hanya memantulkan cahaya dari( menunjukkan susunan benda lain. lapisan-lapisan mata- hari. Bintang adalah benda langit yang memancarkan cahaya sendiri (sumber cahaya). Matahari dan bintang mempunyai persa- maan, yaitu dapat memancarkan cahaya sendiri. Matahari meru- pakan sebuah bintang yang tampak sangat besar karena letaknya paling dekat dengan bumi.232 Mari BIAS 3

Matahari memancarkan energi yang sangat besar dalam (Menumbuhkan Rasabentuk gelombang elektromagnet. Gelombang elektromagnet ter- Ingin Tahu)sebut adalah gelombang cahaya tampak, sinar X, sinar gamma,sinar ultraviolet, sinar inframerah, dan gelombang mikro. Matahari berupa sekum- pulan gas yang sangat tinggi2. Sumber Energi Matahari suhunya. Begitu tinggi su- hunya sehingga tidak ada Sumber energi matahari berasal dari reaksi fusi yang terjadi di alat yang mampu men-dalam inti matahari. Reaksi fusi ini merupakan penggabungan atom- dekatinya. Bagaimanakahatom hidrogen menjadi helium. Reaksi fusi tersebut akan cara para pengamat meng-menghasilkan energi yang sangat besar. ukur suhu matahari? Matahari tersusun dari berbagai macam gas antara lainhidrogen (76%), helium (22%), oksigen dan gas lain (2%).3. Lapisan-Lapisan Matahari Energi yang dipancarkan matahari sampai ke bumi Matahari adalah bola gas pijar yang sangat panas. Matahari disebut insolasi. Insolasiterdiri atas empat lapisan, yaitu inti matahari, fotosfer, kromosfer, akan memberikan energidan korona. pada keseluruhan objek yang ada di bumi.a. Inti Matahari Bagian dalam dari matahari, yaitu inti matahari. Pada bagian ini terjadi reaksi fusi sebagai sumber energi matahari. Suhu pada inti matahari dapat mencapai 1,5 × 107oC. Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi akan dirambatkan sampai pada lapisan yang pa- ling luar, yang kemudian akan terealisasi ke angkasa luar.b. Fotosfer Fotosfer adalah bagian permukaan matahari. Lapisan ini menge- luarkan cahaya sehingga mampu memberikan penerangan se- hari-hari. Suhu pada lapisan ini mampu mencapai lebih kurang 16.000oC dan mempunyai ketebalan sekitar 500 km.c. Kromosfer Kromosfer adalah lapisan di atas fotosfer dan bertindak sebagai atmosfer matahari. Kromosfer mempunyai ketebalan 16.000 km dan suhunya mencapai lebih kurang 9.800oC. Kromosfer terlihat berbentuk gelang merah yang mengelilingi bulan pada waktu terjadi gerhana matahari total.d. Korona Korona adalah lapisan luar atmosfer matahari. Suhu korona mampu mencapai lebih kurang 1.000.000oC. Warnanya keabu- abuan yang dihasilkan dari adanya ionisasi pada atom-atom akibat suhunya yang sangat tinggi. Korona tampak ketika terjadi gerhana matahari total, karena pada saat itu hampir seluruh cahaya matahari tertutup oleh bulan. Bentuk korona, seperti mahkota dengan warna keabu- abuan. Tata Surya 233

kromosfer korona letupan bintik matahari granulasi fotosfer fotosfer prominensa Sumber: Kamus Visual, 2004 S Gambar 13.4 Lapisan matahari 4. Gangguan-Gangguan pada Matahari Gejala-gejala aktif pada matahari atau aktivitas matahari sering menimbulkan gangguan-gangguan pada matahari. Gangguan- gangguan tersebut, yaitu sebagai berikut. a. Gumpalan-Gumpalan pada Fotosfer (Granulasi) Gumpalan-gumpalan ini timbul karena rambatan gas panas dari inti matahari ke permukaan. Akibatnya, permukaan matahari tidak rata melainkan bergumpal-gumpal. b. Bintik Matahari (Sun Spot) Bintik matahari merupakan daerah tempat munculnya medan magnet yang sangat kuat. Bintik-bintik ini bentuknya lubang- lubang di permukaan matahari di mana gas panas menyembur dari dalam inti matahari, sehingga dapat mengganggu telekomunikasi gelombang radio di permukaan bumi. Sumber: Ensiklopedia Iptek, 2004 c. Lidah Api MatahariS Gambar 13.5 Aurora Lidah api matahari merupakan hamburan gas dari tepi kro- mosfer matahari. Lidah api dapat mencapai ketinggian 10.000 km. Lidah api sering disebut prominensa atau protuberan. Lidah api terdiri atas massa proton dan elektron atom hidrogen yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Massa partikel ini dapat mencapai per- mukaan bumi. Sebelum masuk ke bumi, pancaran partikel ini tertahan oleh medan magnet bumi (sabuk Van Allen), sehingga kecepatan partikel ini menurun dan bergerak menuju kutub, kemudian lama-kelamaan partikel berpijar yang disebut aurora. Hamburan partikel ini meng- ganggu sistem komunikasi gelombang radio. Aurora di belahan bumi selatan disebut Aurora Australis, sedangkan di belahan bumi utara disebut Aurora Borealis.234 Mari BIAS 3

d. Letupan (Flare) Flare adalah letupan-letupan gas di atas permukaan matahari.Flare dapat menyebabkan gangguan sistem komunikasi radio,karena letusan gas tersebut terdiri atas partikel-partikel gas ber-muatan listrik.1. Sebutkan empat lapisan pada matahari. 3. Apakah yang dimaksud dengan Sun2. Sebutkan gangguan-gangguan pada ma- Spot. Bagaimana terjadinya?tahari. C. BUMI SEBAGAI PLANET Tujuan Pembelajaran Bumi adalah salah satu planet yang diketahui dengan adanya Tujuan belajarmu adalahkehidupan sampai saat ini. Sifat-sifat bumi sering digunakan sebagai dapat:acuan untuk memahami sifat-sifat planet yang lain. ( mendeskripsikan ka-1. Bentuk Bumi rakteristik dan peri- laku bumi; Kebanyakan orang zaman dahulu menyatakan bahwa bentuk ( menjelaskan periodebumi bukan bulat seperti yang diketahui sekarang ini. Mereka rotasi bulan dan po-berpendapat bahwa bumi merupakan dataran yang sangat luas. Pada sisinya terhadap bu-tahun 1522, Magelhaen mampu membuktikan bahwa bumi ber- mi;bentuk bulat. Bukti ini didapatkan ketika ia mengadakan pelayaran ( mendeskripsikan ter-dengan arah lurus, kemudian ia kembali ke tempat awalnya berlayar. jadinya gerhana bu- lan, gerhana mata- Bentuk bumi sebenarnya tidak benar-benar bulat, tetapi agak hari, dan menghu-sedikit lonjong. Diameter bumi jika diukur dari kutub sampai ke bungkannya dengankutub yang lain akan lebih pendek dibandingkan diameternya jika peristiwa pasang su-diukur dari khatulistiwa. rut air laut; ( menjelaskan fungsi satelit buatan2. Rotasi Bumi Rotasi bumi adalah perputaran bumi pada porosnya. Rotasibumi memerlukan waktu 23 jam 56 menit. Arah rotasi bumi daribarat ke timur. Rotasi bumi menyebabkan hal-hal berikut.a. Gerak semu harian matahari Sepanjang pagi hingga petang hari, matahari seolah-olahbergerak. Matahari terbit di sebelah timur, lama-kelamaan bergerakdan tenggelam di sebelah barat.b. Terjadinya siang dan malam serta perbedaan waktu Kala rotasi bumi lebih kurang 24 jam, sehingga tiap jam ber-beda bujur sebesar 360o = 15o. Daerah-daerah yang garis bujurnya S Gambar 13.6 Arah rotasi 24 bumisama mempunyai waktu yang sama pula. Perhatikan Gambar 13.7. Tata Surya 235

Sumber: Atlas, 2003S Gambar 13.7 Peta perbedaan waktu di bumi.236 Mari BIAS 3

Jika letak bujur standar di sebelah barat bujur nol, maka wak-tunya dikurangi. Adapun jika letak bujur standar di sebelah timurbujur nol, waktunya ditambah. Waktu di daerah bujur timur adalah waktu Greenwich ditam-bah selisih jam, sehingga waktu di belahan timur dirumuskan:T = GMT + BT 15 dengan: GMT = bujur nol BT = bujur timur Waktu di daerah bujur barat adalah waktu Greenwich + se-lisih jam, sehingga waktu di belahan barat dirumuskan:T = GMT – BB 15 dengan: BB = bujur baratc Pembelokan arah angin Pembelokan arah angin berdasarkan hukum Buys Ballot yangberbunyi:1) udara bergerak dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah,2) di belahan bumi selatan, angin membelok ke kiri, sedangkan di belahan bumi utara angin membelok ke kanan.d. Pembelokan arah arus laut Gerak pembelokan arah angin dan arus laut disebut efekCoriolis. Arus laut memang disebabkan oleh angin. Di belahan bumiutara, arus laut membelok searah jarum jam, sedangkan di belahanbumi selatan, arus laut membelok berlawanan arah jarum jam. Akibat rotasi bumi, bentuk bumi tidak bulat sempurna, tetapiagak lonjong (elips). Diameter bumi di daerah kutub sebesar 12.714km, sedangkan di daerah khatulistiwa 12.757 km.3. Revolusi Bumi Revolusi bumi adalah peredaran bumi mengelilingi matahari.Revolusi bumi memerlukan waktu 365,25 hari atau 1 tahun. Padasaat mengelilingi matahari, bumi memiliki bidang orbit yang disebutekliptika. Arah revolusi bumi berlawanan arah dengan perputaranjarum jam. Revolusi bumi menyebabkan hal-hal berikut.a. Terjadi gerak semu tahunan matahari Matahari tidak setiap saat berada di khatulistiwa. Tata Surya 237

21 Juni 23,5o LU 23 September 21 Maret katulistiwa 0o 21 Maret 22 Desember 23,5o LU S Gambar 13.8 Gerak semu matahari (a) Pada Gambar 13.8 ditunjukkan bahwa pada tanggal 21 Maret, matahari berada di khatulistiwa untuk waktu tiga bulan (21 Maret– (b) 21 Juni), matahari mulai bergeser dari khatulistiwa menuju ke GBUS Gambar 13.9 Posisi (Garis Balik Utara = garis 23,5oLU). Tiga bulan berikutnya (21 Juni–bumi terhadap matahari 23 September) matahari bergeser lagi dari GBU menuju ke kha- tulistiwa. Tiga bulan berikutnya lagi (23 September–22 Desember), matahari bergeser lagi dari khatulistiwa menuju ke GBS (Garis Balik Selatan = garis 23,5oLS). Akhirnya, tiga bulan berikutnya (22 De- sember–21 Maret), matahari bergeser lagi dari GBS menuju kembali ke khatulistiwa. b. Terjadi perbedaan lamanya siang dan malam Adanya kemiringan sumbu bumi 23,5o menyebabkan per- bedaan lama siang dan malam. Pada saat matahari berada di khatulistiwa (21 Maret dan 23 September) semua tempat di bumi, kecuali di kutub mempunyai waktu siang dan malam yang sama, yaitu 12 jam. Pada saat matahari berada di GBU (Gambar 13.9.a), maka belahan bumi utara mengalami siang lebih lama dibandingkan malam hari, sedangkan belahan bumi selatan mengalami siang hari lebih pendek dibandingkan malam hari. Pada saat matahari berada di GBS (Gambar 13.9.b), maka belahan bumi selatan mengalami siang hari lebih lama dibandingkan malam hari, sedangkan belahan bumi utara mengalami siang lebih pendek dibandingkan malam hari. c. Pergantian musim Adanya kemiringan sumbu bumi 23,5o mengakibatkan kecon- dongan arah sumbu bumi berubah-ubah, sehingga mengakibatkan juga terjadinya pergantian musim. Adapun, pergantian musim di bumi adalah sebagai berikut. 1) 21 Maret - 21 Juni Kutub utara bumi makin condong ke arah matahari, sedangkan kutub selatan bumi makin condong menjauhi matahari. Aki- batnya, belahan bumi utara mengalami musim semi (spring), sedangkan belahan bumi selatan mengalami musim gugur (au- tumn).238 Mari BIAS 3

2) 21 Juni - 23 September Kutub utara bumi condong menjauhi matahari, sedangkan kutub selatan bumi condong ke matahari. Akibatnya, belahan bumi utara mengalami musim panas (summer), sedangkan belahan bumi selatan mengalami musim dingin (winter).3) 23 September - 22 Desember Kutub utara bumi makin condong menjauhi matahari, se- dangkan kutub selatan bumi makin condong ke arah matahari. Akibatnya, belahan bumi utara mengalami musim gugur (autum), sedangkan belahan bumi selatan mengalami musim semi (spring).4) 22 Desember–21 Maret Kutub utara bumi condong ke arah matahari, sedangkan kutub selatan bumi condong menjauhi matahari. Akibatnya, belahan bumi utara mengalami musim dingin (winter), sedangkan belahan bumi selatan mengalami musim panas (summer). 21 Maret21 Juni Matahari 22 Desember 23 September Sumber: Ensiklopedia Iptek, 2004 S Gambar 13.10 Kemiringan sumbu bumi di ekliptika Kala revolusi bumi digunakan sebagai dasar utama dalampenghitungan tahun Syamsiah atau tahun Masehi (kalender ma-tahari). Pada tahun Masehi, 1 tahun terbagi menjadi 12 bulan yaitudari Januari, Februari, hingga Desember.4. Bulan sebagai Satelit Bumi Bulan adalah benda langit yang paling dekat dengan bumi danjuga merupakan satelit bumi. Bulan beredar mengelilingi bumidengan arah dari barat ke timur. Bulan tidak dapat memancarkancahaya sendiri melainkan hanya memantulkan cahaya matahari. Tata Surya 239

Sumber: IPP, 2002; Jendela Iptek, a. Bentuk Bulan 2001 Bulan berbentuk bulat mirip seperti planet. Pada permukaanS Gambar 13.11 Bulan bulan terdapat banyak kawah. Permukaan bulan yang menghadap bumi selalu sama. Bentuk permukaan bulat sebenarnya dataran kering dan tandus, banyak kawah, dan juga terdapat pegunungan dan dataran tinggi. Di bulan tidak terdapat atmosfer, sehingga sering terjadi peru- bahan suhu yang sangat drastis, bunyi tidak dapat merambat, tidak ada siklus air, tidak ditemukan makhluk hidup dan sangat gelap gulita. b. Gerak Bulan Bulan melakukan tiga gerakan sekaligus, yaitu gerak berputar pada sumbunya (rotasi), gerak mengelilingi bumi dan gerak bersama-sama bumi mengelilingi matahari. Ada hal yang menarik pada gerak bulan, yaitu kala rotasi sama dengan kala revolusi terhadap bumi. Akibatnya, permukaan bulan yang menghadap ke bumi selalu sama. Adanya gerakan bulan, akan menimbulkan hal-hal sebagai berikut. 1) Pembagian Bulan Sideris dan Sinodis Untuk mengetahui pembagian bulan Sideris dan Sinodis, kamu dapat memerhatikan Gambar 13.12.matahari bumi matahari S S 27,3 hari bulan bulan saat mulai P mengorbit 29,5hari bulan pada 27,3 hari bulan pada 29,5 hari S Gambar 13.12 Peredaran sideris dan sinodis Untuk sekali berputar mengelilingi bumi, bulan memerlukan waktu 27,33 hari yang disebut satu bulan sideris. Karena bulan dan bumi bersama-sama mengelilingi matahari, bentuk muka bulan belum tampak, seperti semula walaupun bulan sudah selesai dalam sekali putaran. Berdasarkan gambar, posisi bulan awalnya di titik S, sehingga supaya bulan tampak seperti semula, bulan harus berada di titik P. Pergerakan bulan dari titik S ke titik P memakan waktu lebih kurang 2 hari. Oleh karena itu, fase bulan baru berikutnya memerlukan waktu 29,5 hari. Periode bulan ini disebut satu bulan sinodis. Periode sinodis dijadikan dasar untuk penghitungan tahun Komariah (tahun Bulan) atau tahun Hijriah.240 Mari BIAS 3

2) Fase-Fase Bulan Akibat revolusi, bentuk bulan yang menghadap ke bumi selalu berubah-ubah. Perubahan bentuk bulan yang terlihat dari bumi disebut fase bulan. Perhatikan fase-fase bulan pada Gambar 13.13 di bawah ini. Perempat terakhir Orbit bulan Bulan purnamaCahaya Bulan barumatahari Perempat pertama Aspek cakram bulan Seperti tampak dari bumi Sumber: Ilmu Pengetahuan Populer: 2002S Gambar 13.13 Fase-fase bulanKedudukan 1: Pada kedudukan ini matahari, bulan, dan bumiterletak pada satu garis lurus. Bagian bulan yang tidak terkenasinar matahari menghadap ke bumi. Akibatnya, bulan tidakterlihat dari bumi. Pada kedudukan ini disebut bulan baru (bulanmuda).Kedudukan 2: Pada kedudukan ini, separuh bagian bulan yangterkena sinar matahari hanya seperempat, sehingga yang terlihatdari bumi juga seperempat. Akibatnya, kita bisa melihat bulansabit.Kedudukan 3: Pada kedudukan ini, bagian bulan yang terkenasinar matahari kira-kira separuhnya, sehingga yang terlihat daribumi juga sepenuhnya. Akibatnya kita bisa melihat setengahbulatan yang disebut bulan separuh (kuartir pertama).Kedudukan 4: Pada kedudukan ini, bagian bulan yang terkenasinar matahari tiga perempatnya, yang terlihat dari bumi hanyatiga perempat bagian bulan. Akibatnya, kita bisa melihat bulancembung.Kedudukan 5: Pada kedudukan ini, bagian bulan yang terkenasinar matahari semuanya, begitu juga yang terlihat dari bumi.Akibatnya, kita bisa melihat bulan purnama (kuartir kedua). Tata Surya 241

3) Terjadinya Gerhana Gerhana adalah peristiwa terhalangnya sinar matahari oleh bumi atau bulan sehingga bumi atau bulan tidak mendapatkan sinar matahari. Gerhana disebabkan adanya bayangan yang dibentuk bumi atau bulan yang terletak dalam satu garis. Gerhana dibedakan menjadi dua, yaitu gerhana bulan dan gerhana matahari. a) Gerhana Bulan Gerhana bulan terjadi, jika bulan memasuki bayangan bumi. Gerhana bulan hanya dapat terjadi pada bulan purnama. Gerhana bulan terjadi apabila bumi berada di antara matahari dan bulan. Pada waktu seluruh bagian bulan masuk dalam daerah umbra (bayangan inti) bumi, maka terjadi gerhana bulan total. Proses bulan berada dalam penumbra (daerah bayangan kabur) bisa mencapai enam jam, sedangkan proses bulan berada dalam umbra (bayangan inti) hanya sekitar 40 menit. Proses terjadinya gerhana bulan ditunjukkan oleh Gambar 13.14. Bumi Bulan Matahari Sumber: Jendela Iptek, 2001 S Gambar 13.14 Gerhana bulan terjadi pada saat bulan memasuki bayangan mataharib) Gerhana Matahari Gerhana matahari terjadi jika bayangan bulan bergerak menutupi permukaan bumi. Pada gerhana matahari ini, posisi bulan berada di antara matahari dan bumi, dan ketiganya terletak dalam satu garis. Gerhana matahari terjadi pada waktu bulan baru (bulan muda). Proses terjadinya gerhana matahari ditunjukkan oleh Gambar 13.15. Bumi Bulan Matahari Sumber: Jendela Iptek, 2001 S Gambar 13.15 Gerhana matahari terjadi waktu bayangan bulan jatuh di permukaan bumi242 Mari BIAS 3

Akibat ukuran bulan lebih kecil dibandingkan bumi atau matahari, maka terjadi tiga kemungkinan gerhana, yaitu gerhana matahari total, sebagian, dan cincin. (1) Gerhana Matahari Total Gerhana ini terjadi pada daerah-daerah yang berada di bayangan inti (umbra), sehingga cahaya matahari tidak tampak sama sekali. Gerhana matahari total terjadi hanya 6 menit. (2) Gerhana Matahari Cincin Gerhana ini terjadi pada daerah yang terkena lanjutan bayangan inti, sehingga matahari kelihatan, seperti cincin. (3) Gerhana Matahari Sebagian Gerhana ini terjadi pada daerah-daerah yang terletak di antara umbra (bayangan inti) dan penumbra (bayangan kabur), sehingga matahari kelihatan sebagian.4) Pasang Surut Air Laut Tahukah kamu bahwa banjir ternyata dapat terjadi tanpa diawali hujan deras. Pada tahun 2007, kota Jakarta wilayah utara sering digenangi banjir. Banjir itu bukan karena hujan melainkan karena air laut yang sedang pasang. Namun begitu air laut surut, banjir juga akan surut. Pasang adalah peristiwa naiknya permukaan air laut, sedangkan surut adalah peristiwa turunnya permukaan air laut. Pasang surut air laut terjadi akibat pengaruh gravitasi matahari dan gravitasi bulan. Akibat bumi berotasi pada sumbunya, maka daerah yang mengalami pasang surut bergantian sebanyak dua kali. Pasang air laut dibedakan menjadi dua, yaitu pasang purnama dan pasang perbani. a) Pasang Purnama Pasang ini terjadi karena pengaruh gravitasi bulan dan terjadi pada malam hari pada saat bulan baru (bulan purnama). Pasang ini akan menjadi maksimum apabila terjadi gerhana matahari karena air laut dipengaruhi oleh gravitasi bulan dan matahari dengan arah yang sama (searah). b) Pasang Perbani Pasang perbani terjadi karena pengaruh gravitasi bulan dan matahari paling kecil. Pada pasang perbani, permukaan air laut turun serendah-rendahnya. Pasang ini terjadi pada saat bulan kuartir pertama dan kuartir ke tiga. Pasang perbani dipengaruhi oleh gravitasi bulan dan matahari saling tegak lurus. Tata Surya 243