Modul Ipa Fisika Kelas 9 - Smart 643h4t

BAB X KEMAGNETAN Peta Konsep

A. Magnet Magnet pertama kali ditemukan di suatu 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.

Gambar 10.1 Magnet batang Kutub-kutub magnet memiliki sifat tertentu, yaitu: a) Dua kutub magnet yang sejenis bila didekatkan akan saling tolak menolak. b) Dua kutub magnet yang berlawanan jenis bila didekatkan akan saling tarik-menarik. 2. Bahan Magnetik dan Nonmagnetik

1

Bahan magnetik adalah benda-benda yang dapat ditarik oleh magnet. Contohnya besi, nikel, dan kobalt. Bahan magnetik pada umumnya merupakan bahan yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet sehingga disebut juga bahan feromagnetik. Bahan nonmagnetik adalah bahan yang tidak ditarik secara kuat oleh magnet. Berdasarkan daya tarik magnetnya, bahan nonmagnetik terbagi dua, yaitu: a) Bahan paramagnetik adalah bahan yang dapat ditarik oleh magnet, tetapi tarikannya sangat lemah. Contoh : aluminium, tembaga, kaca, dan kayu. b) Bahan diamagnetik adalah bahan yang apabila didekatkan dengan magnet, maka magnet akan menolaknya (menjauhinya). Contoh : emas dan timah hitam. 3. Pembuatan Magnet Berdasarkan cepat lambatnya bahan magnet ini menjadi magnet, maka bahan ini dapat digolongkan menjadi: a) Bahan magnet lunak, yaitu bahan magnet yang magnet elementernya mudah diatur sehingga bahan itu mudah dan relatif cepat dijadikan magnet. b) Bahan magnet keras, yaitu bahan magnet yang magnet elementernya sukar diatur sehingga relatif sulit dan akan membutuhkan waktu yang lama untuk menjadi magnet. Berdasarkan kekuatan mempertahankan sifat magnetnya, suatu magnet dapat dikelompokkan menjadi: a) Magnet sementara, yaitu magnet yang susunan magnet elementernya mudah kembali tidak teratur setelah bahan magnetnya dijadikan magnet. b) Magnet permanen, yaitu magnet yang susunan magnet elementernya sukar untuk tidak teratur lagi sehingga memiliki daya tahan yang relatif lama untuk menjadi magnet. Berdasarkan pengertian di atas, dapat disimpulkan bahwa bahan yang termasuk magnet lunak juga merupakan magnet sementara, contohnya besi. Sementara itu, bahan yang merupakan magnet keras juga magnet permanen, contohnya baja. Cara-Cara Membuat Besi Menjadi Magnet: a) Menggosokkan magnet tetap

2

Gambar 10.2 Ujung terakhir gosokan menjadi kutub selatan b) Dengan cara arus listrik Untuk menentukan kutub-kutub magnetnya, digunakan kaidah tangan kanan.

Gambar 10.3 Ujung A besi menjadi kutub utara

Gambar 10.4 Ujung A besi menjadi kutub selatan c) Dengan cara Induksi Cara ini dapat dilakukan dengan mendekatkan bahan magnet pada suatu magnet kuat (tanpa menyentuhkannya). Ujung bahan magnet yang didekatkan ke ujung magnet utama akan menjadi kutub yang berlawanan dengan kutub magnet utama yang terdekat. Sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara pemanasan atau pemukulan. Dengan melakukan hal ini, berarti kamu telah mengganggu susunan magnet elementer sehingga susunannya kembali tidak teratur dan sifat magnetnya hilang. 4. Medan Magnet Medan magnet adalah daerah sekitar magnet yang pada daerah itu magnet lain masih dipengaruhi oleh gaya magnetik jika diletakkan di atasnya. 3

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: a) garis gaya magnet keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan b) garis gaya magnet tidak pernah berpotongan c) 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. B. Sifat Kemagnetan Bumi Bumi dapat kita pandang sebagai magnet batang yang sangat besar sehingga memiliki kutub utara dan kutub selatan. Hal inilah yang menyebabkan jarum kompas selalu menunjuk arah yang sama walaupun setelah diberikan gangguan, yaitu arah utara-selatan. Ujung magnet yang mengarah ke utara bumi dinamakan kutub utara magnet, sedangkan ujung magnet yang mengarah ke selatan Bumi dinamakan kutub selatan magnet. Sifat magnet yang selalu menunjuk ke arah utara dan selatan ini dimanfaatkan dalam kompas sebagai penunjuk arah. Kutub utara jarum kompas dalam keadaan setimbang tidak tepat menunjuk arah utara dengan tepat. Penyimpangan jarum kompas itu terjadi karena letak kutub-kutub magnet bumi tidak tepat berada di kutub-kutub bumi, tetapi menyimpang terhadap letak kutub bumi. Hal ini menyebabkan garis-garis gaya magnet bumi mengalami penyimpangan terhadap arah utara-selatan bumi. Akibatnya penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap arah utara-selatan bumi (geografis). Sudut deklinasi : Sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan arah utara-selatan geografis. Sudut deklinasi dikatakan positif apabila kutub utara magnet jarum kompas menyimpang ke timur atau ke kanan, sedangkan sudut deklinasi negatif sebaliknya.

Gambar 10.5 Sudut deklinasi Kedudukan jarum kompas tidak mendatar. Penyimpangan jarum kompas itu terjadi karena garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi (bidang horizontal). Akibatnya, kutub utara jarum kompas menyimpang naik atau turun terhadap

4

permukaan bumi. Penyimpangan kutub utara jarum kompas akan membentuk sudut terhadap bidang datar permukaan bumi. Sudut inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh kutub utara jarum kompas dengan bidang datar. Sudut inklinasi positif bila kutub utara jarum kompas menyimpang ke bawah terhadap arah horizontal, sedangkan inklinasi negatif sebaliknya. C. Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik Di sekitar kawat yang dialiri arus listrik terdapat medan magnet. Hal ini ditemukan oleh Hans Cristian Oersted berdasarkan hasil percobaannya. I.

Percobaan Oersted Percobaan yang dilakukan pada 1819 ini berhasil menunjukkan bahwa terdapat medan magnet di sekitar kawat yang berarus listrik. Pada percobaannya, Oersted membuat kesimpulan sebagai berikut: a) Di sekitar kawat (penghantar) yang dialiri arus listrik terdapat atau timbul medan magnet. b) Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung pada arah arus listrik yang mengalir dalam penghantar. c) Besarnya medan magnet di sekitar kawat berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan jaraknya terhadap kawat. a. Pola Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik Untuk menunjukkan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus listrik, genggamlah kawat dengan tangan kananmu. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah ibu jari menunjukkan arah arus, sedangkan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet.

Gambar 10.6 Kaidah tangan kanan Berbeda dengan kaidah tangan kanan yang berlaku pada kawat lurus, pada kawat melingkar yang berarus ini ibu jari menunjukkan arah medan magnet sementara keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik.

5

Gambar 10.7 Medan magnet di sekitar kawat melingkar b. Solenoida Untuk membuat medan magnet yang lebih kuat di sekitar arus listrik, dapat dibuat lilitan kawat membentuk kumparan. Kumparan yang seperti ini disebut solenoida. Jika kita menggenggam solenoida dengan tangan kanan, maka ibu jari akan mengarah pada ujung yang merupakan kutub utara dan keempat jari lain menunjukkan arah arus listrik.

Gambar 10.8 Medan magnet sekitar kumparan II.

Elektromagnet Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang disisipi inti besi sehingga menghasilkan sebuah medan magnet yang kuat. Untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan, dapat dilakukan beberapa cara berikut ini: a) Menyisipkan kumparan dengan inti besi yang lebih bersifat magnetik. b) Memperbanyak lilitan kumparan. c) Memperbesar arus listrik.

6

III.

Gaya Lorentz Gaya Lorentz adalah gaya yang dialami sebuah penghantar yang dialiri arus listrik dalam suatu medan magnetik yang sangat kuat. Dalam penyelidikannya 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. Apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz dirumuskan sebagai : = 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) Contoh soal : Kawat panjangnya 2 m berada tegak lurus dalam medan magnet 20 T. Jika kuat arus listrik yang mengalir 400 mA, berapakah besar gaya Lorentz yang dialami kawat? Penyelesaian: Diketahui: l = 2 m B = 20 T I = 400 mA = 0,4 m Ditanya: F = ... ? Jawab : = = (20 )(0,4 )(2 ) = 16 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 membentuk sudut 90° (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 .

7

Gambar 10.9 Menentukan arah gaya Lorentz dengan kaidah tangan kanan Prinsip gaya magnet ini menjadi inspirasi dari pembuatan alat-alat listrik seperti motor listrik, alat ukur listrik, dan kipas angin. D. Induksi Elektromagnetik Induksi elektromagnetik adalah proses pembuatan arus listrik dengan cara mendekatkan sumber listrik pada sebuah magnet. I.

Proses Terjadinya Induksi Elektromagnetik 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 10.10 Rangkaian percobaan Faraday Ketika arus dihasilkan, maka saat itu akan terdapat beda potensial atau tegangan antara ujung-ujung kumparan yang diinduksi. Tegangan yang demikian disebut dengan tegangan induksi. Dalam percobaan Faraday, ia menemukan bahwa besarnya tegangan induksi ini bergantung pada tiga faktor lain, yaitu: a) Jumlah lititan kumparan. b) Kecepatan gerakan magnet. c) Jumlah garis gaya magnet. Jika magnet pada kumparan tersebut terus digerakkan, maka arus yang melewati kumparan akan berubah-ubah arah sesuai dengan gerakan magnetnya. Arus yang demikian disebut dengan arus bolak-balik (AC = alternating curent). Beberapa alat yang menggunakan prinsip kerja hasil percobaan Faraday, di antaranya adalah generator dan transformator.

8

II.

Generator Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Terdapat dua jenis generator, yaitu: a) Generator arus bolak-balik Pada generator arus bolak-balik, kumparan yang diletakkan pada batang diputar dalam medan magnet yang diam sehingga menghasilkan tegangan induksi. Melalui sikat-sikat karbon yang dihubungkan dengan cincin-cincin generator, tegangan yang dihasilkan dapat menyalakan sebuah lampu. Generator ini dinamakan generator arus bolak-balik karena arah arus induksi berlawanan dengan arah putaran kumparan. Bagian generator yang berputar disebut rotor, sedangkan bagian yang diam disebut stator. Contoh : sepeda yang berlampu, listrik PLN b) Generator arus searah Pada dasarnya, prinsip kerja generator arus bolak-balik dan generator arus searah adalah sama. Hanya saja pada generator arus searah, cincin yang digunakan adalah cincin belah. Cincin ini bekerja sebagai komutator yang mengubah arus listrik yang dikeluarkan generator. Dengan demikian, arus listrik yang awalnya merupakan arus bolak-balik pada kumparan, dalam rangkaian di luar kumparan menjadi arus searah. Contoh : pada alat-alat pemanas, Dapat dilakukan beberapa cara untuk memperbesar tegangan dan arus induksi, yaitu: 1) Mempercepat putaran rotor. 2) Memperbanyak lilitan pada kumparan. 3) Menggunakkan magnet yang lebih kuat. 4) Memasukkan inti besi lunak ke dalam kumparan.

III.

Transformator Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik. Alat ini terdiri dari dua buah kumparan. Arus pada salah satu kumparan akan menghasilkan medan magnet yang akan menginduksi arus pada kumparan lain. Kumparan yang pertama disebut kumparan primer, sementara kumparan yang kedua, yaitu kumparan yang menghasilkan arus induksi disebut kumparan sekunder.

9

Gambar 10.11 Transformator Jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder suatu transformator dapat berbeda atau sama. Perbandingan antara kumparan sekunder dengan kumparan primer disebut dengan perbandingan transformator, dinotasikan:

dengan:

Np = jumlah lilitan pada kumparan primer Ns = jumlah lilitan pada kumparan sekunder Pada awal pembahasan subbab induksi elektromagnetik telah disebutkan bahwa besar tegangan induksi sebanding dengan jumlah lilitan sehingga berlaku persamaan: = dengan: Vp = tegangan kumparan primer (tegangan primer) Vs = tegangan kumparan sekunder (tegangan sekunder) Berdasarkan Hukum Ohm yang menyebutkan bahwa tegangan berbanding terbalik dengan arusnya, maka perbandingan arus dapat dihitung dengan persamaan: = dengan: Ip = kuat arus primer Is = kuat arus sekunder Dari ketiga perbandingan di atas, dapat diperoleh satu persamaan, yaitu: =

=

Contoh soal : Sebuah radio memerlukan tegangan 9 volt dari catu daya 220 volt. a) Jika kumparan primer trafo memiliki 440 lilitan, berapakah jumlah lilitan yang dimiliki kumparan sekunder? 10

b) Jika arus 110 mA mengalir melalui radio, berapakah arus yang ditarik dari catu daya 220 volt? Penyelesaian : Diketahui : Vp = 220 volt Vs = 9 volt Ditanya : a) Ns, jika Np = 440 lilitan b) Ip, jika Is = 110 mA Jawab : a) jumlah lilitan yang dimiliki kumparan sekunder =

=

(9 )(440) = 18 220 b) arus pada kumparan primer =

= =

= (9 )(110 220

)

= 4,5

Jenis-Jenis Transformator: 1) Transformator step-up

Gambar 10.12 Skema sebuah trafo step up Transformator step-up adalah jenis transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan induksi. Ciri-cirinya : - Np < Ns - Vp < Vs - Ip > Is 2) Transformator step-down

Gambar 10.13 Skema sebuah trafo step down 11

Transformator step-down adalah jenis transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan induksi. Ciri-cirinya : - Np > Ns - Vp > Vs - Ip < Is Efisiensi Transformator Yaitu Perbandingan antara daya listrik yang keluar dari transformator dan daya listrik yang masuk ke transformator. =

%

dengan: η = efisiensi transformator Ps = daya kumparan sekunder Pp = daya kumparan primer Karena daya listrik sama dengan hasil kali tegangan dan kuat arus listrik, efisiensi transformator dapat juga dinyatakan sebagai berikut: =

%

Contoh soal : Sebuah trafo arus primer dan sekundernya masing-masing 0,8 A dan 0,5 A. Jika jumlah lilitan primer dan sekunder masing-masing 100 dan 800, berapakah efisiensi trafo? Penyelesaian: Diketahui: Ip = 0,8 A Np = 1.000 lilitan Is = 0,5 A Ns = 800 lilitan Ditanya: η = ... ? Jawab : = =

100 % (800)(0,5 ) (1000)(0,8 )

100 % =

400 800

100 % = 50 %

12

Tes Kompetensi Bab X A. Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Berikut ini yang termasuk bahan magnetik dan nonmagnetik adalah .... a. besi dan nikel c. nikel dan baja b. baja dan bismut d. seng dan emas 2. Garis-garis lengkung yang keluar dari kutub utara menuju kutub selatan sebuah magnet disebut .... a. kutub magnet c.medan magnet b. garis-garis gaya magnet d. fluks magnet 3. Gaya tarik magnet paling kuat terletak pada .... a. seluruh bagian magnet c. bagian ujung-ujung magnet b. salah satu ujung magnet d. bagian tengah magnet 4. Berikut ini cara membuat magnet, kecuali .... a. cara alami c. cara menggosok b. cara induksi d. cara arus listrik 5. Perhatikan gambar berikut.

Benda A dapat menarik benda B dan tidak dapat menarik benda C. Pernyataan berikut benar, kecuali .... a. benda A sebuah magnet c. benda C merupakan benda nonmagnetik b. benda B merupakan benda magnetik d. benda C merupakan benda feromagnetik 6. Perhatikan gambar berikut ini.

Jika besi/baja telah menjadi magnet, pernyataan berikut benar, kecuali .... a. A kutub utara dan B kutub selatan c. A dan B kutub selatan b.A kutub selatan dan B kutub utara d. A dan B kutub utara 7. Ruang di sekitar magnet yang masih mempunyai pengaruh gaya tarik magnet disebut.... a. medan magnet c. fluks magnetik b. kutub magnet d. garis-garis gaya magnet 8. Magnet listrik dapat diperoleh dengan cara .... a. mendekatkan besi/baja pada magnet tetap b.melilitkan kawat berarus listrik DC pada baja/besi berisolasi c.menggosokkan besi/baja dengan magnet tetap ke satu arah. d.melilitkan kawat berarus listrik AC pada besi/baja berisolasi. 9. Jarum kompas selalu menunjuk arah utara selatan bumi, disebabkan adanya .... 13

a. medan magnet bumi c. gaya tarik bumi b. gravitasi bumi d. rotasi bumi 10. Sebuah magnet batang yang tergantung bebas, ternyata tidak menunjuk arah utara selatan sebab .... a. magnet tersebut sifat kemagnetannya sudah lemah b.magnet tersebut berada dalam medan magnet yang lain c.magnet tersebut merupakan magnet sementara d.magnet tersebut tidak memiliki kutub utara dan selatan 11. Letak kutub utara magnet bumi adalah.... a. di sekitar khatulistiwa bumi c. di sekitar kutub utara bumi b. di sekitar kutub selatan bumi d. di kutub utara bumi 12. Sebuah kompas diletakkan di bawah kawat lurus berarus listrik, ternyata jarum kompas akan menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa .... a. di sekitar magnet jarum pada kompas timbul medan magnet b. di sekitar kawat lurus berarus listrik terdapat medan magnet c. garis-garis gaya magnet dari magnet jarum kompas ditolak arus listrik d.magnet jarum pada kompas menimbulkan arus listrik pada kawat. 13. Perhatikan gambar berikut

Arah medan magnet dari kawat lurus berarus listrik di atas yang benar adalah.... a. I dan II c. I dan III b. II dan III d. II dan IV 14. Perhatikan gambar berikut.

Pernyataan berikut yang tidak tepat adalah .... a. A : kutub selatan c.C : kutub selatan b.B : kutub selatan d.D : kutub utara 15. Gambar berikut menunjukkan arah garis-garis gaya magnet yang dihasilkan oleh solenoida yang benar adalah ....

14

16. Kelompok alat berikut ini yang bekerja berdasarkan elektromagnet adalah .... a. bel listrik, telepon, dan kompor listrik b. telepon, galvanometer, dan relai c. relai, motor listrik, dan accumulator d. setrika listrik, akumulator, dan galvanometer 17. Perhatikan gambar berikut.

Jika F : gaya Lorentz, B : kuat medan magnet, I : kuat arus listrik menurut aturan tangan kanan berimpit dengan sumbu .... a. Y c.–Z b.–Y d.X 18. Kawat berarus listrik berada dalam medan magnet 60 tesla mengalami gaya Lorentz 12 N. Jika kawat itu berada dalam medan magnet 15 tesla, besar gaya Lorentz yang dialami kawat adalah .... a. 3 N c. 48 N b. 36 N d. 75 N 19. Berdasarkan gambar elektromagnet, pernyataan berikut yang tidak tepat adalah...

a. P : kutub utara dan Q : kutub selatan b. kemagnetannya mudah dihilangkan c. kutub-kutub magnet yang dihasilkan sulit diubah d. kemagnetannya tidak tergantung hambatan lilitan 15

20. Hal berikut yang tidak dapat memperbesar medan magnet yang dihasilkan elektromagnet adalah .... a. memperbanyak lilitan c. memperbesar hambatan b.memperbesar inti besi d. kuat arus diperbesar 21. Pembentukan arus listrik oleh suatu perubahan medan magnet disebut .... a. induksi magnet c. gaya elektromagnet b. transformator d. induksi elektromagnetik 22. Di bawah ini yang bukan kegunaan induksi elektromagnetik adalah .... a. membangkitkan gaya gerak listrik induksi b. mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah c. menimbulkan arus induksi d. mengubah energi gerak menjadi energi listrik 23. Alat yang tidak menggunakan prinsip induksi elektromagnetik adalah .... a. alternator c. transformator b. dinamo d. kapasitor 24. Pada generator terjadi perubahan energi .... a. potensial menjadi energi listrik c. gerak menjadi energi listrik b. panas menjadi energi listrik d. kimia menjadi energi listrik 25. Fungsi utama sebuah transformator step up adalah .... a. mengubah arus DC ke arus AC c. meningkatkan arus listrik b. mengubah arus AC ke arus DC d. meningkatkan tegangan listrik 26. Komponen yang bukan bagian dari sebuah generator adalah .... a. medan magnet c. sikat-sikat b. cincin luncur d. resistor 27. Kumparan yang didekati dan dijauhi magnet menghasilkan arus. Arus induksi yang muncul adalah .... a. arus AC c. arus searah b. arus DC d. tidak tentu 28. Ggl induksi yang diinduksikan dalam suatu kumparan kawat yang diputar dalam suatu medan magnet tidak bergantung pada .... a. hambatan kumparan c. banyaknya lilitan kumparan b. kecepatan putaran d. kuat medan magnetik 29. Pada gambar berikut ini yang merupakan simbol trafo step up adalah ....

16

30. Sebuah transformator sederhana memiliki 20 lilitan pada kumparan primer dan 80 lilitan pada kumparan sekunder. Jika kumparan primer diberi tegangan 4 V, tegangan pada kumparan sekunder adalah .... a. 4 V c. 100 V b. 16 V d. 240 V 31. Pada sebuah transformator, jumlah lilitan primer dan sekunder masing-masing 1.000 lilitan dan 250 lilitan. Jika kuat arus primer 0,5 A, maka besar kuat arus sekunder adalah .... a. 2 A c. 4 A b. 3 A d. 5 A 32. Sebuah transformator memiliki jumlah lilitan primer dua kali lebih banyak daripada lilitan sekunder, digunakan untuk mengubah 220 volt AC menjadi 110 volt AC. Jika arus dalam kumparan sekunderadalah 4 A, maka arus primer adalah .... a. 1 A c. 8 A b. 2 A d. 16 A 33. Magnet batang yang dilewatkan melalui kumparan kawat, maka arus induksi dalam kumparan paling besar pada saat .... a. magnet digerakkan dengan cepat dan berada dalam kumparan dalam waktu singkat b. magnet digerakkan secara perlahan-lahan dan cukup lama berada dalam kumparan c. kutub selatan magnet memasuki kumparan d. kutub utara magnet memasuki kumparan 34. Perbandingan daya keluaran dan daya masukan transformator dinamakan .... a. transformator ideal c. persentase daya b. efisiensi transformator d. efektivitas transformator 35. Daya pada kumparan primer dari sebuah transformator step up adalah 300 watt. Jika daya pada kumparan sekunder 225 watt, efisiensi transformator tersebut adalah .... a. 25% c. 75% b. 30% d. 85%

17

BAB XI TATA SURYA

Peta Konsep

A. Anggota Tata Surya Benda-benda langit yang merupakan anggota tata surya adalah bintang, planet, satelit, komet, asteroid, meteor, dan meteroid. I.

Bintang Bintang adalah satu-satunya anggota tata surya yang memiliki keistimewaan mampu memancarkan cahaya sendiri. Dalam tata surya ini, bintang memiliki jumlah yang tak terhingga banyaknya. Bintang yang paling dapat kita rasakan keberadaannya adalah matahari. Matahari merupakan bintang dan anggota tata surya yang memiliki massa paling besar. Karena massanya ini, tarikan gravitasi matahari mampu mengatur peredaran anggota tata surya yang lain dan menjadikan matahari sebagai pusat dari tata surya. Peredaran benda langit mengitari matahari berlangsung dalam garis edar yang berbentuk elips. II. Planet Planet merupakan anggota tata surya yang tidak memancarkan cahaya sendiri, tetapi hanya memantulkan cahaya matahari.

18

Pada 2006, International Astonomical Audit (IAU) memperjelas definisi tentang planet, yaitu: “benda langit yang memiliki orbit mengelilingi matahari, memiliki massa dan gravitasi yang cukup sehingga dapat membentuk struktur bulat, dan memiliki jalur orbit yang bersih (tidak ada benda langit lain dalam orbitnya).” Berdasarkan definisi ini, pluto sudah tidak termasuk planet lagi karena orbitnya tidak bersih. Nama-nama planet yang diurutkan berdasarkan jaraknya dari matahari mulai dari yang terdekat sampai yang terjauh adalah: Merkurius,Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Karena lintasan edarnya yang elips, kedudukan planet dan matahari pada suatu saat dapat berada pada jarak terdekat (perihelium) dan pada saat lain dapat berada pada jarak yang paling jauh (aphelium). Tabel 11.1 perbandingan planet-planet berdasarkan jari-jari dan jarak rata-rata ke Matahari.

Para ahli astronomi telah mengelompokkan delapan planet ini berdasarkan hal-hal yang dianggap istimewa, yaitu: 1. Berdasarkan letaknya yang dilihat dari orbit bumi a) Planet inferior adalah planet-planet yang terletak dalam orbit bumi, yaitu Merkurius dan Venus. b) Planet superior adalah planet-planet yang letaknya berada di luar orbit bumi. Planet-planet ini adalah Mars, Jupiter, dan Saturnus. 2. Berdasarkan ukuran dan komposisi bahan penyusunnya a) Planet terestial, yaitu planet yang ukurannya relatif kecil, berbatu, dan permukaannya diselimuti sedikit atmosfer. Tergabung dalam kelompok ini adalah Bumi, Merkurius, Venus, dan Mars. b) Planet jovian, yaitu planet yang sebagian besar diselimuti oleh gas, cairan, bahkan es tebal, dan ukurannya pun relatif besar. 19

3. Berdasarkan orbit asteroid a) Planet dalam : Merkurius, Venus, Bumi dan Mars b) Planet luar : Jupiter, Saturnus, Neptunus, dan Uranus III. Satelit Satelit adalah benda langit anggota tata surya yang selalu mengiringi planet sehingga disebut sebagai pengiring planet. Karenanya, satelit akan berevolusi bersama planetnya mengelilingi matahari. Selain gerakan ini, satelit pun akan berotasi dan berevolusi mengelilingi planet yang diiringinya. Tabel 11.2 Daftar nama dan jumlah satelit alamiah dalam tata surya.

Berdasarkan keberadaannya, satelit terbagi menjadi dua jenis, yaitu: 1. Satelit alami : satelit yang telah ada dan merupakan ciptaan Tuhan sehingga dapat bergerak dengan sendirinya tanpa campur tangan manusia. 20

Contohnya : bulan. 2. satelit buatan adalah benda langit yang mengelilingi planet dan merupakan buatan manusia sehingga segala pergerakannya harus diatur oleh manusia. Tujuan dibuatnya satelit ini adalah untuk penelitian planet. Contoh : Salah satu satelit buatan adalah satelit palapa yang merupakan satelit komunikasi domestik Indonesia. Beberapa jenis satelit berdasarkan tujuannya adalah sebagai berikut: a) Satelit komunikasi, berfungsi sebagai relai stasiun pemancar yang berada di angkasa. Contohnya adalah Echostar 3 yang beroperasi di sekitar Amerika dan satelit Palapa yang ada di Indonesia. b) Satelit cuaca, berfungsi untuk memonitor cuaca di permukaan bumi. Contoh satelit cuaca adalah TIROS yang dioperasikan oleh NOAA. c) Satelit Pencitraan Sumber Daya Alam yang berfungsi untuk memetakan permukaan bumi. Contohnya adalah LANDSAT dan Vanguard milik Amerika. d) Satelit penentu posisi (Global positioning System, GPS). Satelit ini berfungsi untuk menentukan posisi garis bujur, garis lintang, dan ketinggian suatu tempat di permukaan bumi secara akurat. e) Satelit penelitian yang diluncurkan pada orbit yang sesuai dengan objek penelitiannya. Contohnya adalah satelit SOHO yang diluncurkan untuk meneliti matahari. IV. Asteroid Asteroid adalah benda angkasa yang berupa pecahan kecil dan terletak pada garis edar yang berada di antara planet Mars dan Jupiter. Asteroid terbesar berdiameter 770 km. Asteroid terbentuk bersamaan dengan pembentukan planet berdasarkan susunannya. Asteroid diduga berasal dari pecahan planet yang hancur. Asteroid yang pertama kali diteliti diberi nama ceres. Penelitian ini dilakukan pada 1801 oleh seorang astronom Italia bernama Guiseppa Piazzi. V. Komet (bintang berekor) - Komet adalah benda langit berukuran kecil yang tersusun atas sejumlah partikelpartikel kecil bebatuan, kristal, es, dan gas. - Komet terdiri atas tiga bagian, yaitu bagian inti, koma, dan ekor. - Inti komet tersusun atas partikel padat, yaitu es dan gas yang membeku dengan diameter sekitar 10 km, jauh lebih kecil daripada bagian komanya yang diameternya dapat mencapai 100.000 km. - Ekor komet merupakan bagian terbesar yang tersusun atas gas hasil penguapan kristal es yang ada pada bagian inti. Panjangnya bisa mencapai 100 juta km. - Ekor komet selalu bergerak menjauhi matahari karena susunan partikel gasnya renggang sehingga terdorong oleh radiasi matahari. 21

-

Komet yang paling sering mendekati matahari adalah komet Enche, karena lintasan terpendek daripada lintasan komet lainnya, yaitu hanya 3,3 km. Komet yang paling terkenal adalah komet yang memiliki periode kemunculan 76 tahun sekali, yaitu komet Halley, terakhir nampak pada tahun 1986. Komet yang paling lama periode kemunculannya adalah komet Kohontek, beredar di luar planet Pluto dengan periode kemunculan setiap 75.000 tahun sekali, terakhir melintasi bumi pada tahun 1974.

VI. Meteor dan Meteorid Meteor adalah benda angkasa yang bergerak cepat dengan lintasan yang tak beraturan. Jika kamu pernah mendengar istilah bintang jatuh, itulah meteor yang dapat terlihat oleh manusia. Pada umumnya, meteor yang memasuki atmosfer bumi akan terbakar dan menguap. Namun, ada beberapa meteor yang berhasil memasuki atmosfer dan sampai ke permukaan bumi sebelum habis terbakar. Benda inilah yang disebut meteorid. B. Matahari sebagai Pusat Tata Surya Jarak matahari dari bumi adalah 149.000.000 km sehingga sering dibulatkan menjadi 150 juta km. Jarak inilah yang disebut dengan satu satuan astronom. Diameter matahari diperkirakan mencapai 1.390.000 km. Matahari tersusun atas 71% hidrogen, 27% helium, dan sisanya unsurunsur berat. Susunan matahari yang lebih lengkap dapat kamu lihat pada tabel berikut ini. Tabel 11.2 Susunan Matahari

Lapisan-Lapisan Matahari, yaitu : 1. Atmosfer Matahari a) Kromosfer adalah bagian yang dekat dengan permukaan matahari dan memiliki densitas yang rendah, bersuhu sekitar 4.500 Kelvin dan ketebalannya 2.000 km. b) Korona adalah bagian terluar matahari, berarti mahkota, bersuhu sekitar 1 juta Kelvin dan ketebalannya sekitar 700.000 km. 22

2. Fotosfer Matahari, atau permukaaan matahari merupakan gas yang memiliki kerapatan yang sangat tinggi. Suhunya sekitar 6.000 Kelvin, dengan ketebalan sekitar 300 km, merupakan bagian matahari yang dapat kita lihat. 3. Inti Matahari, disusun oleh gas yang sangat padat dengan kerapatan kira-kira 100 kali lebih padat dibandingkan kerapatan air. Akibatnya, gravitasi yang terjadi di inti matahari sangat besar. Suhunya sekitar 14 juta Kelvin, tempat terjadinya reaksi nuklir yang menghasilkan energi sangat besar. Di permukaan matahari terdapat berbagai aktivitas, antara lain sunspot (bintik hitam), flare (letupan cahaya yang menyembarkan partikel-partikel bermuatan listrik), protuberans (ledakan mendadak dan segera lenyap), serta yang terbesar adalah prominensa (kilauan gas yang mengalami kondensasi kemudian jatuh kembali ke permukaan matahari). C. Planet-Planet Anggota Tata Surya 1. Merkurius - Diameter 4.862 km, kira-kira 1/3 diameter bumi dan massanya dibandingkan dengan massa bumi adalah 1 : 27. - Merkurius sering mengalami tabrakan dengan asteroid sehingga permukaannya dipenuhi kawah-kawah dengan kawah terbesar berdiameter 1.300 km, yaitu Cekungan Caloris. - Memiliki periode revolusi paling cepat, yaitu 88 hari. Sementara itu, periode rotasi Merkurius adalah 59 hari. 2. Venus - Atmosfer Venus lebih padat sehingga tekanan atmosfernya mencapai 100 kali tekanan atmosfer bumi. - Diameter Venus 12.190 km. Atmosfernya didominasi oleh gas CO2 (hampir 96%), gas nitrogen (3,5%), dan sisanya terdiri atas uap air dan gas lain. - Waktu sekali berotasi adalah 243 hari, revolusi 225 hari. - Arah rotasi venus berlawanan dengan planet lain, yaitu dari timur ke barat. Akibatnya, di Venus matahari terbit dari barat ke timur. 3. Bumi - Sebagian besar permukaan bumi ditutupi oleh air, yaitu mencapai 2/3 bagian bumi. - Berdiameter sekitar 12.700 km. - Rata-rata periode revolusinya 365,25 hari dan periode rotasinya sekitar 24 jam. Bumi memiliki satu satelit, yaitu bulan. 4. Mars - Diameternya sekitar 6.800 kilometer. - Jaraknya dari matahari sekitar 228 juta kilometer, dengan periode revolusi 687 hari, dan berotasi dengan periode sekitar 24,6 jam. 23

-

5.

6.

7.

8.

Untuk menyelidiki permukaan planet Mars, bukan manusia yang dikirim ke sana melainkan robot kecil Amerika Serikat, yaitu Viking 1 dan Viking 2. Mars memiliki dua satelit, yaitu Phobos dan Deimos. Jupiter - Diameter Jupiter 142.860 km, volumenya sekitar 1.300 kali volume bumi. - Meskipun letaknya jauh, Jupiter lebih mudah dilihat karena dua hal, yaitu ukurannya sangat besar dan memantulkan lebih dari 70% cahaya matahari yang diterimanya. Bandingkan dengan bulan yang hanya memantulkan sekitar 7% cahaya yang diterimanya. - waktu rotasi 9,8 jam; sekitar 2,5 kali lebih cepat dibandingkan bumi. Periode revolusinya sekitar 12 tahun. - Jupiter memiliki 16 satelit, beberapa diantaranya lebih besar dari Pluto. Empat di antaranya adalah Io, Eropa, Ganymeda, dan Calisto. Saturnus - Saturnus berjarak 1.428 juta kilometer dari matahari, jarak ini hampir 10 kali jarak bumi-matahari. - berdiameter sekitar 120.000 kilometer, jadi merupakan planet terbesar kedua setelah Jupiter. - Periode revolusinya 29,5 tahun; sedangkan periode rotasinya sangat cepat yaitu 10,6 jam. Karena kerapatannya rendah dan berotasi cepat menyebabkan Saturnus bentuknya pipih. - Saturnus memiliki 21 satelit, yang terbesar yaitu Titan. Uranus - Uranus berotasi pada sumbu yang sebidang dengan bidang edarnya mengelilingi matahari. - berotasi dalam waktu 11 jam dan berevolusi dalam waktu sekitar 84 tahun. Neptunus - Jaraknya dari matahari sekitar 4.500 juta km. - waktu revolusi Neptunus adalah 165 tahun. Periode rotasinya 16 jam. - Diameter Neptunus hampir empat kali diameter bumi, yaitu sekitar 48.600 km. - Neptunus memiliki delapan satelit, dua diantaranya adalah Triton dan Nereid.

D. Bumi sebagai Planet I. Bagian-Bagian Bumi 1. Atmosfer Atmosfer adalah udara yang mengelilingi Bumi, terdiri atas sekitar 78% nitrogen, 21% oksigen, dan 1% gas-gas lain, termasuk uap air, debu, dan karbon dioksida. a) Troposfer merupakan daerah tempat perubahan-perubahan besar terjadi yaitu suhu, tekanan, dan kadar uap air.

24

-

b)

c)

d)

e)

Pada batas luar troposfer terdapat zona pemisah antara troposfer dengan stratosfer selanjutnya yang disebut tropopause. - Semakin ke atas temperatur dalam troposfer menurun secara tetap sampai pada ketinggian tropopause yaitu 15 km. Stratosfer - Panjang lapisan stratosfer adalah 15 km sampai 40 km di atas permukaan bumi. - Inilah zona di mana aliran udara kuat dan bergerak cepat, yang dapat mencapai kecepatan 400 km per jam. Temperatur di lapisan stratosfer naik dari tingkat bawah –60° C pada ketinggian 15 km sampai ke tingkat atas 0° C pada ketinggian 40 km. - Pada lapisan stratosfer terdapat lapisan ozon (O3). Mesosfer - Tebalnya 40 km sampai sekitar 70 km di atas permukaan bumi. - Suhu pada lapisan mesosfer dari 0° C pada ketinggian 40 km sampai tingkat bawah –90° C pada ketinggian sekitar 75 sampai 80 km ke atas. Termosfer - Merupakan lapisan dengan daerah yang meluas dari 70 km sampai 400 km di atas bumi. Pada daerah ini udaranya sudah menipis. - Sering disebut lapisan ionosfer, karena terbuka oleh radiasi dari ruang angkasa dan matahari. - Temperaturnya naik seiring dengan ketinggian sampai pada level 1500 °K – 2000 °K. - Banyak molekul dan atom-atom yang terionisasi. Namun demikian selalu terjadinya suatu keseimbangan dikarenakan adanya elektron bebas yang dengan cepatnya merekombinasi kembali dengan ion-ion tersebut. Eksosfer Lapisan eksosfer ini berada pada ketinggian 400 km atau lebih. Lapisan ini adalah lapisan luar dari atmosfer.

2. Hidrosfer Bumi diperkirakan adalah satu-satunya planet yang mengandung air. Sekitar tiga per empat permukaan bumi terdiri dari perairan. Hampir 96% berat air bumi tersusun dari hidrogen dan oksigen. 3. Litosfer Litosfer adalah bagian dari daratan bumi yang berupa batu-batuan. Pada dasarnya, batu-batuan ini dapat digolongkan ke dalam tiga jenis, yaitu batuan beku, batuan sedimen, dan batuan metamorf. II. Gerak Bumi 25

1. Rotasi bumi - Periode rotasi sekitar 23 jam 56 menit 4,09 detik atau sekitar 24 jam. - Rotasi Bumi menyebabkan berbagai peristiwa. Di antaranya :  terjadinya siang dan malam  gerak semu harian benda langit  terjadi pemepatan bentuk Bumi di daerah kutub dan penggembungan di daerah ekuator  pembelokan arah angin  menyebabkan terjadinya perbedaan waktu di bumi 2. Revolusi bumi - Revolusi Bumi adalah gerak Bumi mengelilingi Matahari. Periode revolusi Bumi adalah 1 tahun, yaitu 365,25 hari atau 365 ¼ hari. - Revolusi Bumi menyebabkan beberapa peristiwa, yaitu gerak semu Matahari, pergantian musim, perubahan lamanya siang dan malam, dan terlihatnya rasi bintang yang berbeda-beda dari bulan ke bulan. - Ketika berevolusi, Bumi tidak tegak lurus terhadap bidang ekliptika, melainkan miring dengan arah yang sama dan membentuk sudut 23,5°. Oleh karena itu terdapat empat kedudukan Bumi pada orbitnya.

Gambar 11.1 Diagram gerak semu matahari tahunan

Gambar 11.2 Musim-musim dalam setahun Tabel 11.4 Perbedaan empat musim di belahan Bumi 26

E. Bulan sebagai Satelit Bumi I. Gerakan bulan Dalam peredarannya, Bulan melakukan tiga gerakan sekaligus yaitu rotasi, revolusi, dan bersama-sama dengan Bumi mengitari Matahari. Periode rotasinya sama dengan periode revolusinya. Rotasi Bulan memiliki dua macam periode. - Periode pertama adalah periode sideris/bulan sideris, periode ini mengacu ke satu bintang jauh selain Matahari. Satu bulan sideris kira-kira 27,3 hari. - Periode kedua adalah periode sinodis yang mengacu ke Matahari. Satu bulan sinodis kira-kira 29,5 hari. II. Fase-fase Bulan

Gambar 11.3 Fase bulan F. Gerhana Bulan dan Gerhana Matahari Pada saat gerhana bulan dan gerhana matahari akan membentuk dua bayangan, yaitu: a) Umbra adalah bayangan yang dibentuk oleh bumi dan atau bulan berbentuk kerucut. Umbra merupakan ruang gelap yang tidak terkena cahaya sama sekali. b) Penumbra adalah bayang-bayang kabur yang berada di sekitar umbra. Penumbra merupakan daerah agak kabur karena masih terkena sedikit cahaya. 27

I.

Gerhana Bulan Gerhana bulan terjadi saat matahari, bumi, bulan terletak satu garis lurus. Saat gerhana bulan, bumi terletak di antara matahari dan bulan, sehingga cahaya matahari mengenai bumi dan tidak sampai di bulan. Akibatnya bulan tidak memantulkan cahaya sama sekali ke bumi.

Gambar 11.4 Gerhana bulan II. Gerhana Matahari Gerhana matahari terjadi jika posisi bulan terletak antara bumi dan matahari. Akibatnya bulan membentuk bayangan di bumi, sehingga orang yang tinggal di belahan bumi tersebut tidak dapat melihat matahari.

Gambar 11.5 Gerhana matahari

Gerhana matahari total hanya berlangsung selama 6 menit, sementara gerhana bulan total dapat terjadi selama 2 jam. Peristiwa naik atau turunnya air laut dari keadaan normal (garis pantai) disebut dengan pasang atau surut. Air laut mengalami pasang surut sebanyak dua kali dalam satu hari. Peristiwa ini terjadi akibat adanya pengaruh gaya gravitasi bulan dan matahari. Karena jarak bulan lebih dekat daripada jarak matahari ke bumi, maka gaya gravitasi bulan memiliki pengaruh yang lebih besar daripada gravitasi matahari terhadap peristiwa pasang surut ini.

28

Tes Kompetensi Bab XI Pilihlah jawaban yang paling tepat! 1. Matahari, planet, dan benda-benda langit lainnya membentuk sebuah sistem yang disebut .... a. galaksi c. tata surya b. astronomi d. bintang 2. Bintang yang menjadi pusat tata surya adalah .... a. Matahari c. Saturnus b Alpha Centauri d. Jupiter 3. Bagian Matahari yang terlihat pada saat gerhana disebut .... a. korona c. inti b. litosfer d. semburan gas 4. Matahari tersusun oleh gas-gas, massa jenis Matahari dibandingkan dengan planet-planet adalah ... a. lebih besar c. lebih kecil b. sama d. kadang sama kadang lebih besar 5. Sumber energi Matahari berasal dari .... a. bintang lain c. reaksi inti b. planet d. galaksi lain 6. Yang bukan merupakan bagian Bumi adalah .... a. atmosfer c. hidrosfer b. litosfer d. korona 7. Bagian Bumi yang disebut selimut adalah .... a. atmosfer c. litosfer b. hidrosfer d. kromosfer 8. Bagian Bumi tempat terjadinya pelapukan adalah .... a. atmosfer c. litosfer b. hidrosfer d. kromosfer 9. Pemantulan dan penyerapan Matahari terjadi pada bagian Bumi yaitu .... a. atmosfer c. litosfer b. hidrosfer d. kromosfer 10. Bumi berotasi pada porosnya disebut .... a. revolusi c. revolusi dan rotasi b. rotasi d. semua salah 11. Bulan merupakan ... Bumi a. planet c. anak b. satelit d. bintang 12. Bulan selalu mengitari Bumi disebabkan karena adanya .... a. gaya gravitasi Bumi c. panas Bumi 29

b. atmosfer Bumi d. jarak 13. Cahaya dari Bulan tidak terasa panas karena .... a. cahayanya bukan berasal dari bulan sendiri b. jarak Bulan cukup jauh dari planet Bumi c. energi cahaya dari Bulan terlalu kecil d. energi cahaya dari Bulan dikalahkan cahaya Matahari 14. Planet yang paling dekat dengan Matahari adalah .... a. Jupiter c. Saturnus b. Neptunus d. Merkurius 15. Planet yang letaknya paling jauh dari Bumi adalah .... a. Merkurius c. Bumi b. Venus d. Neptunus

30