Listrik dan Magnet

Modul Olimpiade IPA SD — Bab 10

Gosokkan penggarismu ke rambut yang kering, lalu dekatkan ke sobekan kertas kecil. Kertasnya melompat menempel. Tidak ada lem, tidak ada magnet — tapi ada sesuatu yang menarik.

Sekarang lihat lampu di kamarmu. Ia menyala karena ada "sesuatu" yang mengalir lewat kabel. Yang mengalir itu ternyata benda yang sama dengan yang membuat kertas melompat tadi: muatan listrik.

Dan yang lebih mengejutkan lagi — kalau muatan itu mengalir, di sekelilingnya muncul magnet. Itulah sebabnya listrik dan magnet dipelajari dalam satu bab: keduanya adalah dua wajah dari hal yang sama.

Ayo kita telusuri dari yang paling awal.

Muatan Listrik dan Listrik Statis

Setiap benda tersusun dari atom, dan atom punya dua macam muatan: proton yang bermuatan positif dan terikat di dalam inti, serta elektron yang bermuatan negatif dan berada di bagian luar.

Kalau jumlah proton dan elektronnya sama, benda itu netral. Kalau tidak sama, benda itu bermuatan.

Ketika dua benda digosokkan, sebagian elektron berpindah dari benda yang satu ke benda yang lain. Benda yang menerima elektron menjadi bermuatan negatif; benda yang melepas elektron menjadi bermuatan positif. Muatan yang diam pada benda seperti ini disebut listrik statis.

Ingat! Yang berpindah saat menggosok selalu elektron, tidak pernah proton. Pilihan jawaban seperti "proton berpindah dari wol ke balon" pasti salah, karena proton terikat kuat di dalam inti atom.

Menggosok dua benda tidak menciptakan muatan; ia hanya memindahkan elektron dari benda yang satu ke benda yang lain. Benda yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif, dan yang menerima elektron menjadi bermuatan negatif.

Itulah sebabnya balon yang digosok kain wol dapat menempel di dinding. Balon menjadi bermuatan, lalu muatan itu menarik muatan berlawanan pada permukaan dinding sehingga keduanya saling menempel. Peristiwa ini disebut induksi listrik.

Untuk menentukan jenis muatan dari hasil percobaan berpasangan, pakai dua aturan ini: benda yang tolak-menolak pasti bermuatan sejenis, dan yang tarik-menarik pasti bermuatan berlawanan (atau salah satunya netral).

Cara mengerjakannya: tetapkan salah satu benda sebagai patokan — misalnya anggap A bermuatan positif — lalu telusuri satu per satu. Kalau A menolak B, maka B juga positif. Kalau B menarik C, maka C negatif. Begitu seterusnya sampai semua benda tergolongkan.

Tarik-Menarik dan Tolak-Menolak Muatan

Aturannya sangat sederhana:

• Muatan sejenis (+ dengan +, atau − dengan −) → tolak-menolak.
• Muatan tidak sejenis (+ dengan −) → tarik-menarik.

Rahasianya cuma satu: tolak = tetap di kelompok yang sama, tarik = pindah kelompok.

Sifat tarik-menarik dan tolak-menolak itu juga dipakai untuk mengenali jenis partikel. Bila sebuah berkas partikel ditembakkan melewati dua pelat bermuatan, arah beloknya langsung memberi tahu muatannya.

Berkas yang membelok ke pelat positif berarti bermuatan negatif, sebab ia ditarik oleh muatan berlawanan. Berkas yang membelok ke pelat negatif berarti bermuatan positif. Adapun berkas yang berjalan lurus tidak terpengaruh sama sekali, berarti ia netral alias tidak bermuatan.

Perhatikan bahwa yang ditarik selalu berlawanan dengan pelat tujuannya — ini sering terbalik saat dikerjakan terburu-buru.

Medan Listrik dan Garis Gayanya

Daerah di sekitar muatan yang masih terasa pengaruhnya disebut medan listrik. Untuk menggambarkannya, kita pakai garis gaya dengan tiga aturan:

1. Garis selalu keluar dari muatan positif dan masuk ke muatan negatif.
2. Jumlah garis sebanding dengan besar muatannya — muatan 2q digambar dengan garis dua kali lebih banyak daripada muatan q.
3. Garis-garis itu tidak pernah berpotongan.

Arus Listrik dan Rangkaian Tertutup

Arus listrik adalah aliran muatan listrik di dalam rangkaian tertutup. Di dalam kawat logam, yang benar-benar bergerak adalah elektron.

Syaratnya ada dua: harus ada beda tegangan (dari baterai) dan harus ada lintasan tertutup. Kalau salah satu tidak terpenuhi, tidak ada arus yang mengalir.

Ingat! Arah arus disepakati mengalir dari kutub positif ke negatif, sedangkan elektron sebenarnya bergerak dari kutub negatif ke positif. Kesepakatan ini dibuat sebelum elektron ditemukan, dan tetap dipakai sampai sekarang.

Alat Ukur Listrik

Alat	Mengukur	Satuan	Dipasang
Amperemeter	kuat arus listrik	ampere (A)	seri
Voltmeter	tegangan	volt (V)	paralel
Ohmmeter	hambatan	ohm (Ω)	pada komponen yang dilepas

Cara mengingatnya gampang: nama alatnya mengikuti nama satuannya. Ampere-meter mengukur yang bersatuan ampere, volt-meter mengukur yang bersatuan volt.

Muatan, mAh, dan Lama Pengisian

Satuan mAh yang tertulis di power bank adalah miliampere dikali jam — yaitu arus dikali waktu. Arus dikali waktu menghasilkan muatan listrik.

Jadi mAh bukan satuan arus, bukan tegangan, dan bukan energi. Ia satuan muatan. Satuan resmi muatan adalah coulomb, dan 1\text{ Ah} = 3600 coulomb.

Contoh Soal 1

Andri memiliki power bank bertuliskan 10.000 mAh. Jika diisi dengan arus 2 A, berapa lama waktu pengisian dari kosong hingga penuh?

Pembahasan:

Langkah 1 — samakan satuannya. 10.000 mAh = 10 Ah.

Langkah 2 — gunakan hubungan muatan. Karena muatan = arus × waktu, maka waktu = muatan ÷ arus.

t = \frac{10\text{ Ah}}{2\text{ A}} = 5\text{ jam}

Jawaban: 5 jam. Perhatikan bahwa satuan Ah dibagi A memang menyisakan jam — ini cara cepat memeriksa jawabanmu.

Hukum Ohm

Hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan ditulis:

V = I \times R

dengan V = tegangan (volt), I = kuat arus (ampere), dan R = hambatan (ohm).

Ingat! Pada grafik V terhadap I, kemiringan garis sama dengan R = V/I. Garis yang lebih curam berarti hambatannya lebih besar — bukan lebih kecil.

Rangkaian Seri

Pada rangkaian seri, komponen disusun berurutan pada satu jalur tanpa percabangan.

• Arus yang melewati setiap komponen sama besar.
• Tegangan terbagi ke masing-masing komponen.
• Hambatan total: R_s = R_1 + R_2 + R_3 — makin banyak komponen, makin besar hambatannya.
• Kalau satu lampu putus, semua padam, karena jalurnya terputus.

Hambatan listrik sering juga disebut resistor, terutama pada gambar rangkaian. Keduanya berarti sama, dan lambangnya sama-sama R dengan satuan ohm.

Ciri paling cepat mengenali jenis rangkaian: kalau semua resistor berada pada satu jalur tanpa percabangan, itu rangkaian seri. Kalau jalurnya bercabang lalu bertemu lagi, itu rangkaian paralel.

Dari situ lahir dua aturan yang wajib dihafal. Pada rangkaian seri, arus yang mengalir sama besar di semua bagian, sedangkan tegangan terbagi-bagi. Pada rangkaian paralel, tegangan pada tiap cabang sama besar, sedangkan arus terbagi-bagi.

Beda tegangan antara dua titik disebut juga beda potensial, dan itulah yang mendorong arus mengalir — sama seperti beda ketinggian yang membuat air mengalir.

Untuk rangkaian campuran, kerjakan dari dalam ke luar: selesaikan dulu bagian paralelnya menjadi satu hambatan pengganti, baru jumlahkan dengan bagian serinya.

Rangkaian Paralel

Pada rangkaian paralel, komponen disusun pada cabang-cabang yang berbeda.

• Tegangan pada setiap cabang sama besar.
• Arus total terbagi ke cabang-cabang; cabang dengan hambatan lebih kecil dilewati arus lebih besar.
• Hambatan total: \frac{1}{R_p} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} — hasilnya selalu lebih kecil daripada hambatan terkecil.
• Kalau satu lampu putus, yang lain tetap menyala.

Ingat! Untuk dua hambatan yang sama, susunan paralel selalu memberi hambatan total lebih kecil daripada susunan seri. Alasannya masuk akal: paralel menyediakan lebih dari satu jalan bagi arus, jadi arus lebih mudah mengalir.

Itulah sebabnya lampu-lampu di rumah dipasang paralel. Kalau dipasang seri, satu lampu putus akan mematikan seluruh rumah.

Rangkaian Campuran

Kebanyakan soal olimpiade memakai rangkaian campuran: sebagian seri, sebagian paralel. Cara mengerjakannya selalu sama — selesaikan dari bagian yang paling dalam, lalu ganti bagian itu dengan satu hambatan pengganti.

Contoh Soal 2

Sebuah sumber 12 V dihubungkan dengan hambatan 2 Ω yang disusun seri dengan gabungan paralel 6 Ω dan 3 Ω. Berapa arus yang melalui hambatan 6 Ω dan yang melalui hambatan 3 Ω?

Pembahasan:

Langkah 1 — hitung gabungan paralelnya.

\frac{1}{R_p} = \frac{1}{6} + \frac{1}{3} = \frac{1}{6} + \frac{2}{6} = \frac{3}{6}

sehingga R_p = 2\ \Omega.

Langkah 2 — hitung hambatan total. R = 2 + 2 = 4\ \Omega.

Langkah 3 — hitung arus total. I = 12/4 = 3 A.

Langkah 4 — cari tegangan pada bagian paralel. Tegangan yang terpakai pada hambatan 2 Ω adalah 3 \times 2 = 6 V, sehingga sisanya untuk bagian paralel adalah 12 - 6 = 6 V.

Langkah 5 — bagi ke tiap cabang. Karena kedua cabang bertegangan sama:

I_1 = \frac{6}{6} = 1\text{ A} \qquad I_2 = \frac{6}{3} = 2\text{ A}

Jawaban: Arus pada hambatan 6 Ω adalah 1 A, dan pada hambatan 3 Ω adalah 2 A.

Periksa dengan cepat: 1 A + 2 A = 3 A, sama dengan arus totalnya. Cocok. Perhatikan juga bahwa cabang dengan hambatan lebih kecil (3 Ω) memang mendapat arus lebih besar.

Menelusuri Rangkaian Bersaklar

Soal olimpiade sering memberi rangkaian dengan beberapa saklar, lalu menanyakan lampu mana yang menyala. Caranya bukan menebak, tetapi menelusuri:

1. Mulai dari kutub positif baterai.
2. Ikuti kawat dengan jari, cabang demi cabang.
3. Kalau jarimu bisa kembali ke kutub negatif lewat sebuah lampu, lampu itu menyala.
4. Kalau jalurnya terpotong saklar terbuka, lampu di jalur itu padam.

Ingat! Kalau sebuah saklar dipasang sejajar dengan lampu, menutup saklar itu justru memadamkan lampunya. Sebabnya, kawat saklar hampir tidak punya hambatan, sehingga arus lewat situ semua dan lampunya terlewati. Peristiwa ini disebut hubung singkat.

Kalau hubung singkat terjadi langsung pada kedua kutub baterai tanpa melewati beban apa pun, arusnya menjadi sangat besar. Akibatnya baterai cepat habis dan panas, bahkan bisa rusak. Inilah alasan rumah dipasangi sekring atau MCB.

Apa yang Menentukan Terang Lampu

Terang sebuah lampu ditentukan oleh daya yang diserapnya, yaitu P = I^2 \times R. Untuk lampu-lampu yang identik, aturannya jadi sederhana: yang dilalui arus lebih besar akan lebih terang.

Ingat! Baterai yang lebih besar tidak otomatis membuat lampu lebih terang. Kalau tegangannya sama, lampunya sama terang. Ukuran baterai menentukan kapasitas — yaitu berapa lama ia sanggup menyalakan lampu, bukan seberapa terang nyalanya.

Ada dua kejadian pada rangkaian lampu yang sering ditanyakan.

Pertama, lampu yang dipasang sejajar dengan saklar. Ketika saklar dibuka, arus terpaksa lewat lampu sehingga lampu menyala. Ketika saklar ditutup, arus memilih jalur saklar yang hambatannya hampir nol, sehingga lampu justru padam meskipun rangkaiannya tersambung. Jalur pintas semacam ini disebut hubung singkat.

Kedua, terang redupnya lampu pada cabang berbeda. Pada rangkaian paralel, cabang yang hambatannya lebih kecil dilewati arus lebih besar, sehingga lampu di cabang itu menyala lebih terang. Arus selalu memilih jalan yang paling mudah, dan pembagiannya berbanding terbalik dengan hambatannya.

Daya dan Energi Listrik

Daya listrik adalah banyaknya energi yang dipakai tiap detik:

P = V \times I

Energi listrik adalah daya dikali lamanya pemakaian:

E = P \times t

Di rekening listrik rumah, energi ditulis dalam kWh (kilowatt-jam). Karena itu daya harus diubah dulu ke kilowatt, yaitu dibagi 1.000.

Contoh Soal 3

Komputer 200 W, lampu 40 W, dan setrika 300 W dipakai bersamaan selama 10 jam. Berapa besar energi listrik yang terpakai?

Pembahasan:

Langkah 1 — jumlahkan dayanya. 200 + 40 + 300 = 540 W.

Langkah 2 — ubah ke kilowatt. 540 \div 1000 = 0{,}54 kW.

Langkah 3 — kalikan dengan waktu.

E = 0{,}54 \times 10 = 5{,}4\text{ kWh}

Jawaban: Energi yang terpakai 5,4 kWh.

Inilah alasan listrik dikirim pada tegangan sangat tinggi: dengan daya yang sama, tegangan tinggi membuat arusnya kecil, sehingga panas yang terbuang di sepanjang kawat jauh berkurang.

Menghitung energi listrik beberapa alat sekaligus mudah asal urutannya benar: jumlahkan dulu seluruh dayanya, baru kalikan dengan waktu pemakaiannya.

W = P_{\text{total}} \times t

Misalnya komputer 200 W, lampu 40 W, dan setrika 300 W dipakai bersamaan selama 10 jam. Daya totalnya 540 W, sehingga energinya 540 \times 10 = 5400 watt-jam atau 5,4 kWh.

Perhatikan satuan yang diminta. Kalau jawabannya harus dalam joule, waktunya harus diubah ke detik lebih dulu. Kalau dalam kWh, dayanya diubah ke kilowatt dan waktunya tetap dalam jam.

Magnet dan Kutubnya

Setiap magnet punya dua kutub: utara (U) dan selatan (S). Gaya magnetnya paling kuat di kedua ujung, dan paling lemah di bagian tengah yang disebut daerah netral.

Ingat! Kalau dua benda tolak-menolak, keduanya pasti magnet. Tetapi kalau keduanya tarik-menarik, belum tentu — bisa jadi salah satunya hanya besi biasa yang tertarik magnet. Jadi tolak-menolak adalah satu-satunya uji yang pasti.

Contoh Soal 4

Tiga logam AB, CD, dan EF diuji. Hasilnya: A dan C tarik-menarik; A dan E tolak-menolak; F dan C tarik-menarik; F dan D tarik-menarik. Pernyataan mana yang benar?

Pembahasan:

Langkah 1 — cari peristiwa tolak-menolak. Hanya A dan E yang tolak-menolak. Berarti AB dan EF pasti magnet.

Langkah 2 — bagaimana dengan CD? C tertarik oleh A, dan C juga tertarik oleh F. Padahal A dan F adalah kutub yang berlawanan jenis (karena A menolak E, sementara F adalah ujung lain dari EF).

Langkah 3 — apa artinya? Sebuah magnet tidak mungkin tertarik oleh dua kutub yang berlawanan sekaligus. Jadi CD bukan magnet — ia hanya besi biasa yang tertarik ke kutub mana pun.

Jawaban: AB magnet, EF magnet, dan CD bukan magnet.

Dari hubungan P = V \times I lahir alasan mengapa listrik dikirim pada tegangan sangat tinggi.

Untuk daya yang sama, tegangan yang lebih tinggi berarti arus yang lebih kecil. Arus kecil itu penting karena panas yang terbuang di sepanjang kawat sebanding dengan kuadrat arusnya — jadi menurunkan arus sedikit saja sudah sangat menghemat.

Contohnya pembangkit berdaya 500 MW yang mengirim listrik pada tegangan 500 kV hanya mengalirkan arus I = P/V = 500{.}000{.}000 : 500{.}000 = 1000 ampere. Kalau tegangannya diturunkan menjadi 220 V, arusnya akan melonjak jutaan ampere dan kawatnya pasti terbakar.

Karena itu tegangan baru diturunkan lewat trafo setelah sampai dekat rumah kita.

Bahan-Bahan Magnetik

Berdasarkan tanggapannya terhadap magnet, bahan digolongkan menjadi tiga:

• Feromagnetik — ditarik kuat. Contohnya besi, baja, kobalt, nikel. Hanya kelompok ini yang bisa dijadikan magnet.
• Paramagnetik — ditarik sangat lemah. Contohnya aluminium dan platina.
• Diamagnetik — justru ditolak lemah. Contohnya emas, perak, tembaga, dan seng.

Ingat! Emas, perak, dan tembaga tidak ditarik magnet meskipun ketiganya logam. Jangan tertipu oleh anggapan "semua logam pasti ditarik magnet" — itu keliru.

Untuk menentukan kutub magnet dari hasil percobaan berpasangan, pakai aturan yang sama seperti pada muatan listrik: kutub sejenis tolak-menolak, kutub tak sejenis tarik-menarik.

Caranya juga sama: tetapkan satu ujung sebagai patokan, lalu telusuri seluruh hasil percobaannya satu per satu sampai semua ujung tergolongkan. Kalau di tengah jalan muncul pertentangan, berarti tebakan awalmu perlu dibalik.

Bahan magnetik yang didekatkan pada magnet akan menjadi magnet sementara — peristiwa ini disebut induksi magnet. Aturannya: ujung yang paling dekat dengan magnet selalu menjadi kutub yang berlawanan dengan kutub magnet di dekatnya.

Jadi kalau kutub selatan sebuah magnet didekatkan pada ujung K sebuah balok besi, maka ujung K menjadi kutub utara dan ujung satunya menjadi kutub selatan. Kalau ada balok kedua di belakangnya, polanya berlanjut selang-seling dengan cara yang sama.

Magnet Permanen dan Magnet Sementara

Berdasarkan lamanya sifat magnet bertahan, magnet dibedakan menjadi dua.

Magnet permanen atau magnet tetap mempertahankan sifat magnetnya dalam waktu yang sangat lama. Bahannya berupa baja, alnico, dan besi berilium. Baja sukar dijadikan magnet, tetapi begitu jadi ia sukar pula kehilangan kemagnetannya.

Magnet sementara atau magnet remanen hanya bersifat magnet selama pengaruhnya ada. Bahannya berupa besi lunak. Besi mudah dijadikan magnet, tetapi juga mudah kehilangan kemagnetannya begitu pengaruhnya dihilangkan.

Sifat berlawanan itulah yang menentukan pemakaiannya. Inti elektromagnet selalu memakai besi lunak, sebab kita justru ingin kemagnetannya cepat hilang ketika arus diputus. Sebaliknya magnet kulkas dan jarum kompas memakai bahan yang mempertahankan kemagnetannya.

Sifat magnet dapat dihilangkan dengan tiga cara: dipanaskan, dipukul-pukul, dan dialiri arus bolak-balik. Ketiganya bekerja dengan cara yang sama, yaitu mengacaukan susunan magnet-magnet kecil di dalam bahan sehingga arahnya kembali tidak beraturan.

Cara Membuat Magnet

Ada tiga cara membuat magnet:

1. Menggosok — batang besi digosok searah berulang kali dengan salah satu kutub magnet. Ujung yang terakhir disentuh menjadi kutub yang sama dengan kutub penggosoknya.
2. Induksi — besi cukup didekatkan tanpa menyentuh. Ujung yang terdekat menjadi kutub yang berlawanan dengan kutub magnet di dekatnya.
3. Dialiri arus listrik (elektromagnet) — kawat dililitkan pada inti besi lalu dialiri arus.

Magnet yang Dipotong

Ingat! Memotong magnet tidak menghasilkan satu potongan kutub utara dan satu potongan kutub selatan. Yang terjadi adalah terbentuknya dua magnet baru, masing-masing tetap lengkap dengan kutub U dan S. Kutub tunggal tidak pernah bisa dibuat dengan cara memotong.

Melihat Medan Magnet dengan Serbuk Besi

Medan magnet tidak dapat dilihat, tetapi bentuknya dapat ditampakkan dengan percobaan yang sangat sederhana.

Letakkan sehelai kertas atau lembar plastik bening di atas magnet batang, lalu taburkan serpihan atau serbuk besi di atasnya sambil diketuk perlahan. Serbuk besi akan menyusun diri membentuk pola garis-garis lengkung yang rapi.

Pola itulah gambaran garis gaya magnet. Dari pola tersebut terbaca dua hal penting. Pertama, garis gaya keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan. Kedua, garis gaya paling rapat di sekitar kedua kutub — dan itu berarti medan magnetnya paling kuat di sana.

Percobaan ini juga menunjukkan bahwa kertas dan plastik sama sekali tidak menghalangi gaya magnet. Gaya magnet dapat menembus bahan nonmagnetik seperti kertas, kaca, plastik, dan kayu — itulah sebabnya magnet kulkas tetap menempel meskipun dilapisi stiker.

Medan Magnet dan Kompas

Di luar magnet, garis medan selalu keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan. Aturan inilah yang dipakai untuk menentukan kutub jika soal hanya memberi arah panah garis medannya.

Jarum kompas adalah magnet kecil yang bebas berputar. Karena bumi memiliki medan magnet, jarum itu selalu menyejajarkan diri dengan medan bumi sehingga menunjuk arah utara–selatan.

Jarum kompas sebenarnya adalah magnet kecil yang bebas berputar. Karena Bumi sendiri bersifat magnet raksasa, jarum itu selalu menyejajarkan diri dengan medan magnet Bumi sehingga selalu menunjuk arah utara dan selatan.

Ada satu hal yang menarik di sini. Ujung jarum yang menunjuk ke utara geografis disebut kutub utara jarum — padahal ia tertarik ke sana justru karena di dekat kutub utara Bumi terdapat kutub selatan magnet Bumi. Nama dan sifatnya memang sengaja dibuat berlawanan agar penamaan arahnya tetap masuk akal.

Listrik Menghasilkan Magnet

Pada tahun 1820, Hans Christian Oersted meletakkan jarum kompas di dekat kawat. Ketika kawat itu dialiri arus, jarum kompas menyimpang. Ketika arus diputus, jarum kembali menunjuk utara.

Kesimpulannya luar biasa: arus listrik menghasilkan medan magnet di sekitar kawat. Sejak itulah listrik dan magnet tidak lagi dianggap dua hal terpisah.

Arah medannya melingkari kawat, dan dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan: kalau ibu jari menunjuk arah arus, arah lengkungan jari-jari lain menunjukkan arah medan magnetnya.

Kalau kawat berarus dililitkan menjadi kumparan pada inti besi, terbentuklah elektromagnet. Kekuatannya dapat diperbesar dengan tiga cara:

• Menambah jumlah lilitan kawat;
• Memperbesar kuat arus yang mengalir;
• Memakai inti besi lunak di dalam kumparan.

Ingat! Mengurangi lilitan atau memakai baterai bertegangan lebih kecil justru melemahkan elektromagnetnya. Kedua pilihan itu sering muncul sebagai pengecoh.

Bel listrik adalah contoh bagus penerapan elektromagnet. Bagian-bagiannya adalah baterai sebagai sumber arus, kumparan yang dililitkan pada inti besi, sebuah pemukul, dan gong.

Bagian yang bersifat magnet dan menarik besi adalah kumparan berinti besi itu — inilah elektromagnetnya. Ketika arus mengalir, inti besi menjadi magnet dan menarik pemukul sehingga memukul gong. Tarikan itu sekaligus memutus rangkaian, sehingga magnetnya hilang dan pemukul kembali ke tempatnya — lalu rangkaian tersambung lagi dan siklusnya berulang sangat cepat.

Kelebihan elektromagnet dibandingkan magnet biasa ada tiga: kekuatannya dapat diatur lewat besar arus dan jumlah lilitan, sifat magnetnya dapat dihilangkan kapan saja dengan memutus arus, dan kutubnya dapat dibalik dengan membalik arah arus.

Muatan Bergerak dalam Medan Magnet

Muatan yang bergerak di dalam medan magnet akan mengalami gaya magnet. Ada dua hal penting tentang gaya ini:

• Arahnya selalu tegak lurus terhadap arah gerak muatan;
• Karena selalu tegak lurus, gaya itu membelokkan muatan terus-menerus sehingga lintasannya menjadi melingkar.

Ingat! Lintasannya melingkar, bukan lurus dan bukan parabola. Lintasan parabola terjadi kalau gayanya tetap satu arah — seperti gerak benda jatuh — sedangkan di sini arah gayanya ikut berputar mengikuti arah gerak.

Untuk muatan negatif seperti elektron, arah gayanya berlawanan dengan arah gaya pada muatan positif dalam keadaan yang sama.

Latihan Yuk!

1. Sebuah lampu dihubungkan dengan tegangan 6 V dan hambatannya 3 Ω. Berapa kuat arus yang mengalir?
2. Mengapa lampu di rumah dipasang paralel, bukan seri?
3. Sebuah saklar dipasang sejajar dengan lampu A. Apa yang terjadi pada lampu A saat saklar ditutup? Mengapa?
4. Sebutkan tiga cara memperkuat sebuah elektromagnet.
5. Sebuah magnet batang dipotong menjadi tiga bagian. Berapa banyak kutub magnet seluruhnya sekarang?

Kunci Jawaban Latihan

• I = V/R = 6/3 = 2 A.
• Agar tegangan setiap lampu sama besar (sehingga sama terang), dan agar satu lampu yang putus tidak mematikan lampu yang lain.
• Lampu A padam, karena saklar yang tertutup membuat hubung singkat yang memintas lampu. Arus memilih jalur saklar yang hambatannya hampir nol.
• Menambah jumlah lilitan, memperbesar kuat arus, dan memakai inti besi lunak.
• Setiap potongan tetap punya dua kutub, jadi tiga potongan berarti enam kutub.

Rangkuman

• Yang berpindah saat benda digosok selalu elektron. Penerima elektron bermuatan negatif, pelepas elektron bermuatan positif.
• Muatan sejenis tolak-menolak; tidak sejenis tarik-menarik. Untuk mengelompokkan: tolak = sekelompok, tarik = beda kelompok.
• Garis medan listrik keluar dari (+), masuk ke (−), jumlahnya sebanding besar muatan, dan tidak pernah berpotongan.
• Arus mengalir dari + ke −; elektron bergerak sebaliknya. Syaratnya: ada tegangan dan lintasan tertutup.
• Amperemeter (seri) mengukur arus, voltmeter (paralel) mengukur tegangan, ohmmeter mengukur hambatan.
• mAh adalah satuan muatan. Lama pengisian t = Q/I.
• Hukum Ohm: V = I \times R. Pada grafik V–I, garis lebih curam berarti hambatan lebih besar.
• Seri: arus sama, R bertambah, satu putus semua padam. Paralel: tegangan sama, R total lebih kecil, satu putus yang lain nyala.
• Rangkaian campuran dikerjakan dari bagian terdalam. Saklar sejajar lampu → hubung singkat → lampu padam.
• Terang lampu ditentukan daya P = I^2 R. Baterai besar bukan berarti lebih terang, melainkan lebih awet.
• P = V \times I dan E = P \times t (kWh). Arus transmisi I = P/V.
• Tolak-menolak adalah bukti pasti kemagnetan. Bahan feromagnetik: besi, baja, kobalt, nikel.
• Membuat magnet: menggosok (ujung akhir = kutub penggosok), induksi (ujung terdekat = kutub berlawanan), elektromagnet.
• Magnet dipotong tetap menghasilkan magnet berkutub lengkap. Garis medan keluar dari U, masuk ke S.
• Oersted: arus listrik menghasilkan medan magnet. Elektromagnet diperkuat dengan menambah lilitan, arus, dan inti besi.
• Muatan bergerak dalam medan magnet mengalami gaya tegak lurus, sehingga lintasannya melingkar.

Penutup

Bab ini dimulai dari sisir yang menarik kertas, dan berakhir pada pembangkit listrik yang mengirim daya ratusan megawatt. Jaraknya jauh, tetapi dasarnya cuma satu: muatan listrik.

Kalau muatan itu diam di permukaan benda, kita menyebutnya listrik statis. Kalau ia mengalir dalam kawat, kita menyebutnya arus listrik. Dan kalau ia bergerak, di sekelilingnya muncul medan magnet.

Jadi ketika kamu menghadapi soal bab ini, tanyakan dua hal saja: muatannya sedang diam atau bergerak? dan lewat jalur mana ia mengalir? Dari dua pertanyaan itu, hampir semua jawabannya bisa kamu susun sendiri.