kolokium pendidikan fisika

1. PENGARUH JENIS FLUIDA TERHADAP BESARNYA INDUKSI MAGNETIK
PADA SOLENOIDA BERARUS LISTRIK
A. Latar Belakang Masalah
Fisika merupakan salah satu cabang keilmuan yang mempelajari segala sesuatu
yang ada di alam semesta ini. Sebagian besar gejala atau fenomena alam yang terjadi
beserta asal muasal penyebab terjadinya fenomena tersebut dapat dipelajari dan ditelaah
oleh fisika. Dapat dikatakan bahwa ilmu fisika sangat berkaitan erat dengan kehidupan
sehari-hari. Telah banyak ilmuwan yang berhasil menemukan sebuah teori baru di bidang
science terutama fisika dengan mekanisme penemuan yang secara alamiah mereka alami
sehari-hari. Dari mulai Archimedes (287-212 SM) yang menemukan teori dasar dari
hukum yang kemudian kita kenal dengan Hukum Archimedes saat ia sedang mandi,
kemudian Isaac Newton (1642-1727) menemukan Hukum Gravitasi Umum saat ia
melihat buah apel jatuh dari pohonnya ketika ia sedang beristirahat di bawah pohon apel,
disusul oleh Charles Thomas Rees Wilson (1869-1959) dengan penemuannya yang kita
kenal dengan ruang kabut Wilson saat ia melakukan pengamatan di puncak Carn Moor
Dearg dan secara tiba-tiba terjadi halilintar dengan kilat cahaya yang menyilaukan, ( M.
Amin Genda Padussa, 2001 : 100 ), hingga akhirnya Louis Victor Duc de Broglie (1892)
menemukan Teori Gelombang de Broglie ketika ia diangkat menjadi petugas radio di
menara Eiffel.
Fisika adalah ilmu tentang alam yang kompleks ditinjau secara menyeluruh.
Untuk mempermudah dalam mempelajari ilmu fisika, terdapat beberapa cabang ilmu
yang salah satunya ialah listrik magnet. Magnet berasal dari kata Magnesia, yaitu nama
dari sebuah kota kuno yang sekarang bernama Manisa di wilayah barat Turki. Sekitar
2500 tahun yang lalu telah ditemukan di kota tersebut batu-batuan yang dapat menarik
partikel-partikel besi. Jika sebuah besi didekatkan pada sebuah magnet maka besi tersebut
akan tertarik oleh magnet. Magnet memiliki suatu daerah atau ruang di sekitarnya yang
masih dipengaruhi oleh gaya magnetik yang ditimbulkannya, seperti halnya listrik.
Daerah tersebut disebut dengan medan magnetik. ( Supiyanto, 2006 : 154 )

2. Di bidang listrik magnet, telah banyak penemuan yang hingga saat ini terus
dikembangkan oleh para ilmuwan. Diawali oleh Pierre de Marricourt tahun 1269 yang
menyimpulkan bahwa semua magnet seperti apapun bentuknya terdiri dari dua kutub,
yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kedua kutub ini memiliki efek kemagnetan yang
paling kuat dibandingkan pada bagian magnet yang lain. ( Supiyanto, 2006 : 154 ). Pada
tahun 1794, Alessandro Volta menemukan bahwa gaya-gaya listrik dapat terjadi pada
sebuah logam yang disentuhkan pada suatu cairan. Kemudian pada tahun 1820, Hans
Christian Oersted melakukan eksperimen dan menemukan bahwa kawat penghantar
tegangan mempunyai pengaruh pada jarum magnet yang dapat berputar, misalnya jarum
kompas. Dari hasil penemuan Oersted tersebut, Andre Marie Ampere, seorang ilmuwan
dari perancis, melakukan penelitian lebih lanjut mengenai kemagnetan dan menemukan
bahwa kumparan bersifat seperti magnet batang, besi lunak yang berada dalam kumparan
tersebut berubah menjadi magnet yang kuat, dua penghantar yang saling berdekatan dan
berarus listrik saling mengeluarkan gaya. ( M. Amin Genda Padussa, 2001 : 73 ).
Menyusul pada tahun 1831 seorang Michael Faraday menemukan bahwa gerakan
magnet yang mendekati atau menjauhi kumparan akan menimbulkan hubungan arus
pendek seperti halnya jika arus listrik pada kumparan disambung-putuskan. Faraday juga
menyimpulkan bahwa jika sebuah kumparan (solenoida) dialiri arus listrik dan pada salah
satu ujungnya terdapat magnet bulat yang bebas bergerak maka magnet bulat tersebut
dapat berubah kedudukannya. (Sears, F.W. dan Zemansky, 1986 : 715 dalam Kusdiarti
Aprida, 2007 : 2). Dari penyimpulan Faraday tersebut menunjukkan bahwa solenoida
berarus dapat menimbulkan garis gaya magnet di sekitar solenoida dan medan magnetik
di dalamnya. Dengan penemuan Faraday, James Clerk Maxwell membuat hipotesa bahwa
edan listrik yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan medan magnet, sama halnya
dengan medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan medan listrik.
Hasil penemuan Maxwell selanjutnya disebut dengan Teori Gelombang Elektromagnetik.
Solenoida merupakan sebuah kumparan yang terbuat dari kawat panjang yang
dililitkan pada inti besi dengan sangat rapat hingga berbentuk seperti silinder. Jika kawat
tersebut dialiri arus listrik, maka akan timbul medan magnetik untuk menghasilkan suatu
energy yang bisa mendorong inti besi agar bergerak. Poros dalam dari sebuah solenoida
adalah piston yang berbentuk silinder terbuat dari besi atau baja, yang disebut plunger.

3. Medan magnet yang terjadi selanjutnya memberikan kekuatan untuk plunger tersebut
sehingga menghasilkan suatu gerakan keluar-masuk seperti gerakan piston pada sepeda
motor.
Sebuah solenoida panjang yang dililiti dengan sangat rapat, setengah dari garis-
garis medan akan muncul keluar melalui ujung-ujung solenoida dan setengahnya lagi
melalui lilitan-lilitan diantara pusat solenoida dan ujung solenoida. Garis-garis medan
magnet di dekat pusat solenoida adalah parallel, yang menunjukkan sebuah medan B
yang hamper homogeny. Jika garis edan di luar solenoida menyebar maka medan
megnetik yang dihasilkan akan lemah. Apabila solenoida lebih panjang (besar)
dibadingkan dengan diameter penampangnya dan kawat dililitkan dengan rapat, maka
medan magnet internal yang dihasilkan di dekat titik tengah dari panjang solenoida
tersebut hampir homogen pada penampang solenoida dan parallel dengan sumbu
solenoida, dan medan magnet di dekat titik tengah adalah kecil. (Young, H.D. dan
Freedman, R.A, 1999 : 350 dalam Kusdiarti Aprida, 2007 : 2).
Solenoida merupakan sebuah inductor yang memiliki fungsi utama adalah untuk
melawan fluktuasi arus yang melewatinya. Aplikasi solenoida pada rangkaian listrik DC
salah satunya adalah untuk menghasilkan tegangan DC yang kostan terhadap fluktuasi
beban arus. Sedangkan jika solenoida berada dalam suatu rangkaian AC, salah satu
kegunaannya adalah untuk meredam atau mengurangi adanya perubahan fluktuasi arus
yang tidak diinginkan. Dari kedua fungsi tersebut, pada perkembangan selanjutnya
sebuah solenoida dapat digunakan dalam berbagai rangkaian listrik dimana prinsip kerja
solenoida telah dipadukan dengan prinsip kerja komponen-komponen lain sehingga
kegunaan dari solenoida-pun bervariasi dan tentunya dapat dimanfaatkan oleh berbagai
alat-alat elektronik yang digunakan oleh manusia.
Telah dikembangkan sebelumnya mengenai sebuah katup solenoida yang secara
umum digunakan untuk menghasilkan energy pneumatic dan system hidrolik, untuk
mengontrol silinder, dan digunakan sebagai motor energy fluida. System irigasi sprinkler
otomatis juga menggunakan katup solenoida dengan system controller otomatis. Katup
solenoida merupakan suatu elemen control yang menggunakan fluida. Fungsi utamanya
adalah untuk mematikan dan endistribusikan suatu cairan atau bahkan campuran. Sebagai
contoh, pada mesin cuci dan mesin pencuci piring katup solenoida digunakan untuk

4. mengontrol masuknya air ke dalam mesin. Dalam industry paintball, katub solenoida
(solenoida) umumnya digunakan untuk mengontrol katup yang lebih besar yang
digunakan untuk mengontrol kompresi udara. Selain itu, fungsi lain dari solenoida di
bidang farmakologi dan kedokteran biasanya digunakan untuk mengontrol aliran udara
dan cairan terutama untuk patch-clamp. (http://www.scribd.com/chulundts/d/39560667-
Solenoida).
Dari pengembangan dan penerapan fungsi solenoida di atas, peneliti akan
membahas mengenai pengaruh adanya fluida sebagai medium perambatan (inti
kumparan) terhadap besarnya induksi magnetik pada solenoida berarus.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, masalah yang dapat diidentifikasi yaitu:
1. Garis-garis gaya magnet di sekitar solenoida akan timbul jika solenoida dialiri arus
listrik
2. Jumlah lilitan, diameter solenoida, kerapatan lilitan, dan besarnya kuat arus listrik
yang dialirkan pada sebuah kumparan akan mempengaruhi kuat medan magnet yang
ditimbulkan
3. Medan magnet yang paling kuat berada di pusat solenoida dan besarnya akan
menurun jika semakin mendekati ujung-ujung solenoida
4. Fluida (zat cair) merupakan salah satu penghantar listrik yang baik
5. Zat cair (cairan) terbagi menjadi dua jenis, yaitu elektrolit dan non-elektrolit
6. Katup elektromekanik menggunakan fluida, baik cairan maupun gas dalam aplikasi
fungsi kerjanya
7. Medan magnet mempengaruhi semua partikel yang ada di dekatnya
C. Batasan Masalah
Penelitian ini terbatas pada permasalahan mengenai pengaruh jenis fluida (zat
cair) terhadap besarnya induksi magnetik yang dihasilkan oleh solenoida dengan
memvariasikan jenis-jenis fluida dan besarnya kuat arus listrik yang mengalir pada
solenoida.

5. D. Rumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah yang telah dikemukakan,
dapat dirumuskan permasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini, yaitu seberapa
besarkah pengaruh jenis fluida (cairan) terhadap kuat induksi magnetik yang dihasilkan
oleh solenoida?
E. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah di atas, tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian
ini adalah mengetahui pengaruh jenis fluida (cairan) terhadap kuat induksi magnetik pada
solenoida.
F. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk :
1. Menambah pengetahuan peneliti mengenai fungsi solenoida baik secara umum
maupun khusus pada sebuah rangkaian listrik
2. Dapat digunakan sebagai instrumen untuk mendeteksi tingkat kemurnian dan
kualitas suatu larutan
3. Dapat menjadi teknologi alternatif untuk mendeteksi kualitas zat cair
4. Dapat digunakan sebagai alat peraga dalam pembelajaran Fisika di SMA
5. Dapat digunakan untuk pengembangan penelitian selanjutnya dengan ruang
lingkup yang lebih luas

6. G. Desain Alat

7. H. Metodologi Penelitian
a) Variabel Penelitian
 Variabel bebas : jenis fluida dan kuat arus ( I )
 Variabel terikat : besarnya induksi magnetik ( B )
 Variabel kontrol : diameter bagian dalam solenoida ( r ), banyaknya lilitan
( N ), dan tegangan ( V )
b) Objek Penelitian
Objek dalam penelitian ini adalah jenis-jenis fluida, dalam hal ini cairan
yaitu air murni (aquades), minyak tanah, minyak goreng Bimoli, larutan garam,
dan larutan gula.
c) Instrumen Penelitian
Instrument yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
 Amperemeter digital
 Gaussmeter
 Solenoida dengan diameter bagian dalam batang inti 5 cm dan panjang 20
cm yang terbuat dari paralon
 Lilitan berupa kawat tembaga sebanyak 800 lilitan
 Fluida berupa air murni (aquades) sebanyak 600 ml
 Fluida berupa minyak tanah sebanyak 600 ml
 Fluida berupa minyak goreng Bimoli sebanyak 600 ml
 Fluida berupa larutan garam (NaCl) sebanyak 600 ml dengan konsentrasi
1M
 Fluida berupa larutan gula (C6H12O6) sebanyak 600 ml dengan konsentrasi
1M
d) Teknik Pengumpulan Data

8. Data penelitian ini diperoleh dengan metode eksperimen. Adapun
langkah-langkah yang dilakukan adalah :
1. Menyiapkan alat-alat percobaan
2. Merangkai peralatan seperti pada desain penelitian
3. Menghidupkan power supply
4. Menetapkan kuat arus DC yang mengaliri solenoid pada I = 0,1 A
5. Mengukur besarnya induksi magnetik awal pada saat solenoida belum
terisi fluida sebanyak 10 kali pengukuran
6. Memasukkan air murni (aquades) ke dalam kumparan (solenoida)
7. Menetapkan kuat arus DC yang mengaliri solenoida pada I = 0,1 A
8. Mengukur besarnya induksi magnetik yang terjadi dengan meletakkan
sensor dari Gaussmeter di sekitar ujung atas solenoida. Melakukan
pengukuran sebanyak 10 kali
9. Mengulangi langkah 7 dan langkah 8 untuk I = 0,2 A, I = 0,3 A, I = 0,4 A,
dan I = 0,5 A
10. Mengganti fluida dengan larutan gula (C6H12O6) dan memasukkannya ke
dalam kumparan
11. Mengulangi langkah 7 sampai langkah 9
12. Melakukan langkah yang sama seperti langkah 6 hingga langkah 9 untuk
larutan garam (NaCl), minyak tanah, dan minyak goreng Bimoli
13. Memasukkan data pada tabel penelitian.