laporan akhir m3

8/16/2019 Laporan Akhir M3

1/19

I. Tujuan

1. Memahami prinsip pengukuran melalui rangkaian RLC.

2. Menentukan nilai suseptibilitas dan permeabilitas bahan-bahan magnet.

II. Teori Dasar

II.1 Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan

magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di

Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah

ditemukan seenis batu yang memiliki si!at dapat menarik besi atau baa atau

campuran logam lainnya. "enda yang dapat menarik besi atau baa inilah yang

disebut magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi# baa# dan campuran logam

serta telah banyak diman!aatkan untuk industri otomoti! dan lainnya. $ebuah

magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama %tersusun

teratur magnet-magnet kecil ini disebut magnet elementer. 'ada logam yang

bukan magnet# magnet elementernya mempunyai arah sembarangan %tidak teratur&

sehingga e!eknya saling meniadakan# yang mengakibatkan tidak adanya kutub-

kutub magnet pada uung logam. $etiap magnet memiliki dua kutub# yaitu( utara

dan selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada uung-uung magnet

dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya)2*.

Gambar 1. Gaya saling-tolak dan saling-tarik pada magnet, serupa dengan

gaya Coulomb dalam Elektrostatik )+*

Magnet dapat menarik benda lain# beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat

dari yang lain# yaitu bahan logam. ,amun tidak semua logam mempunyai daya

tarik yang sama terhadap magnet. "esi dan baa adalah dua contoh materi yang

mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. $edangkan oksigen cair adalah

contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. $atuan

intensitas magnet menurut sistem metrik $atuan nternasional %$& adalah Tesla


2/19

dan $ unit untuk total !luks magnetik adalah weber %1 eber/m2 1 tesla& yang

mempengaruhi luasan satu meter persegi)2*.

II.2 Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih merasakan

adanya gaya magnet. ika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang# maka

teradi perubahan dalam ruangan ini karena setiap titik dalam ruangan tersebut

akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik suatu ruangan dide!inisikan

sebagai arah yang ditunukkan oleh kutub utara arum kompas yang diletakkan

disekitar medan magnet tersebut)2*.

Gambar 2. Garis Gaya Medan yang Selalu Mengarah dari Kutub Utara ke

Selatan)+*

$ebagaimana pada muatan listrik# sebuah dipol magnet %yang merupakan

satuan terkecil magnet& memiliki medan magnet yang arahnya dari kutub utara

menuu kutub selatan selatan. al ini mirip seperti pada muatan listrik positi!#

medan listrik mengarah keluar menauhi muatan# dan pada muatan negati!

sebaliknya. "enda-benda logam %magnetik& yang berada di sekitar medan magnet

akan mengalami gaya magnetik# seperti halnya gaya coulomb pada listrik )+*.

2.3 Bahan Magnetik

"ahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki si!at kemagnetan dalam

komponen pembentuknya# dan terpengaruh oleh medan magnet berupa

penyearahan dipol-dipol megnetik pada bahan %magnetisasi&. Magnetisasi

dide!inisikan sebagai momen dipol magnet %m& persatuan 3olume %&. $ecara

matematis dapat ditulis)1* (


3/19

M m

V

5imana (

M magnetisasi yang timbul pada bahan

m momen dipole magnet

olume

Momen dipol magnet pada sebuah atom bebas berasal dari + sumber utama#

yaitu(

1. $pin elektron %dari elektron yang disubsidi&

2. 6rbital elektron

+. 'erubahan momen magnet orbit yang diinduksi oleh medan magnet luar.

Arah momen dipol magnetik dari atom bahan non magnetik adalah acak

sehingga momen magnetik resultannya menadi nol. $ebaliknya didalam bahan-

bahan magnetik# arah momen magnetik atom-atom bahan itu teratur sehingga

momen magnetik resultan tidak nol)1*.

(a) (b)

Gambar 3. Momen Magnetik Benda Magnetik (a) dan Benda on-Magnetik (b))2*

Menurut si!atnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan# bahan dapat

digolongkan menadi 7 yaitu)4*(

a. 5iamagnetik

"ahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-

masing atom atau molekulnya nol# tetapi orbit dan spinnya tidak nol %alliday 8

Resnick# 19:9&. "ahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet

permanen. ika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar# maka elektron-

elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan

resultan medan magnet atomis yang arahnya berlaanan.

b. 'aramagnetik


4/19

"ahan paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-

masing atom/molekulnya tidak nol# tetapi resultan medan magnet atomis total

seluruh atom/molekul dalam bahan nol. al ini disebabkan karena gerakan

atom/molekul acak# sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom

saling meniadakan. "ahan ini ika diberi medan magnet luar# maka elektron-

elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet

atomisnya searah dengan medan magnet luar. $i!at paramagnetik ditimbulkan oleh

momen magnetik spin yang menadi terarah oleh medan magnet luar. 'ada bahan

ini# e!ek diamagnetik %e!ek timbulnya medan magnet yang melaan medan

magnet penyebabnya& dapat timbul# tetapi pengaruhnya sangat kecil.

c. ;erromagnetik

"ahan !erromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar.

al ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. 'ada bahan

!erromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan# misalnya pada atom

besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing

spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik#

sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar.

d. Anti!erromagnetik

enis ini memiliki arah domain yang berlaanan arah dan sama pada kedua arah.

Arah domain magnet tersebut berasal dari enis atom sama pada suatu kristal.

Contohnya Mn6# Mn$# dan ;e$. 'ada unsur dapat ditemui pada unsur Cromium#

tipe ini memiliki arah domain yang menuu dua arah dan saling berkebalikan.

enis ini memiliki temperature Curie yang rendah sekitar +errom antara

>erromagneti dan >erromagnetic seperti magnet barium !errite dimana barium

adalah enis >erromagneti dan ;e adalah enis >errom yang masuk

>erromagnetic.


5/19

%a& %b& %c&

%d& %e&

Gambar 4. !rah "omain (a) "iamagnetik (b) #aramagnetik ($) %erromagnetik (d) !nti&erromagnetik dan (e) %errimagnetik )4*

2.4 use!tibilitas dan "ermeabilitas Bahan Magnet

$useptibilitas magnetik bahan merupakan kecenderungan suatu material

untuk menadi bahan magnet dalam pengaruh medan magnet luar# atau si!at

kemagnetan suatu bahan yang ditunukkan dengan adanya respon terhadap medan

magnet luar. 5imana nilai suseptibilitas ini dilambangkan dengan χm dengan

satuan A/m. nilai χm ini sebanding dengan rasio magnetisasi bahan M dan kuat

medan magnet luar yang diberikan )7*

❑m= M

H

5engan (

M magnetisasi yang timbul pada bahan

kuat medan magnet yang diberikan pada bahan

χm suseptibilitas magnetik bahan

5imana ada tiga kelompok bahan menurut nilai suseptibilitas magnetnya)7* (

1. χm ? 0 ( bahan diamagnetic

2. χm @ 0# namun χm ?? 1 ( bahan paramagnetic

+. χm@ 0# dan χm@@ 1 ( bahan !eromagnetik


6/19

Gambar #. Kur'a Suseptibilitas Bahan "iamagnetik, #aramagnetik dan

%erromagnetik )7*

'ermeabilitas bahan magnet adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk

membentuk medan magnet didalamnya atau sebagai kemampuan suatu baha untuk

menerima medan magnetik luar. 5imana permeabilitas ini dide!inisikan sebagai

perbandingan antara kerapatan magnetik %"& dalam bahan dan kuat medan magnet

luar %&. permeabilitas suatu bahan merupakan si!at penting untuk

mempertimbangkan si!at magnet suatu material.

µ= B

H

"erdasarkan permeabilitas magnetik % m& bahan magnetik dapat diklasi!ikasikan

menadi tiga kelompok yaitu diamagnetik % m?B0 paramagnetik % m@ B0& dan

!erromagnetik % m@@ B0&. $atuan $ dari permeabilitas adalah enry per meter

%m-1&. 5imana hubungan antara "# # B dan χm adalah diungkapkan sebagai

berikut)1* (

´B=µH

µ=µ0 µr danµr=1+❑m

B́=µ0µr ´ H

B́=µ0(1+❑m) ´ H

B́=µ0 ´ H +µ0❑m ´ H


7/19

B́=µ0 ´ H +µ0 ´ M

B́=µ0( ´ H + ´ M )

2.# $angkaian $%&

Rangkaian RLC adalah rangkaian elektronika yang didalamnya terdapat tiga buah

komponen, yakni resistor, induktor, dan kapasitor. Penamaan rangkaian RLC ini

bukan tanpa alasan, karena nama RLC menjadi sebuah simbol listrik untuk

ketahanan, induktansi, serta kapasitansi. Rangkaian RLC dapat membentuk

sebuah sistem persamaan diferensial orde kedua atau bisa juga dua persamaandiferensial orde pertama, dimana persamaan diferensial tersebut diselesaikan

secara simultan. Berikut adalah rumus frekuensi resonansi dari rangkaian RLC

yang harus anda ketahui.

ω0=

1

√ LC

5imana (

ω0 ;rekuensi resonansi %&

L ,ilai induktansi %&

C ,ilai kapasitansi %;&

5alam rangkaian RLC kita mengenal dua enis bagiannya yakni rangkaian RLC

seri dan rangkaian RLC parallel. 'erbedaan dari kedua rangkaian ersebut tentunya

terletak pada penyusunan komponen resistor# induktor dan kapasitornya# dimana

yang satu dipasang seri dan yang satu lagi dipasang secara parallel. 'erbedaan

model pemasangan tersebut bukan tanpa maksud. Derdapat beberapa perbedaan

hasil yang dotampilkan oleh kedua rangkaian tersebut.

Rangkaian RLC $eri


8/19

Gambar '. angkaian Seri *C )E*

Rangkaian seri RLC adalah rangkaian elektronika yang tersusun atas resistor#

induktor dan kapasitor yang dihubungkan secara seri# dengan sumber tegangan

bolak-balik atau tegangan AC. 'ada rangkaian RLC seri# hambatan arus tegangan

se!ase# induktor tegangan mendahului arus# serta kapasitor tegangan didahului

arus.

Rangkaian RLC 'aralel

Gambar (. angkaian #aralel *C )E*

Rangkaian paralel RLC adalah rangkaian elektronika yang tersusun atas resistor#

induktor dan kapasitor yang dihubungkan secara paralel# dengan sumber tegangan

bolak-balik atau tegangan AC. 'ada rangkaian RLC paralel# teradi pembagian

arus listrik dari sumber menadi tiga# yakni mengarah ke resistor# induktor dan

kapasitor.

III. Metodologi "er)obaan

III.1 *lat dan Bahan

1. 'erangkat sinyal ;ungction Fenerator dan 6scilloscope 5igital.

2. 'erangkat rangkaian RLC# %R 220Ω# C 220B; dan L&.


9/19

+. "ahan padat magnet# aluminium# dan !erit.

3.2 "rosedur "er)obaan

1. Menghitung nilai komponen-komponen untuk rangkaian RLC seperti nilai

kapasitor yang digunakan# resistor# banyak lilitan dan tinggi lilitan yang

digunakan sebagai induktor.

2. Menyusun rangkaian pada protoboard untuk rangkaian RLC parallel.

+. Melakukan kalibrasi untuk masing-masing probe yang akan digunakan pada

oscilloscope.

4. Menghubungakan rangkaian yang telah dibuat pada protoboard ke sumber

tegangan sebesar 7# ;unction Fenerator dan 6scilloscope.

Gambar . Rangkaian 'ercobaan

7. Memberikan !rekuensi input pada rangkaian dan mengamati hasil

keluarannya.

E. $etelah diberikan !rekuensi input pada rangkaian# ternyata bentuk sinyal

keluaran kurang baik. 5imana salah satu channel ada yang tidak menampilkan

nilai !rekuensi outputnya. 5an untuk tegangannya# dimana tegangan input dan

output memiliki nilai yang sama. 'adahal seharusnya nilai tegangan output

selalu memiliki nilai yang lebih kecil dibanding input karena telah meleati

rangkaian.


10/19

9. 'raktikum diulang pada tanggal 21 April 201E# namun hasilnya masih tidak

sesuai. $ehingga asisten memutuskan untuk menggunakan data praktikum

kelompok sebelumnya.

10. ika melakukan percobaan langsung maka hal yang dilakukan adalah pertama

untuk bahan udara yakni mengiputkan !rekuensi sebesar 20 sampai E0 # lalu

mencatat nilai ; in# ; out# in dan out. ika data dirasa sudah cukup dimana

ada nilai out yang paling tinggi diantara lainnya# maka dilakukan hal yang

sama untuk percobaan selanutnya dengan memberikan bahan !erit# aluminium

dan magnet kedalam lilitan.

I+. "engolahan Data

1. Menentukan ;rekuensi Acuan

f resonansiacuan= 1

2π √ LC

2. Menentukan H$R ;resonansi

KSR=

|

f resonansiacuan−f resonansipercobaan

f resonansiacuan

| x100

+. Menentukkan nduktansi 'ercobaan

L percobaan= 1

4 π 2

fres2

C

4. Menentukan 'ermeabilitas "ahan % μ percobaan¿

μ percobaan= L percobaan. l

N 2 A

7. Menentukan $useptibilitas "ahan % ¿

= μ percobaan

μ0−1

Contoh 'engolahan 5ata untuk Idara

5iketahui ( L


11/19

f resonansiacuan= 1

2π √ LC

f resonansiacuan= 1

2.3,14√ 70 x10−3220 x 10−6

f resonansiacuan=40,58 H!

; %& ; input %& ; output %& input %& out %m&

20 21#07 21#1E 2#12 4#40

+0 +0#24 +1#7E 2#10 4#40

40 40#+< 42#


12/19

μ percobaan= L percobaan. l

N 2 A

μ percobaan=0,063094 .1,5 x 10

−2

(50 )2 .(0,0011775)

μ percobaan=3,21 x10−4

H /m

,ilai μ percobaan dapat digunakan untuk menentukan nilai suseptibilitas bahan#

digunakan rumus(

= μ percobaan

μ0−1

5engan μ

0 adalah permebilitas di ruang hampa yang nilainya 12#7E K 10-


13/19

Fra!ik ubungan ;out terhadap out untuk Masing-masing "ahan

• Idara

• ;erit


14/19

• Aluminium

• Magnet


15/19

+. "embahasan ,asil

'ada praktikum kali ini yang dilakukan untuk menentukan nilai

suseptibilitas dan permeabilitas digunakan beberapa bahan atau medium

diantaranya adalah udara# !erit# aluminium dan magnet. 5imana pada percobaan

rangkaian yang digunakan adalah rangkaian RLC paralel yang selanutnya nilai

yang didapatkan adalah !rekuensi resonansi rangkaian tersebut. 5ari setiap kali

percobaan untuk tiap bahan atau medium yang berbeda digunakan nilai !rekuensi

input yang berbeda dan !rekuensi resonansi didapatkan adalah nilai !rekuensi

output ketika tegangan output %out& pada rangkaian mencapai nilai

maksimumnya sesuai dengan gra!ik hubungan ;out terhadap out yang

merupakan kur3a kuadratik yang terbuka kebaah. 5ari setiap bahan memiliki

nilai !rekuensi resonansi yang berbeda-beda. 5imana ika sesuai dengan nilai

induktansi literatur maka nilai !rekuensi resonansi yang paling besar adalah bahan

aluminium dengan nilai induktansi literatur yang lebih kecil dibanding bahan lain#

dan ika dilihat dari segi perumusan# nilai !rekuensi resonansi berbanding terbalik

dengan nilai induktansi. 5ari hasil percobaan# nilai !rekuensi resonansi yang

dihasilkan memiliki perbedaan nilai dengan !rekuensi literatur atau acuannya. al

ini bisa teradi akibat nilai kapasitor yang tidak pas sesuai dengan nilai yang

tertera dan nilai !rekuensi inputan bisa saa tidak pas dengan literatur. Lalu dari

nilai !rekuensi resonansi ini# kita dapat menentukan induktansi percobaan %L

permeabilitas %B& dan suseptibilitas %χ& setiap bahan inti yang berbeda-beda. 5ari

segi hubungan nilai !rekuensi resonansinya dapat dipastikan baha yang memiliki

nilai !rekuensi resonansi terkecil maka induktansi %L& bahan tersebut memiliki

nilai yang besar. "erikut tabel nilai !rekuensi setiap bahan.

"ahan ;rekuensi Resonansi %&

Idara 42#


16/19

besar adalah bahan !erit dan yang terkecil adalah aluminium. ,amun# dari hasil

percobaan terlihat baha ustru bahan yang memiliki nilai suseptibilitas dan

permeabilitas yang paling besar adalah !erit dan paling kecil adalah magnet.

"erikut tabel nilai suseptibilitas dan permeabilitas percobaan untuk setiap bahan.

"ahan 'ermeabilitas %/m& $useptibilitas

Idara +#2 K 10-4 274#9<

;erit 4#< K 10-+ +:00#:E

Aluminium


17/19

+I. Tugas *khir

1. Dentukan suseptibilitas % m & bahan atau medium yang digunakan dalam

percobaan.

aab(

"erdasarkan pengolahan data# didapat nilai suseptibilitas masing-masing medium

adalah sebagai berikut(

"ahan/Medium $useptibilitas %

&

Idara 274#9<

;erit +:00#:E

Aluminiu

m

794#1+1

Magnet 17+#9E<

2. Dentukan nilai permeabilitas %m& bahan atau medium yang digunakan dalam

percobaan

aab(

"erdasarkan pengolahan data# didapat nilai permeabilitas masing-masing medium

adalah sebagai berikut

"ahan/Medium 'ermeabilitas

%/M&

Idara +#2 K 10-4

;erit 4#< K 10-+

Aluminium


18/19

$NI5 atau superconducting Ouantum inter!erence de3ices adalah alat yang

digunakan untuk mengukur medan magnet dengan tingkat ketelitian yang sangat

tinggi. $NI5 memiliki ring superkonduktor dengan lapisan tipis isolator yang

dikenal dengan sambungan osephson. Heberadaan ring superkonduktor dan

sambungan osephson menyebabkan !luks magnetik dapat terkuantisasi. al ini

menyebabkan $NI5 dapat mengukur perubahan !luks magnetik yang sangat

kecil. Heistimeaan ini menyebabkan alat ini dapat mengukur medan magnet

yang lemah sekalipun. 'erumusan matematis !luks magnetik pada $NI5 harus

memperhitungkan beberapa !aktor# yaitu umlah !luks magnetik yang disebabkan

oleh medan aplikasi dan !luks yang disebabkan oleh arus pada ring

superkonduktor.

+II. Kesim!ulan

$impulan pada praktikum kali ini yang berudul P'engukuran

$usceptibilitas dan 'ermeabilitas "ahan MagnetQ adalah sebagai berikut (

1. 'raktikan dapat memahami prinsip pengukuran melalui rangkaian RLCdimana ika pada sebuah magnet dialiri arus akan teradi induksi magnet.

5imana rangkaian yang digunakan adalah rangkaian RLC parallel. 'ada

rangkaian ini resonansi teradi bersamaan dengan terbentuknya osilator

harmonik yang disebabkan oleh adanya komponen kapasitor dan induktor.

5an nilai !rekuensi resonansi didapat ketika nilai out mencapai maksimum

yang selanutnya digunakan untuk menentukan nilai induktansi %L&.

2. 'raktikan dapat menentukan nilai suseptibilitas dan permeabilitas bahan atau

medium yang digunakan dalam percobaan. 5imana keempat bahan atau

medium yang digunakan adalah udara# !erit# alumunium dan magnet. 5ari

hasil perhitungan nilai yang didapat semua medium yang digunakan

merupakan enis bahan paramagnetik ika nilai yang dibandingkan adalah nilai

permeabilitasnya dan semua medium merupakan enis bahan !errromagnetik

ika yang dibandingkan adalah nilai suseptibilitasnya. ,ilai suseptibilitas dan

permeabilitas dapat dilihat pada tabel berikut(


19/19

"ahan 'ermeabilitas %/m& $useptibilitas

Idara +#2 K 10-4 274#9<

;erit 4#< K 10-+ +:00#:E

Aluminium

laporan akhir m3

Documents