Induktansi Bersama dan Operasi Dasar

Pada Gambar 1(a) dilakukan percobaan dengan melilitkan koil dari kawat berisolasi disekeliling bahan ferromagnetik dalam hal ini inti besi, kemudian koil dialirkan energi listrik dengan sumber tegangan AC.

Gambar 1 Belitan koil pada inti besi yang diberi energi listrik

Sebagai induktor, reaktansi induktif pada koil inti besi melawan tegangan yang diterapkan. Reaktansi induktif membatasi arus yang mengalir melalui koil dan diberikan oleh persamaan XL = 2πfL and I=E/X (atau I=E/Z). Untuk penyelesaian pada contoh ini terlebih dahulu kita membutuhkan pandangan yang lebih rinci tentang interaksi antara tegangan, arus dan fluks magnetik dalam peralatan.

Permiabilitas dan Saturasi

Permiabilitas

Permiabilitas suatu bahan yang tidak linier dapat dilihat dengan gambar kurva kuat medan versus kerapatan fluks. Jumlah kuat medan sama (H) dengan gaya medan (mmf) dibagi dengan panjang bahan ditempatkan pada sumbu horizontal dari grafik. Sedangkan pada sumbu vertikal, jumlah kerapatan fluks (B) sama dengan total fluks dibagi dengan luas penampang bahan. Jumlah kuat medan (H) dan kerapatan fluks (B) sebagai ganti dari gaya medan (mmf) dan fluks total (Φ) sehingga bentuk grafik tetap tidak bergantung pada dimensi fisik dari bahan uji. 

Gambar 1 kurva kerapatan fluks vs kuat medan magnet

Pengukuran Satuan Magnet

Pertama-tama kita harus terbiasa dengan besaran yang beragam yang berhubungan dengan magnetisme. Ada lebih banyak besaran sistem magnet dibandingkan dengan sistem listrik. Jika listrik mempunyai besaran dasar yaitu tegangan (E), arus (I), tahanan (R), dan daya (P). Tiga besaran pertama berhubungan satu sama lain oleh hukum Ohm (E = IR ; I = E/R ; R = E/I), sedangkan daya berhubungan dengan tegangan, arus dan tahanan oleh hukum Joule (P = IE ; P = I²R ; P = E²/R).

Akan tetapi magnetisme memiliki besaran yang berhubungan dengan besaran yang berhubungan dengan :

Gaya gerak magnet (Magnetomotive force) = Besaran gaya medan magnet atau “dorongan”. Analoginya dengan gaya gerak listrik (electromotive force).

Magnet Permanen

Selama berabad-abad yang lalu telah ditemukan bahwa jenis batuan tertentu memiliki sifat yang aneh yaitu dapat menarik besi logam. Penemuan batuan tersebut (batu magnet atau magnetite) sekitar 2500 tahun yang lalu di Eropa dan juga di wilayah Timur sebagai subjek penelitian. Selanjutnya batu tersebut digunakan dalam navigasi, sebagaimana diketahui bahwa sepotong batu aneh tersebut cenderung menghadap ke arah utara dan selatan jika dibiarkan bebas bergerak (digantung dengan benang atau diapungkan di atas air). Sebuah studi ilmiah dilakukan dalam tahun 1269 oleh Peter Peregrinus mengungkapkan bahwa baja dapat memiliki sifat yang sama dengan sifat-sifat batu magnet tersebut setelah digosokkan dengan salah satu kutub dari sebatang batu magnet.

Elektromagnetisme

Hubungan antara magnet dan listrik, yang banyak temukan oleh ilmuan, dilakukan secara tidak sengaja. Seorang fisikawan berkebangsaan Denmark, Hans Christian Oersted, sedang memberikan kuliah pada satu hari dalam tahun 1820 mengenai adanya kemungkinan listrik dan magnet berhubungan satu sama lain, dalam kuliah tersebut dilakukan percobaan di depan kelas. Dengan melewatkan arus listrik melalui kawat logam yang dilingkarkan di atas kompas magnet, Oersted melihat adanya gerakan yang terbatas dari jarum kompas akibat pengaruh arus. Dugaan pada awal sesi kelas mengenai kemungkinan adanya hubungan antara listrik dan magnet menjadi sebuah fakta. Oleh karena itu, Oersted harus merevisi materi kulliahnya pada kelas selanjutnya. Penemuannya ini membuka jalan bagi cabang ilmu pengetahuan baru yaitu elektromagnetik.

Garis Gaya Magnet

Bumi merupakan magnet alam raksasa, buktinya mengapa kompas menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita. Karena sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati keberadaannya dengan kompas. Batang magnet menghasilkan garis gaya magnet yang melingkupinya dengan arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dapat dilakukan dengan menempatkan batang magnet di atas selembar kertas. Di atas kertas taburkan serbuk besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan pola-pola melengkung oval diujung-ujung kutub Gambar 1. Ujung kutub utara selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah.

Prinsip Kemagnetan

Ilmu pengetahuan tentang magnet sama halnya dengan listrik bermula dari pengamatan yang dilakukan oleh Thales dari Miletus pada tahun 600 SM, bahwa batu ambar yang digosok dengan kain berbulu dapat menarik potongan jerami yang ada didekatnya. Pengetahuan tentang magnetisme kembali kepada pengamatan bahwa batu-batuan yang terdapat secara alami (magnet) akan menarik besi.

Kedua ilmu pengetahuan ini berkembang agak terpisah sampai tahun 1820, ketika Hans Christian Oersted (1777 – 1851) mengamati hubungan antara keduanya, bahwa arus listrik di dalam sebuah kawat dapat mempengaruhi sebuah jarum kompas magnetik. Ilmu pengetahuan baru mengenai elektromagnetisme dikembangkan lebih jauh oleh banyak peneliti, dan salah seorang yang paling penting diantaranya adalah Michael Faraday (1791 – 1867). James Clerk Maxwell (1831 – 1879) merumuskan hukum-hukum elektromagnetisme di dalam bentuk yang kita kenal seperti sekarang.