Makalah listrik dan magnet

25

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di dalam kehidupan kita sehari-hari kata listrik bukan merupakan hal yang asing lagi. Banyak peralatan rumah tangga yang menggunakan listrik, misalnya setrika, radio, televisi, lemari es, kipas angin, mesin jahit listrik, magic jar, dan mesin cuci. Hal ini menunjukkan bahwa di dalam kehidupan kita energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok. Dalam ilmu fisika, listrik dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa memperhatikan gerakan atau aliran muatan listrik. Dalam ilmu fisika disebut elektrostatika. Sebaliknya, jika memperhatikan adanya muatan listrik yang bergerak atau mengalir, maka disebut listrik dinamis atau elektrodinamika. Thales dari Milete (540 546 SM) adalah ahli pikir Yunani purba, yang menurut sejarahnya bahwa gejala listrik statis terjadi pada batu ambar yang digosok dengan bulu. Ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda ringan yang lain misalnya bulu ayam. Dalam bahasa Yunani batu ambar sering disebut elektron.Fenomena listrik dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temui pada musim hujan. Ketika menjelang hujan lebat turun, di langit tampak adanya kilat yang mengeluarkan cahaya dan dalam selang waktu yang sangat singkat terdengar suara guntur menggelegar. Petir merupakan loncatan muatan yang dapat menimbulkan bunga api listrik. Petir mampu membakar pohon besar atau gedung yang tinggi, karena suhunya dapat mencapai 28.0000 C. Berbicara mengenai listrik, maka erat hubungannya dengan kata magnet. Di dalam kehidupan sehari-hari kata magnet sudah sering kita dengar. Namun sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda. Kita bisa mengambil suatu benda hanya dengan sebuah magnet, misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung. Bahkan banyak peralatan yang sering kita gunakan, antara lain bel listrik, telepon, dynamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan magnet.

Penelitian tentang kemagnetan pertama kali dilakukan oleh Pierre de Maricourt pada 1269. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa magnet memiliki dua kutub yang searah dengan kutub utara dan selatan bumi. Pada 1600, William Gilbert menyimpulkan bumi merupakan magnet raksasa.Fenomena magnet yang sangat menarik yaitu fenomena aurora. Aurora adalah fenomena pancaran cahaya yang menyala-nyala pada lapisan ionosfer dari sebuah planet sebagai akibat adanya interaksi antara medan magnetik yang dimiliki planet tersebut dengan partikel bermuatan yang dipancarkan oleh matahari (angin matahari). Aurora menunjukkan warna-warna yang indah. Aurora hanya bisa ditemui di kutub.Pengetahuan mengenai listrik dan magnet pada awalnya dibicarakan secara terpisah. Pada tahun 1820 Masehi Christian Oersted mengamati bahwa ada hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan, yakni gejala kemagnetan dapat dihasilkan dari listrik. Begitu pula sebaliknya, gejala listrik dapat pula dihasilkan dari magnet. Ilmuan yang mengamati gejala listrik dihasilkan dari magnet adalah Ilmuan Inggris Michael Faraday pada tahun 1831. Pengetahuan mengenai listrik dan magnet membawa dampak yang luar biasa dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Penerapan listrik dan magnet dalam teknologi, misalnya pembuatan bel listrik, kunci pintu listrik, indikator untuk bahan bakar pada mobil, kereta cepat tanpa roda, telepon, motor listrik, dan masih banyak lagi penerapannya dalam aspek lain.Berdasarkan uraian tersebut, tentunya sangat diperlukan pengkajian lebih mendalam tentang Listrik dan Magnet melalui pendekatan integrasi dengan berbagai aspek ilmu pengetahuan. Pendekatan ini dilakukan dengan menerapkan pembelajaran webbed, sehingga dapat mewujudkan suatu tema pembelajaran tentang Listrik dan Magnet dan subtema sesuai aplikasi materi pembelajaran terhadap aspek ilmu pengetahuan yang terkait, diantaranya aspek Fisika, Kimia, Biologi, Lingkungan, Teknologi, Astronomi, Geologi, serta Kesehatan dan Keselamatan.1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah yang diajukan pada penulisan ini, sebagai berikut:1) Bagaimanakah proses terjadinya gejala kelistrikan dan kemagnetan?2) Bagaimana hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan?

3) Bagaimanakah penerapan kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai aspek kehidupan manusia?1.3 Tujuan PenulisanSesuai dengan latar belakang dan rumusan masalah di atas, maka tujuan dari penulisan ini sebagai berikut:1) Untuk mengetahui proses terjadinya gejala kelistrikan dan kemagnetan.

2) Untuk mengetahui hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan.

3) Untuk menjelaskan kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai aspek kehidupan manusia.1.4 Manfaat Penulisan

Adapun manfaat yang diharapkan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.1) Bagi penulis

Dapat menambah wawasan dalam bidang fisika khususnya terkait dengan penerapan listrik dan magnet dalam berbagai aspek kehidupan. 2) Bagi pembaca

Dapat mengetahui solusi yang tepat untuk mengatasi masalah yang dialami. Misalnya untuk menghindari bahaya yang diakibatkan oleh sambaran petir.

BAB IIPEMBAHASAN2.1 Kelistrikan dan Kemagnetan2.1.1 Listrik Statis1. Muatan ListrikAtom sebagai unsur penyusun zat pada dasarnya tersusun dari partikel-partikel yang sangat kecil, disebut partikel subatom. Terdapat tiga jenis partikel subatom yang penting dan perlu kita kenali, yaitu proton, neutron, dan elektron.Sub partikel atom yang memiliki sifat sama, yaitu proton dan elektron, kemudian disebut sebagai muatan listrik. Muatan listrik ibarat udara yang tidak bisa dilihat, tetapi bisa dirasakan. Akibatnya, penelitian mengenai muatan listrik hanya bisa dilakukan berdasarkan efek reaksi yang diberikannya. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik disebut elektroskop.Besar muatan listrik proton dan elektron adalah sama, tetapi jenisnya berbeda. Muatan listrik ini pertama kali ditemukan oleh Benjamin Franklin. Ia kemudian memberikan tanda (+) atau (-) pada muatan listrik yang tak mengandung arti sis. Jenis muatan listrik proton adalah positif (+), neutron adalah netral, dan elektron adalah (-).

Sifat-sifat yang dimiliki muatan listrik adalah (1) Muatan listrik yang sejenis (negatif dengan negatif atau positif dengan positif) jika didekatkan akan saling tolak-menolak, (2) Muatan listrik yang tidak sejenis (negatif dengan positif) jika didekatkan akan saling tarik-menarik.

Terdapat tiga cara untuk proses pemuatan listrik, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik.

MenggosokCara ini dapat dilakukan dengan menggosokkan dua benda dalam satu arah. Cara ini disebut juga metode gesekan. Jenis muatan yang diperoleh dengan metode gesekan, di antaranya:1. Benda berbahan plastik akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain wol.

2. Benda berbahan ebonit akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain wol.

3. Benda berbahan kaca akan bermuatan negatif jika digosokkan pada kain sutra.

InduksiMetode ini dilakukan untuk memisahkan muatan listrik di dalam suatu penghantar dengan cara mendekatkan benda lain yang bermuatan listrik pada penghantar tersebut. Dengan cara induksi, muatan listrik yang dihasilkan akan berbeda jenis dengan muatan listrik pada benda yang digunakan untuk menginduksi. Contohnya adalah pemisahan muatan listrik pada elektroskop yang didekati oleh mistar plastik yang telah digosokkan pada kain wol. Pada induksi ini, muatan listrik yang dihasilkan elektroskop adalah muatan positif karena muatan listrik dari mistar plastik sebagai penghantar adalah muatan negatif.

KonduksiMetode ini hanya dapat dilakukan pada benda yang terbuat dari bahan-bahan tertentu. Dalam metode ini, untuk menghasilkan muatan listrik, kedua benda harus mengalami kontak langsung agar sejumlah elekton mengalir dari satu benda ke benda yang lainnya. Bahan yang dapat mengalirkan sejumlah elektron secara bebas pada bahan lain disebut konduktor. Berdasarkan kekuatannya, bahan konduktor terbagi dua, yaitu konduktor baik dan konduktor kurang baik. Bahan yang termasuk konduktor baik adalah logam, khususnya aluminium, tembaga, dan perak. Sedangkan, bahan yang termasuk konduktor kurang baik adalah air, badan manusia, dan tanah. Sementara itu, bahan yang tidak dapat mengalirkan elektron pada bahan lain disebut isolator. Bahan yang termasuk isolator diantaranya karet, plastik-plastik seperti PVC, politen, dan perspek.

2. Hukum Coulumb

Hukum Coloumb adalah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masing-masing muatan listrik. Nama Coloumb diambil dari nama sikawan yang pertama kali mengamati gaya tarik-menarik atau tolak-menolak benda bermuatan listrik, yaitu Charles Augustin de Coloumb (1736-1804). Dalam pengamatannya, ia melakukan percobaan menggunakan alat yang bernama neraca puntir. Berdasarkan percobaan ini, Coloumb mengemukakan suatu aturan atau hukum yang berbunyi:Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua muatan sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik.Secara matematis, Hukum Coloumb dapat ditulis dalam persamaan:

Dengan:F= gaya coulomb (Newton = N)

q1,q2= muatan listrik benda 1 dan 2 (Coulomb = C)

d= jarak antara dua muatan listrik (m)

k= konstanta pembanding = konstanta gaya Coulomb

= 9 x 109 Nm2C-23. Medan Listrik

Benda yang bermuatan listrik dikelilingi sebuah daerah yang disebut medan listrik. Dalam medan ini, muatan listrik dapat dideteksi. Menurut Faraday (1791), suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh ruangan. Untuk memvisualisasikan medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan serangkaian garis untuk menunjukkan arah medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan serangkaian garis untuk menunjukkan arah medan listrik pada berbagai titik di ruang, yang disebut garis-garis gaya listrik. Agar lebih jelas perhatikan ilustrasi gambar berikut ini.

Gambar a merupakan partikel bermuatan positif. Garis-garis yang keluar dari partikel a disebut dengan medan listrik. Arah medan listrik pada gambar a keluar dari partikel bermuatan positif. Perhatikan pada gambar b, pada gambar tersebut merupakan partikel bermuatan negatif. Sama dengan gambar a garis-garis yang ada pada gambar b merupakan medan listrik. Bedanya dengan partikel bermuatan positif, arah medan listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah partikel. Dari pembahasan ini kita dapat menjelaskan bagaimana dua partikel yang sejenis tolak-menolak dan partikel yang lain jenis tarik menarik. Agar lebih jelas perhatikan ilustrasi gambar berikut ini.

INCLUDEPICTURE "D:\\BAHAN LISMAG\\New folder\\Medan Listrik_files\\partikel_(++).JPG" \* MERGEFORMATINET Gambar a merupakan interaksi dua partikel yang berlainan jenis. Perhatikan garis medan listriknya, garis dari partikel postif menuju partikel negatif. Ini menjelaskan mengapa dua partikel tersebut dapat tarik menarik. Pada gambar b dapat kita lihat partikel yang muatannya sama, garis medan listrik pada partikel tersebut saling menjauhi satu sama lain. Sehingga kedua partikel tersebut saling tolak-menolak.

2.1.2 Listrik Dinamis

1. Arus Listrik dan Beda PotensialSebelumnya sudah mempelajari mengenai muatan listrik pada suatu benda. Dua benda atau dua tempat yang muatan listriknya berbeda dapat menimbulkan arus listrik. Benda atau tempat yang muatan listrik positifnya lebih banyak dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi. Adapun, benda atau tempat yang muatan listrik negatifnya lebih banyak dikatakan mempunyai potensial lebih rendah.Dua tempat yang mempunyai beda potensial dapat menyebabkan terjadinya arus listrik. Syaratnya, kedua tempat itu dihubungkan dengan suatu penghantar. Dalam kehidupan sehari-hari, beda potensial sering dinyatakan sebagai tegangan. Selanjutnya perhatikan Gambar 1.

Gambar 1. Dua tempat berbeda potensial

Pada Gambar 1, A dikatakan lebih positif atau berpotensial lebih tinggi daripada B. Arus listrik yang terjadi berasal dari A menuju B. Arus listrik terjadi karena adanya usaha penyeimbangan potensial antara A dan B. Dengan demikian dapat dikatakan, arus listrik seakan-akan berupa arus muatan positif. Arah arus listrik berasal dari tempat berpotensial tinggi ke tempat yang berpotensial lebih rendah.Pada kenyataannya muatan listrik yang dapat berpindah bukan muatan positif, melainkan muatan negatif atau elektron. Karena itu, berdasarkan Gambar 8.1 yang terjadi sebenarnya adalah terjadinya aliran elektron dari tempat berpotensial lebih rendah ke tempat yang berpotensial lebih tinggi. Jadi berdasarkan uraian di atas, arus listrik terjadi jika ada perpindahan elektron.Kedua benda bermuatan (Gambar 1), jika dihubungkan melalui kabel akan menghasilkan arus listrik yang besarnya dapat ditulis dalam rumus

Dengan:I= besar kuat arus, satuannya ampere (A)

Q= besar muatan listrik, satuannya coulomb (C)

T= waktu tempuh, satuannya sekon (s)

Berdasarkan uraian tersebut, arus listrik dapat didefinisikan sebagai banyaknya elektron yang berpindah dalam waktu tertentu.Kita sudah mengetahui bahwa perbedaan potensial akan mengakibatkan perpindahan elektron. Banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung-ujung penghantar disebut beda potensial listrik atau tegangan listrik. Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial listrik secara matematik dirumuskan

Dengan:V= beda potensial listrik, satuannya volt (V)

Q= besar muatan listrik, satuannya coulomb (C)

W= energi listrik, satuannya joule (J)

Dengan demikian, beda potensial adalah besarnya energi listrik untuk memindahkan muatan listrik.2. Hukum Ohm

Pada 1927, seorang sikawan Jerman bernama George Simon Ohm melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik. Berdasarkan hasil penelitiannya, Ohm membuat suatu grak beda potensial terhadap arus listrik. Ternyata, grak tersebut membentuk suatu garis lurus yang condong ke kanan dan melalui titik pusat koordinat (0, 0). Dari grak ini, Ohm menemukan bahwa kemiringan grak sama dengan besar hambatan rheostat yang digunakannya dalam penelitian tersebut. Berdasarkan penelitian ini, Ohm membuat kesimpulan yang hingga kini dikenal dengan sebutan Hukum Ohm, yang berbunyi: Pada suhu tetap, tegangan listrik V pada suatu penghantar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut.Kesimpulan inm dapat dirumuskan dengan persamaan:V = IRDengan:V= beda potensial (volt)

I= kuat arus listrik (ampere)

R= hambatan (ohm)

3. Rangkaian Listrik

Secara umum rangkaian listrik dikelompokkan menjadi rangkaian seri dan rangkaian pararel. Jenis-jenis rangkaian listrik tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian listrik yang dipilih bergantung pada tujuannya.

1. Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah penyusunan komponen-komponen listrik secara berderet. Rangkaian seri dibuat untuk membagi-bagi beda potensial sekaligus memperbesar hambatan listrik. Karenanya, rangkaian seri jarang digunakan untuk merangkai komponen listrik di rumah-rumah.

Gambar 2. Rangkaian seri

Jika suatu hambatan listrik dirangkai seri, maka kuat arus yang mengalir pada masing-masing hambatan akan sama besar, meskipun hambatan masing-masing komponen berbeda.2. Rangkaian Pararel

Rangkaian paralel adalah penyusunan komponen-komponen listrik secara berjajar. Rangkaian ini berfungsi untuk membagi-bagi arus dan memperkecil hambatan listrik. Jika suatu hambatan listrik dirangkai paralel, maka beda potensial pada masing-masing hambatan akan sama besar.

Gambar 3. Rangkaian pararel2.1.3 Kemagnetan

Magnet pertama kali ditemukan di suatui daerah bernama Magnesia. Magnet adalah batu bermuatan yang memiliki sifat dapat menarik benda yang mengandung partikel besi (Fe2O4).1. Kutub-Kutub Magnet

Kutub-kutub magnet adalah bagian ujung magnet yang memiliki kekuatan paling besar untuk menarik partikel besi dibandingkan bagian magnet yang lain. Setiap magnet memiliki dua buah kutub, yaitu kutub selatan dan kutub utara. Garis lurus yang menghubungkan kedua kutub ini disebut sumbu magnet. Jika kita menggantungkan sebuah magnet dan mendiamkannya, arah memanjang magnet selalu mengarah ke arah utara-selatan. Sementara itu, jika sebuah magnet dipotong, maka setiap potongan tersebut akan tetap memiliki dua kutub dan menjadi sebuah magnet yang baru.Kutub-kutub magnet memiliki sifat-sifat tertentu yaitu:

(1) Dua kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan saling tolak menolak(2) Dua kutub magnet yang berlawanan jenis bila didekatkan akan saling tarik-menarik2. Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah sekitar magnet yang pada daerah itu magnet lain masih dipengaruhi oleh gaya magnetik jika diletakkan di atasnya. Jika di daerah tersebut ditaburkan serbuk besi, maka serbuk besi akan ditarik oleh kutub magnet dan membentuk pola garis, disebut garis gaya magnet.Sifat-sifat dari garis gaya magnet adalah:

(1) Garis gaya magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan

(2) Garis gaya magnet tidak pernah berpotongan

(3) tempat yang mempunyai garis gaya magnet rapat menunjukkan medan magnet yang kuat. Sebaliknya, tempat yang mempunyai garis gaya magnet renggang menunjukkan medan magnet yang lemah.

Gambar 4. Arah garis gaya magnet2.2 Hubungan Kelistrikan dengan Kemagnetan1. Kemagnetan dari KelistrikanSelama bertahun-tahun Oersted percaya ada hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan, namun ia tidak dapat membuktikannya. Pada tahun 1829 akhirnya ia menemukan buktinya. Oersted mengamati, saat jarum kompas didekatkan pada kawat berarus, jarum kompas tersebut menyimpang dari kedudukan semula. Jika arah arus dibalik, maka jarum kompas menyimpang ke arah sebaliknya. Jika arus ditiadakan, maka jarum kompas kembali menunjuk arah utara selatan. Karena jarum kompas hanya dapat disimpangkan oleh medanmagnet, Oersted menyimpulkan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Arus listrik yang mengalir pada kawat menghasilkan medan magnet yang arahnya bergantung pada arah arus.2. Kelistrikan dari Kemagnetan

Induksi elektromagnetik adalah proses pembuatan arus listrik dengan cara mendekatkan sumber listrik pada sebuah magnet. Induksi elektromgnetik pertama kali diteliti oleh Michael Faraday (Inggris) dan Joseph Henry (Amerika). Dari percobaan yang dilakukan secara terpisah pada tahun 1831 oleh dua ilmuwan tersebut, diperoleh kesimpulan bahwa bahwa arus listrik dapat dimunculkan dari sebuah magnet dengan cara menggerak-gerakkan sebuah kawat pada medan magnetnya atau dengan cara memasukkan dan mengeluarkan magnet ke dalam suatu kumparan kawat.

Gambar 5. Rangkaian percobaan FaradayDengan menggunakan alat seperti pada Gambar 5, Faraday mulai melakukan percobaannya untuk mengamati induksi elektromagnetik. Sebelum magnet digerakkan, ia tidak melihat adanya arus yang melalui amperemeter. Kemudian ia menggerakkan magnetnya dan jarum amperemeter pun mulai bergerak. Berdasarkan peristiwa ini ia menyimpulkan bahwa gerakan magnet yang dilakukan telah menghasilkan arus yang arahnya bergantung pada arah gerakan magnet.2.3 Peranan Kelistrikan dan Kemagnetan dalam Berbagai Aspek Kehidupan Manusia2.3.1 Aspek FisikaListrik dapat dihasilkan dengan memutar kumparan kawat di sekitar magnet. Salah satu penerapannya yaitu pada generator. Sebuah generator sederhana terdiri dari lilitan kawat yang diletakkan pada batang atau as yang dapat berputar. Lilitan kawat tersebut, yang dihubungkan ke sumber energi mekanis, ditempatkan di antara kutub-kutub magnet. Ketika lilitan kawat diputar oleh sumber energi mekanis, lilitan tersebut bergerak melewati medan magnet. Dengan demikian lilitan melintasi perubahan medan magnet (garis gaya magnetik terpotong). Hasilnya adalah arus induksi pada kawat.

Gambar 6. Prinsip kerja generator

Ketika lilitan kawat terus berputar, kawat bergerak paralel dengan garis gaya magnetik. Pada tahap ini, medan tidak berubah dan tidak ada garis gaya magnetik terpotong, sehingga tidak dihasilkan arus induksi. Rotasi selanjutnya menggerakkan lilitan pada posisi di mana garis gaya magnetik terpotong lagi. Tetapi kali ini, garis gaya terpotong dari arah yang berlawanan. Ini berarti arus induksi pada arah yang berlawanan juga. Karena arus listrik berubah pada tiap rotasi, arus yang dihasilkan adalah arus bolak-balik.2.3.2 Aspek KimiaBaterai disebut juga elemen kering. Elemen kering pertama kali dibuat oleh Leclance. Bagian utama elemen kering adalah

1. Kutub positif (anode) terbuat dari batang karbon (C)

2. Kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn)

3. Larutan elektrolit terbuat dari ammonium klorida (NH4Cl)

4. Dispolarisator terbuat dari mangan dioksida (MnO2)

Baterai disebut elemen kering karena elektrolitnya merupakan campuran antara serbuk karbon, batu kawi, dan salmiak yang berwujud pasta (kering). Batang karbon (batang arang) memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua elektrode itu dihubungkan dengan lampu maka lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan seng. Adapun, reaksi kimia pada batu baterai adalah sebagai berikut.Pada larutan elektrolit terjadi reaksi

Zn + 2NH4Cl ( Zn2+ + 2Cl + 2NH3 + H2 (ditangkap dispolarisasi)

Pada dispolarisator terjadi reaksi

H2 + 2MnO2 ( Mn2O3 + H2O

Reaksi kimia pada batu baterai akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hydrogen (H2). Gas hydrogen akan ditangkap dan bereaksi dengan dispolarisator yang berupa mangan dioksida (MnO2) menghasilkan air (H2O), sehingga pada batu baterai tidak terjadi polarisasi gas hydrogen yang menggangu jalannya arus listrik. Bahan yang dapat menghilangkan polarisasi gas hydrogen disebut dispolarisator. Adanya bahan dispolarisator pada batu baterai menyebabkan arus listrik mrngalir lebih lama. Setiap batu baterai menghasilkan tegangan 1,5 volt.

Gambar 7. Susunan batu baterai2.3.3 Aspek BiologiPenerapan listrik dan magnet dalam aspek biologi yaitu pada propaganda sinyal saraf. Semua gerakan tubuh manusia, dari detak jantung sampai mata berkedip, dikendalikan oleh impuls saraf. Meskipun sinyal saraf dalam tubuh manusia berupa listrik di alam, tapi sinyal saraf dalam tubuh manusia lebih mirip dengan gerakan elektron yang melalui suatu kawat penghantar. Berbagai jenis sel-sel saraf diilustrasikan pada Gambar 8 yang membentuk elemen fundamental dari sistem saraf. Sebuah sel saraf terdiri dari badan pusat dengan sejumlah besar filamen akan keluar dari badan pusat tersebut. Filamen ini menghubungkan satu sel saraf ke sel saraf lainnya. Filamen bercabang yang membawa sinyal dari tubuh saraf pusat dan memberikan sinyal ke sel-sel lain disebut dengan akson.

Gambar 8. Sel SarafMembran yang mengelilingi akson adalah struktur yang sangat kompleks dimana atom dan molekul dapat bergerak secara penuh melalui saluran. Ketika sel saraf beristirahat, atom bermuatan positif cenderung berada di luar membran dan atom yang bermuatan negatif berada di dalam membran. Ketika sinyal listrik memicu akson maka membran akan terdistorsi dan dalam waktu yang singkat muatan positif (terutama atom natrium) akan masuk ke dalam sel. Ketika di dalam sel menjadi bermuatan positif, maka akan terjadi perubahan membran lagi dan muatan positif (saat ini terutama kalium) yang ada di dalam sel akan pindah kembali ke luar untuk mengembalikan muatan awal. Muatan awal ini bergerak ke bawah filamen sebagai sinyal saraf. Ketika sinyal mencapai akhir dari salah satu dari filamen, maka sinyal itu akan dipindahkan ke sel berikutnya oleh sekelompok molekul yang disebut neurotransmitter yang disemprotkan keluar dari ujung "hulu" sel, dan diterima oleh struktur khusus pada "hilir" sel. Penerimaan neurotransmiter memulai proses yang kompleks dan kurang dipahami oleh yang sel saraf dalam mengirim sinyal ke akson untuk sel-sel lain. Dengan demikian, meskipun sistem saraf manusia bukanlah sirkuit listrik biasa, tapi sistem saraf manusia beroperasi dengan sinyal-sinyal listrik.2.3.4 Aspek LingkunganPembangkit listrik tenaga bahan bakar fosiladalahpembangkit listrikyang membakarbahan bakar fosilsepertibatubara,gas alam, atauminyak bumiuntuk memproduksilistrik. Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil didesain untuk produksi skala besar yang berlangsung terus menerus. Di banyak negara, pembangkit listrik jenis ini memproduksi sebagian besar energi listrik yang digunakan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil selalu memiliki mesin rotasi yang mengubahpanasdari pembakaran menjadienergi mekanikyang lalu mengoperasikangenerator listrik. Penggerak utamanya mungkin adalahuap,gasbertekanan tinggi, atau mesin siklus darimesin pembakaran dalam.

Hasil sampingan dari mesin pembakaran dalam harus dipertimbangkan dalam desain mesin dan operasinya. Panas yang terbuang karena efisiensi yang terbatas dari siklus energi, ketika tidak direcovery sebagai pemanas ruangan, akan dibuang keatmosfer. Gas sisa hasil pembakaran dibuang ke atmosfer; mengandung karbon dioksida dan uap air, juga substansi lain sepertinitrogen,nitrogen dioksida,sulfur dioksida, danabu ringan(khusus batu bara) dan mungkinmerkuri.Abu padatdari pembakaran batu bara juga harus dibuang, meski saat ini abu padat sisa pembakaran batu bara dapat didaur ulangsebagai bahan bangunan.

Pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil adalah peyumbang utama gas rumah kacadan berkontribusi besar terhadappemanasan global. Batu bara menghasilkan gas rumah kaca sedikitnya tiga kali lebih banyak dari gas alam.

2.3.5 Aspek TeknologiMesin fotokopi memanfaatkan konsep listrik statis. Proses fotokopi ini menggunakan sifat unik dari logam selenium. Sebagai konduktor foto, selenium akan menjadi konduktor jika dikenai cahaya dan menjadi isolator jika berada dalam keadaan gelap. Langkah-langkah utama dalam mesin fotokopi adalah:1. Permukaan drum mesin yang dilapisi logam selenium yang tipis diberi muatan postitif dengan cara diputar di dekat kawat yang bermuatan tinggi.

2. Proses pembentukan suatu pola muatan yang merupakan pola cetakan dari halaman asli.3. Bubuk tinta (toner) yang bermuatan negatif ditaburkan pada permukaan drum fotokonduktif.

4. Pemindahan toner ke kertas, diperoleh hasil hasil fotokopi.

5. Setelah kertas difotokopi, perlahan-lahan permukaan drum itu kembali netral.

Gambar 9. Mesin fotokopi

2.3.6 Aspek Astronomi1. Bumi sebagai magnet raksasa

Sebuah magnet yang bebas bergerak ternyata selalu menempatkan dirinya menurut arah utara-selatan. Hal ini menunjukkan bahwa di permukaan bumi terdapat medan magnet dan gaya yang mempengaruhi kutub-kutub magnet tersebut.Kutub utara magnet selalu menghadap ke arah utara. Hal ini dapat dijelaskan dengan beranggapan bahwa:1. Di kutub utara bumi terdapat suatu ketub selatan magnet

2. Di kutub selatan bumi terdapat suatu kutub utara magnet

3. Bumi sebagai magnet raksasa dengan kutub selatan terletak dio dekat kutub utara dan kutub utara terletak di dekat kutub selatan bumi

Gambar 10. Bumi Sebagai Magnet

Magnet di dalam kompas pada umumnya tidak dapat menunjukkan utara-selatan tetapi agak menyimpang. Sebab letak kutub-kutub magnet bumi tidak tepat pada kutub-kutub bumi. Oleh karena itu garis-garis gaya magnet bumi tidak berimpit arahnya dengan arah utara-selatan. Penyimpangan dari arah utara-selatan yang sebenarnya ini disebut deklinasi.

Gambar 11. Deklinasi

Besarnya deklinasi ini dinyatakan dengan sudut antara arah utara sebenarnya dengan arah utara yang ditunjukkan oleh magnet.Sudut yang dibentuk oleh magnet dengan garis mendatar disebut inklinasi. Adanya inklinasi ini disebabkan garis-garis gaya magnet bumi, ternyata tidak sejajar dengan permukaan bumi. Oleh karena itu sebuah magnet jarum yang dapat berputar pada sumbu mendatar biasanya tidak menempatkan diri pada kedudukan mendatar, tetapi miring.2. Fenomena aurora

Fenomena yang aneh masih dirasakan sampai saat ini yaitu mengenai terjadinya Aurora yaitu mengapa terdapat cahaya yang terang di langit, ketika pada malam hari dan mempunyai warna-warna yang menarik.

Gambar 12. Fenomena Aurora

Aurora adalah fenomena pancaran cahaya yang menyala-nyala pada lapisan ionosfer dari sebuah planet sebagai akibat adanya interaksi antara medan magnetik yang dimiliki planet tersebut dengan partikel bermuatan yang dipancarkan oleh matahari (angin matahari). Aurora menunjukkan warna-warna yang indah.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa aurora adalah cahaya yang tercipta di udara yang disebabkan oleh atom-atom dan molekul yang bertumbukan dengan partikel-partikel bermuatan, terutama elektron dan proton yang berasal dari matahari. Partikel-partikel tersebut terlempar dari matahari dengan kecepatan lebih dari 500 mil per detik dan terhisap medan magnet bumi di sekitar kutub Utara dan Selatan. Warna-warna yang dihasilkan disebabkan benturan partikel dan molekul atau atom yang berbeda. Misalnya, aurora hijau terbentuk oleh benturan partikel elektron dengan molekul nitrogen. Aurora merah terjadi akibat benturan antara partikel elektron dan atom oksigen.Bagian penting dari mekanisme aurora adalah angin matahari, yaitu sebuah aliran partikel yang keluar dari matahari. Angin matahari menggerakkan sejumlah besar listrik di atmosfer (Sabuk Van Allen). Energi ini akan mempercepat partikel ke atmosfer bagian atas yang kemudian akan bertabrakkan dengan berbagai gas. Hasilnya adalah warna-warna di angkasa yang bergerak-gerak. Tekanan listrik mengeluarkan molekul gas menjadi keadaan energi yang lebih tinggi, yang mengakibatkan lepasnya foton. Warna tergantung pada frekuensi tumbukkan antara partikel-partikel dan gas-gas. Mekanisme ini hampir sama dengan nyala lampu berpendar atau lampu neon. Itulah sebabnya munculnya warna-warna yang indah di kutub utara atau kutub selatan ketika malam hari.2.3.7 Aspek GeologiPetir merupakan peristiwa lepasnya muatan listrik statis yang terjadi secara dramatik dan alamiah. Peristiwa ini akibat dari keluarnya muatan-muatan listrik dari benda, dalam hal ini adalah awan. Pelepasan listrik statis kadang-kadang terjadi secara perlahan dan tenang. Namun, sesekali berlangsung cepat disertai percikan cahaya atau suatu bunyi ledakan. Percikan cahaya yang muncul ini disebut dengan kilat.Petir terjadi akibat adanya dua awan bermuatan listrik sangat besar dan berbeda jenis yang bergerak saling mendekati. Lalu, bagaimana awan dapat memiliki muatan listrik yang sangat besar? Pada awan hitam yang merupakan gumpalan air hujan, berhembus angin yang sangat kencang. Akibatnya, partikel-partikel di dalam awan yang bercampur debu, garam dari lautan, dan lain-lain, saling bertabrakan. Tabrakan ini menyebabkan lepasnya elektron dari partikel- partikel tersebut. Partikel yang kehilangan elektron bermuatan positif dan yang mendapat tambahan elektron bermuatan negatif. Akibatnya, awan yang memuat partikel tersebut akan menyimpan muatan listrik yang sangat besar. Muatan listrik negatif turun ke bagian dasar awan dan muatan positif naik ke bagian atas.Ketika awan melewati sebuah bangunan, terutama yang tinggi, bagian bawah awan yang merupakan tempat terkumpulnya muatan negatif menginduksi bagian atas bangunan sehingga menyebabkan bagian atas bangunan ini bermuatan positif dan muatan negatif bangunan dipaksa turun ke bagian bawah bangunan.Karena muatan pada kedua benda ini berlainan jenis berdasarkan sifat muatan, maka masing-masing muatan akan saling menarik satu sama lain. Saat itu, elektron melompat ke bagian atas bangunan dan menimbulkan kilat dengan energi panas yang sangat besar dan seringkali disertai bunyi menggelegar yang disebut petir. Selain bangunan, benda lain yang ada dan menjulang tinggi di permukaan bumi akan mengalami peristiwa yang sama. Benda yang terinduksi awan hingga menyebabkan timbulnya loncatan bunga api listrik (kilat) biasa disebut sebagai benda yang terkena sambaran petir.

Gambar 13. Proses terjadinya petir

Untuk menghindari bahaya yang diakibatkan oleh sambaran petir, Benjamin Franklin, orang pertama yang mengamati bahwa petir tak lain adalah listrik statis membuat alat yang ditujukan sebagai penangkal petir. Ia mengusulkan untuk menggunakan batang logam runcing yang ditaruh di atas benda yang akan dihindarkan dari petir, biasanya benda yang berupa bangunan, seperti gedung. Alat penangkal petir terdiri atas batang logam runcing yang disimpan di atap bangunan, lempeng logam tembaga yang tertanam dalam tanah sekitar kedalaman 2 meter, dan kawat penghantar sebagai penghubung batang logam dan lempeng tembaga. Bagian ujung penangkal terbuat dari logam yang merupakan konduktor. Aliran ion positif dari logam yang runcing ini menuju ke awan sehingga dapat mengurangi muatan listrik induksi pada atap bangunan dan menetralkan beberapa muatan listrik negatif pada awan. Ini dapat mengurangi kesempatan atap gedung tersambar petir. Jika petir masih menyambar, kawat penghantar pada alat ini menjadi jalan untuk elektron-elektron bergerak menuju ke dalam tanah tanpa merusak bangunan.

Gambar 14. Prinsip kerja penangkal petir

2.3.8 Aspek Kesehatan dan KeselamatanMRI (Magnetic ResonanceImaging) merupakan suatu alat diagnostik mutakhir untuk memeriksa dan mendeteksi tubuh anda dengan menggunakan medan magnet yang besar dan gelombang frekuensi radio, tanpa operasi, penggunaan sinar X, ataupun bahan radioaktif.Berdasarkan dari pengertian secara fisis,MRI adalah suatu alat kedokteran di bidang pemeriksaan diagnostik radiologi, yang menghasilkan rekaman gambar potongan penampang tubuh/organ manusia dengan menggunakan medan magnet berkekuatan antara 0,064 - 1,5 Tesla (1 tesla = 10000 Gauss) dan resonansi getaran terhadap inti atom hidrogen.

Dasar dari pencitraan resonansi magnetik (MRI-Magnetic Resonance Imaging) adalah fenomena resonansi magnetik dari inti benda dimana sebuah inti benda yang dikenai medan magnet kemudian menghasilkan gambar benda tersebut.Resonansi magnetik itu sendiri merupakan getaran inti atom karena adanya penyearahan momen magnetik inti dari bahan oleh medan magnetik luar dan rangsangan gelombang EM yang tepat dengan frekuensi gerak gasing inti tersebut.Sebelumnya telah dijelaskan bahwa medan magnet yang digunakan berkekuatan dari 0,064 - 1,5 tesla. Dari interval tersebut, MRI dibagi menjadi 3 macam yang ditinjau dari kekuatan medan magnetnya:a. MRI Tesla tinggi( High Field Tesla )memiliki kekuatan di atas 1 1,5 T

b. MRI Tesla sedang(Medium Field Tesla)memiliki kekuatan 0,5 T

c. MRI Tesla rendah(Low Field Tesla)memiliki kekuatan di bawah 0,5 T.

Adapun cara kerja MRI yaitu: 1. Pertama, putaran nukleus atom molekul ototdiselarikandengan menggunakanmedan magnet yang berkekuatan tinggi.

2. Kemudian, denyutan/pulsafrekuensiradiodikenakan pada tingkat menegak kepada garis medan magnet agar sebagian nukleihidrogenbertukar arah.

3. Selepas itu, frekuensi radio akan dimatikan menyebabkannukleiberganti padakonfigurasiawal. Ketika ini terjadi, tenaga frekuensi radio dibebaskan yang dapat ditemukan olehgegelungyang mengelilingi pasien.

4. Sinyalini dicatat dan data yang dihasilkan diproses oleh komputer untuk menghasilkan gambar otot.

Dengan ini, ciri-cirianatomiyang jelas dapat dihasilkan. Pada pengobatan, MRI digunakan untuk membedakan otot patologi sepertitumurotak dibandingkan otot normal.

Prinsip dasar dari cara kerja suatu MRI adalah Inti atom Hidrogen yang ada pada tubuh manusia (yang merupakan kandungan inti terbanyak dalam tubuh manusia) berada pada posisi acak (random), ketika masuk ke dalam daerah medan magnet yang cukup besar posisi inti atom ini akan menjadi sejajar dengan medan magnet yang ada. Kemudian inti atom Hidrogen tadi dapat berpindah dari tingkat energi rendah kepada tingkat energi tinggi jika mendapatkan energi yang tepat yang disebut sebagai energi Larmor. Ketika terjadi perpindahan inti atom Hidrogen dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi akan terjadi pelepasan energi yang kemudian ini menjadi unsur dalam pembentukan citra atau dikenal dengan istilahFree Induction Decay (FID).BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan di atas, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1) Listrik statis terjadi karena adanya kumpulan muatan listrik pada suatu benda. Muatan listrik ada dua yaitu muatan positif dan muatan negative. Muatan-muatan yang sejenis tolak menolak dan muatan yang tak sejenis akan tarik menarik. Muatan listrik dapat dideteksi dengan elestroskop. Listrik dinamis adalah kelistrikan yang muatannya bergerak atau mengalir. Magnet adalah batu bermuatan yang memiliki sifat dapat menarik benda yang mengandung partikel besi. Magnet mempunyai dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan tolak menolak dan kutub yang tak sejenis bila didekatkan akan tarik menarik.2) Hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan yaitu arus listrik yang mengalir pada kawat akan menghasilkan medan magnet di sekitar kawat itu dan jika terdapat perubahan medan magnet dalam sebuah kumparan maka timbul arus induksi pada kumparan itu.3) Kelistrikan dan kemagnetan dapat diterapkan dalam berbagai aspek kehidupan, diantaranya:a. Aspek Fisika : Generator.b. Aspek Kimia : Baterai.c. Aspek Biologi : Propaganda sinyal saraf.d. Aspek Lingkungan : Polusi udara yang ditimbulkan dari pembangkit listrik bertenaga fosil..e. Aspek Teknologi : Mesin fotokopif. Aspek Astronomi : Bumi dan planet berprilaku sebagai magnet raksasa dan fenomena aurora.g. Aspek Geologi : Fenomena petir.h. Aspek Kesehatan dan Keselamatan : MRI (Magnetic ResonanceImaging).3.2 Saran

Adapun saran yang diperoleh dalam penulisan makalah ini adalah diharapkan pembaca dapat mengkaji lebih lanjut tentang kelistrikan dan kemagnetan dan kaitannya dengan beberapa aspek ilmu pengetahuan sehingga dapat dijadikan sebagai sumber informasi bagi masyarakat khususnya bagi mahasiswa program pendidikan IPA.DAFTAR PUSTAKA

Trefil, J. & Hazen, R. 2009. The Science An Itegrated Approach. 6th Edition. United States: George Masen University_1477658082.unknown

_1477658477.unknown

_1477639875.unknown