Membuat Media Pembelajaran Fisika Senapan Listrik (Medan magnet induksi dan GGL Induksi)

A.  Nama Alat

Senapan Listrik

B.  Konsep Fisika

1.      Medan Magnet Induksi

Medan magnet yang  timbul akibat adanya arus listrik disebut dengan medan magnet induksi.Medan magnet  (B) merupakan besaran vector. Arah medan magnetiknya dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Kaidah tangan kanan menyatakan bahwa, jika kita menggenggam penghantar sehingga ibu jari menunjukkan arah arus maka arah genggaman jari yang lain menunjukkan arah medan magnetic induksi disekitar penghantar.

Pada solenoida jika diberi arus maka akan timbul medan magnetik. Solenoid ini menghasilkan medan magnet seragam di dalamnya. Adapun ujung – ujung solenoid memiliki sifat kemagnetan dan berfungsi sebagai kutub – kutub magnetik. Penentuan kutub magnetic dari solenoid dapt ditentukan menggunakan kaidah tangan kanan.

Jika panjang kumparan adalah L dan jumlah lilitan adalah N maka besarnya medan magnetic pada pusat kumparan dirumuskan sebagai:

 Bpusat = m0.I.N/l

 sedangkan medan magnetik di ujung –ujung solenoid adalah
Bpusat = 1/2 m0.I.N/l

   2.      GGL Induksi

Faraday menyimpulkan bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet yang berubah-ubah, maka di dalam kawat tersebut akan terbentuk GGL induksi. Arus induksi yang timbul di dalam kumparan diakibatkan oleh perubahan fluks magnet (garis gaya magnet) yang dilingkupi dalam kumparan. GGL induksi dan arus induksi timbul pada loop (rangkaian tertutup) bila fluks garis gaya magnetik yang melewati loop tersebut berubah terhadap waktu .

Bila keping logam digerakkan secara periodik melewati medan magnet yang homogen pada logam  terlihat adanya arus berbentuk lingkaran. Arus yang berbentuk lingkaran ini disebut arus Eddy. Menurut hukum Lenz, timbulnya perubahan fluks magnetik akan menyebabkan timbulnya GGL induksi yang arahnya selalu berlawanan (menentang) penyebab timbulnya arus induksi (berlawanan arah dengan arah perubahan fluks), Arus induksi yang timbul arahnya sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang melawan arah perubahan medan magnet (arah arus Eddy berlawanan dengan yang menyebabkannya). 

C.  Alat dan Bahan

1.    Bahan

§  Kawat Email  0,5 ml §  Pipa Paralon diameter 3 cm, panjang 10 cm §  Lem §  Baterai Transistor Radio 9 V §  Kabel penghubung §  Soket baterai §  Isolasi §  Push Button §  Papan kayu 26 x 14,5 x 1,3 cm §  Papan kayu  19,5 x 13 x 0,5 cm §  Paku 6,5 cm dan 8 cm §  Cat warna hitam dan hijau §  Akrilik  10x3 cm §  Akrilik 13,5x4 cm §  Mur

(1 Ons) 1 buah Secukupnya 2 buah Secukupnya 1 buah Secukupnya 1 buah 1 buah 1 buah 1buah Secukupnya 2 buah 1 buah 4 buah

2.    Alat

§  Ampelas

§  Bor listrik

§  Cutter

§  Gergaji

§  Gunting

§  Kuas

§  Obeng

§  Pemanas Akrilik

§  Pemutar email

§  Solder + Timah

D.  Prosedur Pengerjaan

1.      Melilitkan kawat email menggunakan pemutar email pada pipa paralon 

2.      Tiap seratus lilitan kawat email diberi lem dan diisolasi agar tidak berubah posisinya.

3.      Memotong akrilik dengan cutter untuk dua penyangga lilitan kawat email dengan ukuran 3x10 cm kemudian melubangi salah satu ujung akrilik dengan bor.

4.      Memotong papan kayu menggunakan gergaji dengan ukuran 26x14,5x ,3 cm dan 19,5x13x0,5 cm dan menghaluskannya menggunakan ampelas.

5.      Memberi cat warna hitam pada pada papan kayu ukuran 26 x 14,5 x 1,3 cm dan warna hijau pada pada papan kayu ukuran 19,5 x 13 x 0,5 cm

6.      Menempelkan papan kayu warna hitam dengan papan kayu warna hijau

7.      Memasang  lilitan kawat email pada penyangga akrilik yang sudah ditekuk dengan pemanas kemudian di tempelkan dengan kayu menggunakan mur

8.  Menempelkan tempat baterai dengan mur dan memasang baterai 9 V dua buah pada papan kayu

 9. Menghubungkan tempat baterai dengan push button yang sudah ditempel menggunakan lem pada kayu

10. Menghubungkan  kawat email (memakai solder) mengunakan kabel penghubung dengan salah satu ujung baterai dan push button

11. Meletakkan paku didalam pipa paralon dengan ujung paku lainnya masih terlihat.

12.  Menekan push button secara periodik sampai terlihat paku bergerak

 

E.  Hasil Produk

Produk yang dihasilkan telah sesuai dengan apa yang diharapkan dan dapat diterapkan kegunaannya untuk melakukan demonstrasi dalam apersepsi pembelajaran. Namun terdapat sedikit kelemahan yakni ketika tombol Push Button ditekan terlalu sering maka tegangan pada baterai berangsur – angsur berkurang. Sehingga menyebabkan arus yang dihasilkan semakin lama semakin kecil. Arus yang kecil tidak dapat memaksimalkan terjadinya medan magnet yang besar. Sehingga paku hanya bergerak sedikit saja.

Spesifikasi Media

1.      Baterai

       §  Baterai Transistor Radio 9 V  (2 buah)

       §  Bentuk baterai balok 1,5x2,5x4,5 cm

       §  Tempat baterai terbuat dari akrilik dengan ukuran alasnya 9,5 cm dan tinggi 2 cm lebar 4 cm.

§  Tempat baterai dilekatkan dengan mur pada papan kayu 19,5 x 13 x 0,5.

2.      Kawat Email

      §  Kawat email diameter 0,5 ml dengan jumlah lilitan sebanyak 685 lilitan.

      §  Kawat email ini dililitkan pada paralon diameter 3 cm dan panjang 10 cm dengan panjang lilitan 6,5 cm.

§  Tiang penyangga selenoida terbuat dari akrilik dengan tinggi 8 cm lebar 3 cm. Alas tiang penyangga ukuran 1,5 x3cm

3.      Push Button

      §  Push button dengan jumlah kaki 4 buah kemudian dipasang pada chasing push button.

      §  Kabel yang dihubungkan hanya pada 2 kaki push button.

F.  Uji Coba Media

Senapan Listrik

Alat dan Bahan : Set alat senapan listrik

Langkah Kerja : Masukkan separuh bagian paku ke dalam lubang pipa paralon yang dijadikan inti lilitan. Setelah itu, tekan push button dengan cepat. Amati apa yang terjadi.

Pertanyaan :

Kenapa paku bergerak ketika Push Button ditekan dengan cepat?

 Jawab :

Pada selonoida yang dialiri arus listrik, timbul medan magnet yang arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan (hukum faraday). Ketika paku dimasukkan ke dalam selonoida yang dialiri listrik, paku terinduksi, sehingga arah medan magnetnya juga sama dengan selenoida.

Arus yang mengalir hanya sebentar, sehingga menyebabkan perubahan fluks magnetic. Perubahan fluks magnetik dapat menimbulkan arus induksi (arus edy), dimana arah arus induksi ini berlawanan arah dengan arah arus penyebabnya (hukum Lenz).

Karena arus edy berlawanan arah, maka menimbulkan kutub magnet yang berlawan pula dengan penyebabnya. Perbedaan kutub magnet ini menyebabkan paku dan solenoida tolak menolak. Hal inilah yang menyebabkan paku bergerak.