MENGUKUR MEDAN MAGNET BUMI DENGAN KUMPARAN BERPUTAR
Abstrak. Telah dilakukan percobaan tentang mengukur medan
magnet bumi dengan kumparan yang berputar. Tujuan praktikum ini adalah untuk
menentukan komponen medan magnet bumi dan menentukan sudut inklinasi medan
magant bumi. Medan magnet adalah daerah yang berada disekitar magnet yang masih
dipengaruhi oleh magnet tersebut . Sudut
inklinasi yaitu sudut
yang dibentuk oleh medan magnet bumi dengan sumbu
rotasi bumi. Pengumpulan data dilakukan dengan metode ilmiah
dimana pada percobaan ini mententukan berapa besar medan magnet di setiap sumbu
x, y dan z yang dipeoleh sebesar 0,0000906 tesla, 0,000111 tesla dan 0,0000555
tesla, serta menentukan sudut dari arah medan magnet bumi yang diperoleh
sebesar 21,140. Berdasarkan data yang diperoleh dapat disimpulkan
bahwa nilai medan magnet dari setiap sumbu yang di amati berbeda-beda.
KATA KUNCI:
Medan
Magnet, Sudut Inklinasi,
Magnet Bumi.
PENDAHULUAN
Salah
satu mekanisme pertahanan bumi dari adanya serangan radiasi dan sampah-sampah
angkasa adalah dengan adanya medan magnet bumi. Medan magnet bumi ini membentuk
dua buah kutub magnet. Kutub utara medan magnet bumi terdapat di kutub selatan
geografi bumi sedangkan kutub selatan medan magnet bumi terdapat di bagian
kutub utara bumi. Namun kompas tidak tepat menghadap ke utara geografi bumi
karena ada perbedaan letak poros utara bumi dengan poros kutub selatan magnet. Sudut
yang dibentuk dari penyimpangan medan magnet bumi dengan arah geografis bumi
disebut juga dengan sudut inklinasi.
Keberadaan
medan magnet bumi ini dimanfaatkan oleh manusia dalam hal navigasi yang
mempermudah manusia dalam menentukan arah. Medan magnetik yang asal-usulnya
masih belum dipahami sepenuhnya oleh para ilmuwan, mampu menangkap
partikel-partikel nuklir yang berenergi tinggi, umumnya berupa proton dan
electron.
Penelitian
medan magnet bumi menunjukkan penyimpangan karena mineral penyusun batuan ada
yang bersifat magnet seperti Magnetit (Fe3O4), Hematit (Fe2O3), Ilmenit
(FeTiO3) dan Pyrrhotit (Fe2-xS). Atom-atom dalam mineral tersebut tersusun
geometris dimana orbit individual dan kisaran elektron diarahkan lewat suatu
zona kecil tertentu berdiameter beberapa mikron dan dikenal sebagai magnetik
domain, menyebabkan mineral tersebut bersifat magnetis. Kekuatan kemagnetannya
tergantung pada proporsi kisaran elektronnya yang searah atau terbalik satu
sama lain. Magnetit dan pyrrhotit memiliki kemagnetan kuat karena
elektron-elektronnya searah, sedang hematit dan ilmenit kekuatannya lemah
karena elektron sekitarnya cenderung arahnya terbalik. Pada temperatur diatas
temperatur Curie/temperatur kritis (55oC-600oC)
gerak-gerak atom begitu besar sehingga magnetik domeinnya tidak ada dan
berakibat sifat kemagnetannya hilang. Ketika temperatur turun di bawah
temperatur kritis tersebut maka arahnya diatur lagi oleh pengaruh medan magnet
bumi.
TEORI
Para ilmuwan berpendirian bahwa medan magnet dihasilkan
oleh arus listrik akibat besi-nikel pada inti planet, dan arus yang dihasilkan
akibat rotasi planet. Penjelasan ini tak lebih daripada teori yang ternyata
tidak bisa menjelaskan mengapa planet Jupiter yang memiliki inti besi-nikel
paling banyak, dan interior dalam mungkin terdiri dari hidrogen metalik, juga
memiliki medan magnet. Kemudian inti Matahari terdiri dari plasma super-panas
yang sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, juga memiliki medan
magnet.[1]
Pada tahun 1830 sampai 1842, Karl Frederick Gauss
melakukan pengamatan secara detail terhadap medan magnet bumi. Dia menyimpulkan
bahwa sumber medan magnet bumi berasal dari dalam bumi. Dia juga menyatakan
bahwa medan magnet bumi juga memiliki hubungan erat dengan perputaran bumi
karena kutub magnet bumi dekat dengan sumbu putaran bumi. Selain poros medan
magnet bumi yang sering berpindah-pindah. Dalam sejarah terbentuknya bumi telah
terjadi beberapa kali pembalikan kutub bumi dimana utara menjadi selatan dan
selatan menjadi utara. Sejak 160 Juta tahun yang lalu sudah terjadi ratusan
kali pembalikan kutub magnet. Walaupun sudah terjadi ratusan kali, pembalikan
kutub magnet ini tidak menunjukkan pola perulangan tertentu sehingga sulit
untuk memprediksi kapan kutub magnet akan terbalik lagi. [1]
Pada tahun 1927, serorang ilmuwan Belanda Jacob
Clay menemukan bukti bahwa radiasi kosmis primer dipengaruhi oleh medan magnet
bumi. Dalam perjalanan udaranya menuju Indonesia, dia menemukan bahwa
intensitas radiasi kosmis berkurang pada saat mendekati ekuator medan magnet
bumi. Medan magnet bumi yang berasal dari dalam bumi membentang hingga jauh ke
luar angkasa. Medan magnet membentuk perisai tidak kasat mata yang disebut
magnetosfer. Perisai ini melindungi kita dari dahsyatnya radiasi kosmis dan
bahaya-bahaya yang berasal dari Matahari. Bahaya ini mencakup badai Matahari
(yang berupa aliran terus menerus partikel bermuatan listrik), ledakan Matahari
(yang dalam beberapa menit dapat melepaskan energi setara dengan miliaran bom
Hidrogen), dan pelontaran massa korona/Coronal Mass Ejections.Daerah medan
magnetik bumi yang memerangkap partikel-partikel nuklir berkecepatan tinggi
membentuk sebuah sabuk yang pertama kali ditemukan oleh sebuah tim ilmuwan di
Amerika yang dipimpin oleh James S. van Allen. James van Allen bahkan terus
melanjutkan penelitiannya yang berhasil menunjjukkan sebuah sabuk radiasi yang
mengelilingi bumi. Sabuk radiasi ini lalu diberi nama sabuk radiasi van Allen.
Garis-garis gaya magnet bumi yang membentang jauh ke
angkasa, menangkap partikel-partikel bermuatan yang bergerak melingkari
garis-garis gaya magnet. Karena garis-garis ini paling banyak berada di daerah
kutub, maka pada daerah inilah partikel bermuatan listrik menembus ke dalam
atmosfer bumi dan menyebabkan suatu pertunjukkan alam yang disebut cahaya kutub
atau aurora.
Tinjau sebuah kumparan induksi dengan jumlah lilitan N
dan luas penampang
. Bila
kumparan tersebut diputar dengan kecepatan sudut
di dalam medan magnet homogen B, diameter d, kumparan sebagai sumbu,
maka timbul fluks magnetik
sebesar:
Langkah selanjutnya
menghubungkan seluruh komponen alat ke sumber tegangan PLN termasuk komputer. Kemudian
meng-klik ikon CASSY pada komputer, setelah itu akan muncul tampilan menu
CASSY. Lalu mengatur rentang tegangan antara -1 mV-1mV dan batas waktu
pengukuran 20 sekon. Menghidupkan motor, lalu menaikkan kecepatannya
perlahan-lahan mendekati 0,3 rev/s. Mengatur 2 kabel penghubung berwarna merah dan biru yang akan melilit
eksperimen motor dan memastikan kabel tersebut tidak sampai pada ujungnya.
Selanjutnya melakukan perekaman data eksperimen tegangan induksi sebagai fungsi
waktu dengan menekan F9 pada keyboard atau pilih measurement pada menu CASSY.
Untuk setiap
perekaman data selesai maka dilakukan proses penyimpanan data dengan cara
memilih save pada menu file. Adapun proses perekaman dilakukan 5 kali untuk
setiap dimensinya, dimana perekaman data dilakukan pada 3 dimensi ruang yaitu
x, y, dan z.
Berdasarkan
Percobaan yang dilakukan, besar komponen medan magnet yang diperoleh pada arah
rotasi sumbu x sebesar
. Arah rotasi sumbu y
sebesar
dan arah sumbu
z sebesar
. Sudut inklinasi dari arah medan magnet bumi
diperoleh sebesar 21,14o.
SIMPULAN
Berdasarkan
hasil data eksperimen, besar komponen medan magnet yang diperoleh berbeda pada setiap arah sumbu rotasi (x, y, dan z).
Besar komponen medan magnet yang diperoleh pada arah rotasi sumbu x sebesar
. Arah rotasi sumbu y
sebesar
dan arah sumbu
z adalah sebesar
. Dan sudut inklinasi medan magnet bumi yang diperoleh
adalah sebesar 21,14o dari sumbu rotasi bumi.
REFERENSI
[1]Mukhlis Akhadi dan Hasnel Sofyan,
1999. Medan Magnet Bumi. Buletin ALARA. Jakarta
[2]Subaer, dkk. 2013. Penuntun Praktikum Eksperimen
Fisika I Unit Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM
Untuk mendapatkan versi lengkapnya, silahkan unduh/download DISINI
Untuk mendapatkan versi lengkapnya, silahkan unduh/download DISINI