Halo, semuanya! Sobat pinter, apakah kamu sudah siap kali ini untuk belajar mengenai materi kemagnetan dan pemanfaatannya? Bab pembahasan ini merupakan salah satu pelajaran penting IPA SMP Kelas IX. Yuk, siapkan pena dan buku catatan kamu sekarang juga!
Daftar Isi
Pemanfaatan Medan Magnet pada Migrasi Hewan
Medan magnet bumi merupakan suatu daerah yang ada di sekitar bumi yang masih dipengaruhi oleh gaya tarik dari bumi. Hewan mampu mendeteksi adanya medan magnet bumi karena di dalam tubuhnya terdapat magnet pula yang biasa disebut sebagai biomagnetik.
Di sisi lain, peran dari medan magnet juga untuk membantu hewan dalam memudahkan urusan migrasi atau proses perpindahan tempat yang dilakukan dari satu tempat ke tempat yang lain. Hal ini dikarenakan terjadinya perubahan musim di bumi yang berdampak bagi kehidupan hewan termasuk untuk kepentingan tempat tinggal, usaha mencari mangsa, maupun menghindari ancaman bahaya predator.
Baca juga: Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari
Migrasi Burung
Para burung itu akan memanfaatkan partikel magnetik yang berada di dalam tubuh untuk kemudian dapat menciptakan suatu peta yang memiliki fungsi sebagai navigasi atau penentu arah dengan menggunakan bantuan dari medan magnet bumi. Burung merpati juga menjadi salah satu contoh burung yang memanfaatkan medan magnet bumi untuk menjalankan tugasnya sebagai pengantar atau kurir surat pada jaman dahulu.
Migrasi Ikan Salmon
Sebenarnya, habitat dari ikan salmon adalah di Samudra Atlantik dan juga Samudra Pasifik. Tujuan dari ikan ini melakukan perpindahan tempat adalah untuk kepentingan berkembang biak atau memperbanyak diri dengan cara kawin. Kemampuan dari ikan salmon adalah dapat kembali lagi ke aliran sungai air tawar yang menjadi tempat awal penetasan telur serta tumbuh walaupun setelah ikan itu berenang ribuan kilometer jauhnya dalam perjalanannya mengarungi samudra.
Migrasi Penyu
Hewan penyu akan memulai dan juga mengakhiri kegitan migrasi di Pantai Timur Florida, Amerika Serikat. Besar panjang jalur migrasinya yaitu 12.900 km dengan perjalanan melewati Laut Surgasso yang berada di wilayah perairan Laut Atlantik utara. Untuk melakukan sekali migrasi dibutuhkan waktu sekitar 5-10 tahun. Penyu mampu bermigrasi secara seorang diri tanpa mengikuti kelompok penyu lainnya.
Migrasi Lobster Duri
Lobster duri mampu melakukan migrasi yang ditunjukkan dengan penelitian seorang Kenneth Lohmann. Prinsip kerjanya yaitu memposisikan lobster duri ke dalam suatu bak air yang dapat diatur medan magnetnya. Ketika medan magnet diubah, lobster duri akan beradaptasi agar tetap bergerak untuk menuju ke arah kutub utara.
Magnet dalam Tubuh Bakteri
Magnetotactic bacteria (MTB) adalah jenis bakteri yang dapat melakukan kegiatan navigasi serta migrasi dengan memanfaatkan keberadaan dari medan magnet. Hal tersebut disebabkan oleh adanya suatu organel yang menjadi komponen spesial pada bakteri itu yang dapat kamu sebut sebagai magnetosome. Biasanya, bakteri jenis ini juga memiliki flagel yang berperan untuk mendorong ketika bergerak.
Pertama kali bakteri tersebut ditemukan oleh Richard P. Blakemore pada tahun 1975. Magnetosome tersusun atas senyawa magnetite (Fe3O4) atau greigite (Fe3S4) dengan kemampuan sifat kemagnetan yang jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan magnet sintetik. Perlu penelitian lebih lanjut mengenai magnetosome serta senyawa yang berada di dalamnya karena diduga mempunyai manfaat yang besar dalam bidang kesehatan.
Baca juga: Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari
Teori Dasar Kemagnetan
Pada bagian ini akan dipelajari mengenai pembahasan teori dasar kemagnetan sebagai bentuk alasan kemajuan perkembangan peradaban manusia yang tidak terlepas dari pemanfaatan magnet. Ayo, ketahui dengan detail dalam penjabaran berikut!
Konsep Gaya Magnet
Awalnya, kata magnet ini berasal dari bahasa Yunani yaitu magnitis lithos yang artinya batu Magnesian. Umumnya, magnet terbuat dari logam seperti besi dan baja dengan berbagai macam bentuk yang dinamai sesuai dengan wujud bentuknya.Magnet mempunyai dua kutub yakni utara dan selatan. Jika kutub magnet yang senama didekatkan tentunya akan mengalami gaya tolak menolak antar magnetnya.
Sedangkan untuk kutub magnet yang berbeda nama didekatkan maka akan terjadi gaya tarik menarik antar kedua magnet tersebut. Gaya magnet yang hadir berasal dari adanya interaksi yang terjadi antara kutub-kutub magnet yang diakibatkan oleh gerakan muatan listrik atau elektron pada benda. Berikut beberapa faktor yang mempengaruhi konsep gaya magnet.
A. Sifat Magnet Bahan
Apabila didasarkan pada sifat interaksi bahan terhadap magnet, benda akan dikelompokkan ke dalam tiga golongan yaitu feromagnetik, diamagnetik, dan paramagnetik. Feromagnetik adalah benda yang dapat ditarik secara kuat oleh magnet, sebagai contohnya adalah besi. Sedang paramagnetik merupakan benda yang dapat ditarik magnet secara lemah, misalnya magnesium. Diamagnetik adalah benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet, contohnya emas.
B. Cara Membuat Magnet
Magnet juga dapat dibuat karena sejatinya magnet ini bukan hanya dapat ditemukan di alam. Sebagai contoh, menggosok besi menjadi salah satu caranya. Besi akan digosok dengan arah yang tetap, supaya magnet elementer dapat diatur untuk menuju ke satu arah saja. Selain itu, metode lainnya adalah menginduksi besi dengan magnet selama kurun waktu tertentu serta meliliti besi dengan kawat penghantar yang telah dialiri dengan arus listrik DC (elektromgnet).
C. Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari-hari
Berbagai bentuk macam penerapan elektromagnet dalam kehidupan sehari-hari dapat kamu jumpai pada alat sederhana seperti bel listrik, sakelar listrik, serta telepon kabel. Yuk, cermati penjelasan berikut ini dengan seksama!
1.) Bel Listrik Sederhana
Ketika tombol dari bel listrik ditekan maka rangkaian arus akan menjadi tertutup dan arus akan mengalir pada kumparan yang menyebabkan besi di dalamnya menjadi elektromagnet sehingga mampu menggerakkan lengan pemukul yang bertugas untuk memukul bel dan akhirnya bel tersebut pun berbunyi.
2.) Sakelar
Fungsi dari sakelar adalah untuk memutus dan menghubungkan aliran listrik pada rangkaian listrik. Ketika sakelar membentuk rangkaian tertutup, maka lilitan kawat yang berfungsi sebagai elektromagnet segera menarik ujung besi ke bawah. Kemudian, ujung besi yang lainnya akan menyimpang ke bagian kanan serta mendorong tangkai ke arah kiri sehingga tangkai kiri dan juga kanan akan saling bersentuhan untuk mengalirkan arus listrik dan membuat lampunya menyala.
3.) Telepon Kabel
Prinsip kerj telepon adalah mengubah energi listrik menjadi energi bunyi. Ketika terjadi pembicaraan maka kuat arus listrik yang mengalir mengalami perubahan sehingga menyebabkan timbulnya efek elektromagnet dengan kekuatan yang berubah-ubah.
Lalu, diafragma besi lentur pada speaker telepon akan bergetar yang selanjutnya mengakibatkan udara yang berada di sekitar speaker menjadi juga ikut bergetar sehingga memberikan efek dengar bagi telinga.
D. Cara Menghilangkan Kemagnetan
Caranya adalah dengan melakukan kegiatan memukul-mukulkan magnet, memanaskan, serta meliliti magnet menggunakan arus bolak-balik atau AC. Secara prinsip, hilangnya sifat kemagnetan pada magnet disebabkan oleh arah magnet elementer yang teracak.
E. Medan Magnet
Pengertian medan magnet sendiri adalah daerah yang berada di sekitar magnet yang dapat mempengaruhi magnet ataupun benda yang bersifat feromagnetik. Medan magnet yang paling besar terdapat pada ujung-ujung kutub magnet yang ditunjukkan dengan bentuk garis-garis gaya magnet yang sangat rapat.
Teori Kemagnetan Bumi
Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi. Ketidaktepatan arah dari kutub utara dan kutub selatan magnet bumi inilah yang disebut dengan deklinasi. Nyatanya, medan magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal permukaan bumi atau yang disebut dengan sudut inklinasi.
Salah satu fungsi medan magnet bumi adalah sebagai pelindung dari radiasi kosmik atau partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari dan benda-benda langit lainnya. Kosmik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi sebab akan tertarik kuat menuju kutub-kutub magnet bumi.
Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut akan mengalami ionisasi (peristiwa lepasnya elektron dari nukleon) sehingga membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan supaya elektron mampu terlepas dari nukleon). Kamu dapat melihat peristiwa aurora sebagai tampilan indah cahaya plasma tersebut.
Baca juga: Sistem Perkembangbiakan Tumbuhan dan Hewan
Induksi Magnet dan Gaya Lorentz
Selanjutnya adalah pembahasan mengenai induksi magnet serta gaya Lorentz, yang akan dimulai dengan materi diskusi induksi magnet, konsep dasar dari gaya Lorentz, serta berbagai penerapan dari gaya Lorentz yang ada pada motor listrik.
A. Induksi Magnet
Hans Christian Oersted pada tahun 1820 menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet yang dilakukan dengan observasi penelitian tentang pergerakan jarum kompas ketika diletakkan di dekat kabel yang dialiri arus listrik.
Percobaan tersebut dikenal sebagai percobaan Oersted, di mana arah medan magnet serta arah arus yang dapat ditunjukkan dengan kaidah tangan kanan. Arus listrik diwakili dengan huruf I sedangkan medan magnet diwakili dengan huruf B seperti pada gambar berikut ini.
Untuk kawat yang lurus, medan magnet yang dihasilkan akan melingkari arah arus. Berbeda halnya pada kabel yang dibentuk melingkar atau kumparan, medan magnet yang dihasilkan ialah seolah-olah membentuk kutub utara dan selatan pada ujung-ujungnya atau sama persis yang terjadi pada magnet batang seperti pada gambar di bawah ini.
B. Konsep Gaya Lorentz
Kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya lorentz. Semakin besar aliran listrik dan medan magnetnya, maka akan semakin besar pula gaya Lorentz yang dihasilkan. Sama halnya dengan panjang kawat berarus yang nilainya berbanding lurus dengan gaya Lorentz yang dihasilkan. Arah arus (I) dan arah medan magnet (B) memiliki posisi yang saling tegak lurus, sehingga rumus untuk menentukan besar gaya Lorentz yang dihasilkan :
dengan keterangan :
F = Gaya Lorentz (Newton)
B = Medan magnet (Tesla)
I = Kuat arus listrik (Ampere)
L = Panjang kawat berarus yang masuk ke dalam medan magnet (meter)
Untuk menentukan arah gaya Lorentz, kamu dapat menggunakan kaidah tangan kanan seperti yang ada pada gambar berikut.
C. Penerapan Gaya Lorentz pada Motor Listrik
Pada prinsipnya, motor listrik memiliki fungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Beberapa komponen yang terdapat pada motor listrik adalah magnet tetap dan kumparan. Apabila terdapat arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet maka kumparan itu pasti akan mengalami gaya Lorentz yang membuat kumparan menjadi berputar.
Induksi Elektromagnetik
Perubahan medan magnet yang dapat menghasilkan listrik disebut sebagai induksi elektromagnetik. Faraday mengatakan bahwa listrik dapat diperoleh dengan cara menggerak-gerakkan magnet batang keluar masuk kumparan. Penemuan ini lalu diaplikasikan pada alat generator listrik yang mampu mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Nah, untuk ringkasan detailnya dapat kamu cermati dalam ulasan di bawah ini.
A. Generator
Salah satu alat yang memanfaatkan prinsip pengubahan energi gerak (energi kinetik) menjadi energi listrik. Generator juga dikelompokkan menjadi dua yaitu generator AC dan DC. Pada generator AC, arus listrik dihasilkan dengan menggunakan cincin ganda. Tetapi pada generator DC, arus listrik dihasilkan tersebut dilakukan dengan menggunakan komutator (cincin belah).
B. Dinamo AC-DC
Definisi dari dinamo ialah generator yang relatif kecil. Seperti contohnya pada sepeda yang memiliki dinamo yang berfungsi sebagi sumber energi listrik untuk dapat menyalakan lampu dengan mengubah energi gerak (kayuhan sepeda) menjadi energi listrik. Cara kerja dinamo memang hampir sama dengan generator termasuk juga dengan penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC serta cincin ganda pada dinamo AC.
Perbedaannya hanya terletak pada dua komponen utama dinamo yakni rotor (bagian yang bergerak) serta stator sebagai bagian yang diam. Ketika sepeda dikayuh dengan sangat cepat, maka dinamo akan bergerak cepat juga sehingga GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi yang dihasilkan menjadi jauh lebih kuat dan tentu saja energi listrik yang dihasilkan menjadi lebih banyak.
C. Transformator
Jika didasarkan pada penggunaannya, transformator dibagi menjadi dua yaitu transformator step down dan transformator step up. Untuk transformator step down fungsinya adalah sebagai penurun tegangan listrik, sedang transformator step up lah yang memiliki fungsi untuk menaikkan tegangan listriknya.
Pada dasarnya, transformator terdiri dari lilitan primer dan sekunder yang terhubung dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer akan mendapat tegangan AC dan menginduksi lilitan sekunder. Perubahan arah arus AC menyebabkan medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, dan menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder. Inti besi tersebut dipakai dengan maksud agar dapat memperkuat medan magnet yang diproduksi.
Nilai dari tegangan keluar yang dihasilkan oleh transformator sangat dipengaruhi oleh banyaknya lilitan pada kumparan primer dan sekunder. Apabila jumlah lilitan primer lebih banyak daripada lilitan sekundernya, maka tegangan yang terdapat pada kumparan sekunder akan menjadi lebih kecil daripada tegangan pada kumparan primer. Nah, transfomator itulah yang disebut sebagai transformator step down.
Tapi jika jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada lilitan sekundernya, sudah pasti tegangan yang ada pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan pada kumparan primer. Sehingga, transformator ini disebut dengan transfrmator step up.
Idealnya, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer nantinya akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder yang mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi bernilai 100%. Sehingga untuk penulisan rumusnya menjadi seperti ini.
dengan keterangan :
Wp = Energi primer (J)
Ws = Energi sekunder (J)
Ip = Arus primer (A)
Is = Arus sekunder (A)
Np = Lilitan primer
Ns = Lilitan sekunder
Vp = Tegangan primer (V)
Vs = Tegangan sekunder (V)
Realitanya, tidak pernah dapat dibuat transformator dengan efisiensi sebesar 100% (ideal), karena biasanya sebagian energi listrik akan masuk ke dalam kumparan primer untuk diubah menjadi kalor atau panas. Efisiensi trafo (η) yang tidak ideal dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
dengan keterangan :
Pout = Daya listrik pada kumparan sekunder (W)
Pin = Daya listrik pada kumparan primer (W)
Kemagnetan dalam Produk Teknologi
Dalam perannya, magnet juga banyak dimanfaatkan untuk aplikasi pada berbagai produk teknologi seperti misalnya dalam bidang teknologi kedokteran yaitu MRI, kereta Maglev serta PLTN. Yuk, simak dalam ulasan berikut ini untuk lebih lengkapnya!
MRI (Magnetic Resonance Imaging)
Secara konsep, alat MRI memakai prinsip kemagnetan untuk mencitrakan kondisi dari kesehatan tulang atau organ dalam pada tubuh manusia tanpa melalui suatu prosedur pembedahan. Teknisnya, orang yang diperiksa kesehatannya menggunakan alat tersebut akan dimasukkan ke dalam medan magnet yang punya kekuatan sekitar 5.000 kali lipat jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan medan magnet bumi.
Medan magnet itu mampu mengakibatkan nukleon tubuh berputar dan berbaris sejajar menjadi jarum kompas. Lalu, nukleon ditembak dengan gelombang radio untuk menginduksi arahnya. Nah, ketika arah sudah sejajar maka nukleon akan memancarkan gelombang radio yang selanjutnya diterima komputer sebagai pencitraan dari kondisi yang ada di dalam tubuh.
Kereta Maglev
Singkatan dari Maglev ialah Magnetically levitated atau dalam bahasa indonesia disebut dengan kereta terbang. Kereta tersebut dapat diterbangkan sekitar 10 mm di atas relnya. Walaupun begitu, kereta ini mampu melaju hingga 650 km/jam tanpa terjatuh dan tergelincir. Hal ini disebabkan karena adanya prinsip gaya tolak menolak magnet serta dorongan dari motor induksi. Kereta ini sudah menjadi alat transportasi massal di berbagai negara maju seperti Amerika, Jepang, dan Cina.
Pemanfaatan Magnet dalam PLTN
PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) yang menggunakan energi nuklir sebagai bahan dalam produksi listrik. Prinsip kerjanya mirip dengan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) yang memanfaatkan pembakaran batu bara dalam memanaskan air untuk menghasilkan uap air yang selanjutnya akan dipakai untuk menggerakkan turbin sehingga generator dapat berputar serta menghasilkan listrik.
Energi penggerak turbin diperoleh dari reaksi pemecahan inti atom (fisi) uranium-235 atau melalui penggabungan inti atom (fusi) yang ada di dalam suatu reaktor nuklir. Kemudian uranium-235 diproses sehingga menjadi bentukan kecil seukuran penghapus pensil engan energi sebanding dengan satu ton batu bara. Panas hasil reaksi pemecahan inti atom dapat mencapai 4.000oC.
Tentu saja, reaksi nuklir mampu menghasilkan berbagai partikel yang dapat mengancam serta membahayakan kesehatan apabila sampai menyebar dengan luas ke lingkungan. Supaya hal demikian tidak terjadi, maka digunakan botol magnet yang memiliki medan magnet sangat besar. Sehingga, botol magnet dapat menarik semua partikel bermuatan tersebut agar tetap berada di dalam reaktor.
Pemahaman Akhir
Pemanfaatan medan magnet dalam migrasi hewan, seperti burung, ikan salmon, penyu, dan lobster duri. Kita juga telah memahami bagaimana magnet hadir dalam bakteri dan bagaimana magnet dapat digunakan dalam berbagai aplikasi teknologi seperti MRI, kereta Maglev, dan PLTN.
Kemagnetan memiliki peran penting dalam kehidupan hewan, membantu mereka dalam navigasi dan migrasi. Burung menggunakan medan magnet bumi untuk menentukan arah dan navigasi, sedangkan ikan salmon, penyu, dan lobster duri juga memanfaatkan medan magnet dalam proses migrasi mereka. Bahkan bakteri memiliki kemampuan khusus dalam bergerak dan berorientasi berdasarkan medan magnet.
Dalam teknologi, kemagnetan memainkan peran penting. Contohnya adalah dalam alat MRI yang membantu dokter mendiagnosis kondisi kesehatan dengan menggunakan medan magnet. Kereta Maglev memanfaatkan prinsip gaya tolak menolak magnet untuk bergerak di atas rel tanpa gesekan. Bahkan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN), magnet digunakan untuk mengendalikan partikel bermuatan dalam reaktor.
Dengan pemahaman tentang kemagnetan dan pemanfaatannya, kita dapat lebih menghargai betapa luasnya dampak dan aplikasi dari konsep ini dalam berbagai aspek kehidupan, dari dunia hewan hingga teknologi modern.
Wah, bagaimana sobat pinter mengenai pembelajarannya kali ini? Sudah pasti sangat seru kan? Bukan hanya memberikan wawasan dan ilmu pengetahuan baru mengenai kemagnetan bagi kamu, tapi materi kemagnetan dan pemanfaatannya juga dapat memudahkan kamu dalam memahami tentang pemanfaatan dari kemagnetan itu sendiri. Terima kasih sudah menyimak pelajaran ini dengan baik dan jangan lupa untuk selalu belajar ya!
Sumber :
Wahyudi, Aris Tri. 2004. Pembentukan Magnetosom pada Bakteri. Jurnal Mikrobiologi Indonesia 9 (1): 39-42
Zubaedah, Siti dkk. Ilmu Pengetahuan Alam Edisi Revisi untuk SMP/ MTs Kelas IX. Jakarta: Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan. 2018
