Laporan Fisika Energi

LAPORAN HASIL PERCOBAAN PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MAGNET SEDERHANA (PLTMnS)

Disusun oleh : Abidia Nz (M0212001) Bara Wahyu R (M0212021) Devara Ega Fausta (M0212025)

Laporan Ini Disusun untuk Memenuhi Ujian Kompetensi Dasar (UKD) IV Mata Kuliah Fisika Energi

Jurusan Fisika FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Mei 2015

i

DAFTAR ISI Halaman Halaman judul ....................................................................................................i Daftar isi .............................................................................................................ii Daftar gambar .....................................................................................................iv Daftar tabel .........................................................................................................v PENDAHULUAN ............................................................................................. 1 1.1 Latar belakang .............................................................................................. 1 1.2 Tujuan .......................................................................................................... 2 LANDASAN TEORI ......................................................................................... 4 2.1 Listrik dan pembangkit listrik ...................................................................... 4 2.2 Dinamo ......................................................................................................... 5 2.3 Magnet ......................................................................................................... 5 METODELOGI PERCOBAAN ........................................................................ 6 3.1 Alat dan bahan .............................................................................................. 6 3.2 Langkah kerja ............................................................................................... 6 3.2.1 Studi pustaka ............................................................................................. 7 3.2.2 Pencarian alat dan bahan ........................................................................... 7 3.2.3 Pembuatan prototipe ................................................................................. 7 3.2.4 Pengujian prototipe ................................................................................... 8 3.2.5 Analisa hasil percobaan ............................................................................. 8 3.2.6 Penarikan kesimpulan ............................................................................... 8 3.3 Gambar alat dan bahan ................................................................................. 9 3.3.1 Gambar alat dan bahan .............................................................................. 9 3.3.2 Dimensi alat .............................................................................................. 10

ii

DATA PENGAMATAN .................................................................................... 12 HASIL DAN ANALISA PERCOBAAN .......................................................... 14 4.1 Prinsip kerja alat ........................................................................................... 14 4.2 Histori pembuatan alat ................................................................................. 16 4.2.1 Jenis cakram .............................................................................................. 16 4.2.2 Konfigurasi magnet kecil .......................................................................... 17 4.2.3 Posisi magnet besar ................................................................................... 18 4.2.4 Hasil keluaran tegangan dan efisiensi alat ................................................ 18 KESIMPULAN .................................................................................................. 20 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 21 LAMPIRAN ....................................................................................................... 22

iii

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Contoh beberapa jenis Pembangkit Listrik dengan berbagai macam jenis sumber tenaganya .......................................................................................4 Gambar 2. Interaksi gaya antara dua magnet .....................................................5 Gambar 3. Diagram alir percobaan ....................................................................7 Gambar 4. (a) (b) (c) (d) dan (e) Proses Pembuatan Prototype PLTMnS..........8 Gambar 5. Gambar alat dan bahan ....................................................................11 Gambar 6. Dimensi Prototype PLTMnS ............................................................11 Gambar 7. Skema pada saat Magnet besar akan didekatkan dengan Susunan Magnet Kecil pada Piringan Cakram .................................................................15 Gambar 8. Pada saat jarak antara magnet besar dengan magnet kecil bernilai s, maka akan terjadi gaya tolak menolak ...............................................................16 Gambar 9. Garis garis gaya Magnet pada dua kutub magnet yang berlawanan 17 Gambar 10. Konfigurasi magnet kecil ...............................................................18 Gambar 11. Penampang magnet besar ...............................................................19

iv

v

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik ..........................................13 Tabel 2. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik ...........................................13 Tabel 3. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik ...........................................14 Tabel 4. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik ...........................................14

vi

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Permasalahan Indonesia merupakan salah satu negara berkembang yang sedang berusaha untuk menjadi sebuah negara maju. Indonesia sendiri adalah salah satu negara kepulauan terbesar yang ada didunia dengan memiliki lebih dari 17.000 gugusan pulau yang tersebar dari Pulau Sabang hingga Pulau Merauke. Indonesia mempunyai luas wilayah total sebesar 1.919.440 km2. Dengan luasnya wilayah yang dimiliki Indonesia, dan letak geografis strategis yang dimiliki oleh Indonesia, sewajarnya Indonesia mempunyai potensi Sumber Daya Alam (SDA) sangat berlimpah disertai dengan kondisi alam yang mendukung, seperti : tanah yang subur, iklim tropis yang mendukung, dan wilayah perairan Indonesia dengan berbagai kekayaan alam yang terkandung didalamnya. Hal tersebut membuat Indonesia sejak zaman dahulu kala telah dilirik oleh bangsa asing sebagai “tambang emas” yang tinggal menunggu untuk digali dan dieksploitasi potensi SDAnya. Wajar saja, banyak negara penjajah seperti Belanda, dan Jepang rela untuk membangun infrastruktur yang menunjang di negara jajahannya pada zaman Perang Dunia Kedua (PD II). Akan tetapi, kini Indonesia telah menjadi negara yang merdeka hampir 70 tahun lamanya. Indonesia dengan berbagai peninggalan penjajah dan bantuan dari luar mulai menggali potensi alam yang dimiliki oleh bangsa ini. Semakin berkembangnya zaman, Indonesia yang masih tergolong negara berkembang terus melakukan pembangunan infrastruktur disana sini untuk menarik para investtor asing untuk saling bersaing menginvestasikan uang mereka di Indonesia ini. Mulai berinvestasi dalam pengembangan pendidikan hingga dalam dunia perindustrian yang menjadi tolak ukur poros ekonomi suatu negara. Sekarang ini, terjadi peningkatan pembangunan-pembangunan demi memenui kebutuhan warga negara Indonesia atau sekedar hanya memenuhi kepentingan para investor asing. Tentunya, untuk menjalankan semua itu (mulai dari roda perekonomian, kegiatan pemerintahan, pendidikan, dan transportasi) diperlukan suatu sumber daya atau sumber energi untuk menjaga semuanya dapat berjalan sesuai dengan fungsi dan kegunaannya masing-masing. Sumber daya, atau sumber energi yang dimaksud merupakan sumber energi listrik. Karena, di masa sekarang ini listrik adalah salah satu kebutuhan primer yang harus dipenuhi untuk menjalankan hampir seluruh kegiatan manusia setiap harinya. Indonesia sendiri, dengan berbagai kekayaan alam yang dimilikinya telah mampu membuat beberapa pembangkit listrik (PL) yang jenisnya berbeda-beda. 1

Beberapa pembangkit listrik yang telah ada di Indonesia diantaranya adalah : Pembangkit Listik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTAn), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), dan yang kini gencar diperbincangkan adalah wacana untuk membuat Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) memang kini masih menjadi salah satu perbincangan hangat seputar pro dan kontra yang mengiringi rencana pembangunan Pembangkit Listrik tersebut di Indonesia. PLTN memang memiliki banyak manfaat seperti, lebih ramah lingkungan, dan memiliki jumlah daya yang lebih besar dibandingkan dengan jenis Pembangkit Listrik lain yang telah ada di Indonesia. Namun, ketika banyak dukungan atas pembangunan jenis pembangkit ini, banyak pula yang menolak pembangunannnya dengan alasan keselamatan. Memang, beberpa tragedi yang menyelimuti sejarah PLTN diberbagai negara membuat mayoritas orang di Indonesia menolak pembangunannya, beberapa kasus besar yang telah terjadi adalalh seperti meledaknya PLTN Chernobyle di Ukraina pada tahun 1986 dan rusaknya reaktor Fukhusima di Jepang akibat gempa yang melanda tahun 2011 lalu. Dari dua peristiwa diatas, membuat hal yang paling terlihat dari PLTN terlhat, yaitu paparan radiasinya yang sangat berbahaya bagi kesehatan lingkungan dan makhluk hidup. Bagi manusia, paapran radiasi bisa menyebabkan kanker dan tumor serta penyakit lain yang dapat menurun secara generasi. Dengan melihat fakta tersebut, maka diperlukanlah suatu pembangkit listrik jenis baru dengan daya yang besar untuk dibangun di Indonesia, akan tetapi mempunyai risiko yang lebih rendah apabila dibandingkan dengan PLTN yang dari dulu telah menjadi wacana. Salah satu jenis pembangkit listrik yang kini masih dalam proses pengembangan dan penelitian adalah pembangkit listrik yang mencoba menafaatkan induksi pada magnet adalah Pembangkit Listrik Tenaga Magnet (PLTMn). PLTMn dipandang dapat menjadi salah satu alternatif sumber daya baru yang dapat dikembangkan diberbagai negara (termasuk Indonesia) dan tentunya dapat memenuhi Kedaulatan Energi bagi bangsa Indonesia. oleh karena itu, pada tugas Fisika Energi kali ini akan dibuat sebuah prototype sederhana dari Pembangkit Listrik Tenaga Magnet (PLTMn) untuk mengetahui lebih jauh bagiamana prinsip kerja PLTMn serta untuk mengetahui apakah PLTMn ideal untuk digunakan sebagai sumber daya alternatif baru yang dimiliki oleh Bangsa Indonesia untuk bertujuan memenuhi kedaulatan Energi Nasional.

2

1.2 Tujuan a. Membuat Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Magnet Sederhana (PLTMnS) b. Mengetahui besar tegangan yang dapat dihasilkan oleh prototype yang telah dibuat c. Mengetahui berapa besarnya efisiensi dari prototype yang telah dibuat

3

LANDASAN TEORI 2.1 Listrik dan Pembangkit Listrik Listrik merupakan kumpulan fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran dari muatan listrik (Anonim, 2015). Tenaga listrik dalam jumlah besar dihasilkan oleh pembangkit listrik, seperti : termal, nuklir, hidrolik, turbin gas, dan geotermal (Nag, 2001). Pembangkit Listrik (disebut juga dengan power planti atau power station) adalah suatu fasilitas industrial yang mempunyai fungsi untuk menghasilkan dan menyuplai arus listrik (Anonim, 2015). Pembangkit listrik, seperti telah disebutkan sebelumnya memiliki beberapa contoh, seperti PLTA, PLTU, PLTN, PLTMh, PLTS, dan PLTSa (Anonim, 2015). Gambar 1 merupakan ilustrasi dari beberapa pembangkit listrik yang ada didunia :

(a)

(b)

(d

(e)

(c)

(f)

Gambar 1. Contoh beberapa jenis Pembangkit Listrik dengan berbagai macam jenis sumber tenaganya : (a) PLTN, (b) PLTG, (c) PLTS, (d) PLTMn, (e) PLTAn dan (f) PLTA

4

2.2 Dinamo Dinamo merupakan suatu alat yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik dan energi magnet dari energi kinetik melalui proses fisika induksi elektromagnetik. Proses yang terjadi dalam sebuah dinamo adalah ketika suatu arus akan diinduksi pada kawat tertutup melalui medan magnet. Sementara itu dari arus sendiri akan menghasilkan suatu medan magnet (Gargaud, 2011) Terdapat dua buah jenis dinamo, yakni dinamo jenis AC dan DC. Dinamo jenis AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current). Dinamo AC merupakan dinamo yang dapat bekerja dengan menggunakan arus bolak balik, sementara dinamo DC merupakan dinamo yang dapat bekerja dengan menggunakan arus searah (Serway, 2006) 2.3 Magnet Magnet merupakan suatu benda yang mempunyai dua buah kutub yang saling berlawanan dikedua ujungnya, biasanya kedua kutub magnet ini dinamakan sebagai kutub utara magnet dan kutub selatan magnet, mengikuti jenis kutub yang ada di bumi ini yang terletak di bagian utara dan bagian selatan bumi ini. Magnet dapat menarik benda-benda logam dan juga dapat membuat benda tersebut memiliki sifat magnetik untuk beberapa saat, peristiwa tersebut sering dinamakan sebagai peristiwa magnetisasi. Dalam magnet terdapat beberapa kemungkinan interaksi yang akan terjadi bila dua kutub magnet saling didekatkan, yakni interaksi tarik menarik dan interaksi tolak menolak, interaksi yang terjadi digambarkan pada gambar 3 berikut ini :

(a)

(b)

Gambar 2. Interaksi gaya antara dua magnet : (a) Gaya tarik menarik pada dua kutub magnet yang berbeda (b) Gaya tolak menolak pada dua kutub magnet yang sama

5

Gambar 2 menjelaskan, bahwa interaksi gaya tarik mearik terjadi pada dua kutub magnet yang berlawanan, sementara interaksi gaya tolak menolak terjadi pada dua kutub magnet yang sejenis. Ketika suatu magnet besar dihancurkan menjadi bagian yang kecil maka pada potongan-potongan kecil tersebut akan menjadi magnet yang baru lagi dengan dua kutub pula. Magnet bisa dikatakan benda dengan kutub dipole karena magnet selalu mempunyai dua buah kutub, yakni kutub utara dan selatan, tidak ada magnet yang mempunyai hanya satu buah kutub saja, atau disebut berkutub monopole (Young and Fredmann, 2008)

6

METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan Alat :

Bahan :

a. Lem Serba guna

(1 buah)

a. Magnet permanen besar

(1 buah)

b. Gunting

(1 buah)

b. Magnet permanen kecil

(16 buah)

c. Soldering tool

(1 buah)

c. Dinamo DC 6 Volt

(1 buah)

d. Multimeter Analog (1 buah)

d. Bagian bawah botol Aqua (1 buah) f. Kabel Penghubung

(secukupnya)

3.2 Langkah Kerja Dalam melaksanakan percobaan kali ini, dilakukan beberapa proses tahapan untuk membuat percobaan ini dapat berjalan dengan lancar, gambar 3 menunujukkan diagram alir percobaan untuk membuat PLTMnS :

Studi Pustaka

Pencarian Alat dan Bahan

Pembuatan Prototype

Pengujian Prototype

Analisa Hasil Percobaan

Penarikan Kesimpulan Gambar 3. Diagram alir percobaan

7

3.2.1 Studi Pustaka Pada bagian ini dilaksanakan pencarian sumber pustaka dan referensi mengenai PLTMn serta dicari pula referensi melalui multimedia video yang berhubungan dengan percobaan sederhana mengenai konversi energi untuk menghasilkan energi listrik dan energi terbarukan. Setelah dirasa cukup mendapatkan referensi dan pengetahuan mengenai PLTMn dan beberapa percobaan konversi energi sederhana, maka dilanjutkan untuk mencari alat dan bahan yang akan dibuat sebagai prototype PLTMnS. 3.2.2 Pencarian Alat dan Bahan Setelah melakukan studi pustaka, maka selanjutnya dilakukan pencarian alat dan bahan yang akan digunakan untuk membuat prototype PLTMnS dari bahan-bahan yang sudah tidak digunakan lagi, seperti memanfaatkan magnet pada bagian speaker yang telah rusak, menggunakan dinamo bekas bagian sepeda, bagian bawah dari botol air mineral 1,5 ml. Sementara, untuk alat telah tersedia sehingga dapat dilanjutkan untuk membuat prototype dari PLTMnS.

3.2.3 Pembuatan Prototype Dalam melakukan pembuatan prototype, dilaksanakan beberapa tahap pembuatan, yakni :

(a)

(b)

(d)

(e)

(c)

Gambar 4. (a) (b) (c) (d) dan (e) Proses Pembuatan Prototype PLTMnS Dari gambar 4 menunjukkan langkah pembuatan prototype PLTMnS, pada bagian (a) dari gambar sedang dilakukan proses pemotongan bagian bawah tutup 8

botol air mineral 1,5 ml untuk dijadikan sebagai cakram dan temlpat untuk meletakkan magnet kecil yang ada sebanyak jumlah segmen yang tersedia dari bagian bawah botol tersebut. Pada gambar (b) dan (c) menunjukkan gambaran dari hasil pemotingan cakram serta sedang dilaksanakan proses pengeleman magnet-magnet kecil pada bagian sisi dari cakram. Sementara, untuk bagian (d) merupakan proses pemasangan cakram putar pada bagian poros dari dinamo dc yang telah ada sebelumnya, dan gambar (e) merupakan hasil dari prototype yang telah selesai dibuat dan untuk selanjutnya akan dilakukan pengambilan data percobaan.

3.2.4 Pengujian Prototype Pada tahapan ini, dilakukan pengujian pada prototype dengan mengukur besarnya arus dan tegangan yang terukur pada multimeter untuk kemudian dicatat. Pada pengujian ini, dilakukan dengan cara mendekatkan magnet besar ke poros cakram yang terdapat magnet kecil disisi-sisinya, karena adanya interaksi tarik menarik antar kedua jenis magnet, maka ketika magnet besar didekatkan pada magnet kecil, akan terjadi tolakan dari kutub magnet kecil terhadap kutub magnet besar. Karena kutub magnet kecil dipasang secara melingkar disisi-sisi cakram putarnya, tiap tolakan akan terjadi secara kontinu dan hasil dari tolakan tersebut adalah bergeraknya cakram secara melingkar. Pada saat pengambilan data, dilakukan dengan mengambil 20 data dari 20 kali putaran, dimana satu kali putarannya mmpunyai waktu selama 3 dan 5 detik (2 kali variasi). Dari hasil tersebut, bisa didapatkan data berupa arus sebanyak 10 buah data. Setelah dilakukan pengujjian, maka selanjutnya dilakukan analisa hasil percobaan.

3.2.5 Analisa Hasil Percobaan Setelah data didapatkan, maka dilakukanlah analisa berkaitan dengan besarnya arus yang dihasilkan oleh prototype PLTMnS yang telah dibuat. Selain itu, dilakukan pula perhitungan yang bertujuan untuk mengetahui efisiensi yang dimiliki oleh prototype yang telah dibuat dengan membandingkan ketika alat diputar dengan magnet dan diputar secara manual dengan menggunakan tangan (beberapa faktor diabaikan) sehingga diketahui berapa perbandingan efisiensi yang didapatkan.

3.2.6 Penarikan kesimpulan Setelah dilakukan analisa, maka akan ditarik beberapa kesimpulan yang berfungsi untuk menjawab tujuan-tujuan yang telah dibuat diawal.

9

3.3 Gambar Alat dan Bahan Pada bagian ini, akan ditunjukkan mengenai gambar alat dan bahan yang digunakan serta gambar dari prototype dan dimensinya.

3.3.1 Gambar Alat dan Bahan

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

10

(g) Gambar 5. Gambar alat dan bahan : a. Soldering Tool, b. Kabel penghubung, c. Magnet Besar, d. Lem e. Bagian bawah air mineral, f. Magnet Kecil, g. Multimeter Gambar 5 menunjukkan alat dan bahan yang digunakan untuk melakukan percobaan sederhana ini. Mulai dari gambar 5. (a) merupakan sebuah soldering tool, kabel penghubung, magnet besar, lem, bagian bawah air mineral, magnet kecil, dan sebuah multimeter yang akan digunakan untuk melakukan pengujian. 3.3.2 Dimensi Alat Dimensi dari prototype PLTMnS yang telah dibuat, ditunjukkan pada gambar 6 sebagai berikut :

d

b a c Gambar 6. Dimensi Prototype PLTMnS

11

Gambar 6 merupakan ilustrasi dari prototype PLTMnsS. Dalam gambar tersebut terdapat beberapa poin a, b, c, dan d. Untuk a merupakan ukuran dari magnet kecil sebesar (1,5 x 0,7) cm, sementara b merupakan tinggi dari dinamo dengan tinggi 4 cm, gambar c merupakan diameter dari dinamo dengan panjang 3,5 cm, sementara untuk d merupakan dimensi dari cakram putar yang memiliki ukuran sebesar 8,5 cm.

12

DATA PENGAMATAN Dari percobaan yang telah dilakukan untuk melakukan pengukuran besarnya tegangan (V) yang dilakukan dengan menggunakan sebuah multimeter analog, diambil sebanyak 20 buah data percobaan, dengan waktu yang digunakan dalam setiap pengambilan data adalah 3 dan 5 detik. Tabel 1 dan 2 merupakan hasil dari pengukuran tegangan secara manual (menutar dengan tangan) variasi waktu putar setiap pengambilan data adalah 3 dan detik : Tabel 1. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan (Volt) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tegangan (Volt) 0,5 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,5

Tabel 2. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan (Volt) 0,4 0,5 0,5 0,4 0,4 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tegangan (Volt) 0,7 0,5 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,6

Selanjutnya, setelah dilakukan pengambilan data dengan cara memutar piringan cakram dengan menggunakan tangan (faktor lain diabaikan) dilakukanlah pengambilan data dengan menggunakan prinsip induksi magnet memanfaatkan interaksi gaya tolak menolak yang dihasilkan oleh magnet besar dan susunan magnet kecil. Sama seperti yang dilakukan pada pengambilan data secara manual, pengambilan data ini dilakukan dengan menggunakan dua variasi waktu tiap 13

putaran cakram, yakni selama 3 dan 5 detik sebanyak 20 data. Hasil dari pengambilan data ditampilkan pada tabel 3 dan tabel 4 sebagai berikut : Tabel 3. Data hasil percobaan variasi waktu 3 detik No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan (Volt) 0,6 0,5 0,5 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tegangan (Volt) 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 0,6 0,5 0,4 0,6 0,5

Tabel 4. Data hasil percobaan variasi waktu 5 detik No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tegangan (Volt) 0,5 0,5 0,6 0,7 0,5 0,5 0,4 0,6 0,6 0,6

No 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tegangan (Volt) 0,6 0,7 0,5 0,6 0,5 0,5 0,7 0,5 0,7 0,7

14

Hasil dan Analisa Percobaan 4.1 Prinsip Kerja Alat Pada perkuliahan fisika energi kali ini, dibuatlah suatu percobaan untuk mendesain suatu alat yang dapat digunakan sebagai sarana dalam mencari energi terbarukan. Alat disini lebih ditunujukkan untuk mendesain suatu percobaan yang dapat mengkonversikan suatu energi (misal : energi panas, energi aliran air, energi mekanik, energi kimia, dsb) menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, dirancanglah suatu alat yang berfungsi untuk menkonversikan energi magnetik (melalui perantara suatu dinamo) menjadi energi listrik. Sehingga, percobaan kali ini dinamakan sebagai percobaan pembuatan Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Magnet Sederhana (PLTMnS) PLTMnS menggunakan prinsip kerja sederhana dalam ilmu fisika, yaitu interaksi antar dua kutub magnet yang berbeda atau sama, skema kerja dari PLTMnS dapat dilihat pada gambar 7 berikut ini : Susunan Magnet Kecil

Magnet Besar

Piringan Cakram

Poros Putar

Gambar 7. Skema pada saat Magnet besar akan didekatkan dengan Susunan Magnet Kecil pada Piringan Cakram Pada gambar 7 menunjukkan magnet besar akan didekatkan dengan magnet kecil yang telah disusun melingkar terhadap piringan cakram, pada saat jarak dari magnet besar semakin dekat dengan posisi dari piringan cakram yang telah diberi susunan magnet kecil disekelilingnya, maka akan terjadi suatu peristiwa sederhana dalam kemagnetan, yakni terbentuknya gaya interaksi antar magnet tersebut. Dalam hal ini, akan terdapat dua kemungkinan peristiwa yaitu peristiwa gaya tarik menarik dan peristiwa gaya tolak menolak antara magnet besar dengan magnet kecil tersebut. Pada percobaan kali ini, akan dibuat suatu interaksi gaya tolak menolak antara magnet besar dan magnet kecil yang terdapat pada sisi piringan cakram

15

ketika jarak antara kedua buah magnet tersebut pada jarak yang disimbolkan dengan (s). S merupakan jarak ideal dimana akan terbentuk medan magnet yang akan menyebankan peristiwa gaya tolak menolak antara dua magnet tersebut. Pengaruh s terhadap gaya tolak menolak yang didapatkan dari percobaan kali ini adalah, ketika jarak magnet besar dan magnet kecil sangat jauh, maka tidak akan terjadi gaya tolak menolak atau tarik menarik dari kedua magnet, bisa dikatakan gaya interaksi yang dihasilkan oleh kedua magnet tersebut lemah. Sementara itu, pada saat jarak magnet besar dan magnet kecil sangat dekat, maka akan terjadi gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak yang sangat besar dari kedua magnet tersebut, sehingga magnet kecil akan menempel atau langsung menempel pada magnet besar. Oleh karena itu, harus diketahui berapa nilai s yang dibutuhkan untuk dapat menghasilkann gaya interaksi yang tidak terlalu lemah atau tidak terlalu kuat. Setelah mendapatkan nilai s, peristiwa selanjutnya akan dijelaskan pada gambar 8 sebagai berikut :

s Gambar 8. Pada saat jarak antara magnet besar dengan magnet kecil bernilai s, maka akan terjadi gaya tolak menolak Pada jarak s tersebut, tebentuklah suatu medan magnet dari interaksi tolak menolak magnet besar dengan magnet kecil. Apabila ditinjau garis-garis gaya magnet yang terbentuk di dalam medan magnet tersebut, maka garis-garis gaya magnet yang terbentuk dapat diilustrasikan pada gambar 8 berikut :

Gambar 9. Garis garis gaya Magnet pada dua kutub magnet yang berlawanan Dari interaksi gaya tolak menolak yang terjadi, maka magnet pada piringan cakram akan menjauhi magnet besar yang didekatkan kepadanya, dan

16

ketika satu magnet kecil menjauh, maka posisinya tadi akan digantikan oleh magnet kecil lainnya dengan kutub yang juga berlawanan dengan magnet besar sehingga magnet kecil tersebut akan menjauhi magnet besar itu lagi, dan digantikan oleh magnet kecil yang lainnya secara berulang, sehingga akan menghasilkan gaya interaksi tolak menolak yang kontinue dan menyebabkan pringan cakram berputar. Ketika piringan cakram berputar, maka akan menggerakkan poros putar pada dinamo dan dari proses fisika yang terjadi didalam dinamo, terjadilah konversi energi gerak dari piringan cakram menjadi energi listrik yang diindikasikan dengan bergeraknya jarum penunjuk pada multimeter. 4.2 Histori Pembuatan alat Sebelum melakukan percobaan kali ini, sebenarnya telah dilakukan beberapa kali percobaan dengan memvariasikan sejumlah komponen yang terpasang pada prototype tersebut. Terdapat komponen-komponen yang divariasikan selama pembuatan alat berlangsung, diantaranya adalah : a. Jenis cakram b. Konfigurasi Magnet kecil c. Posisi Magnet Besar 4.2.1 Jenis Cakram Telah dilakukan beberapa percobaan terhadap jenis cakram yang digunakan sebagai media pemutar yang ada, yakni dengan menggunakan CD, Tutup tempat es krim Walls, dan terakhir adalah bagian bawah dari tempat air mineral 1,5 L. Pada saat menggunakan CD, kesulitan yang didapatkan adalah pada saat akan menghubungkan antara poros pemutar pada dinamo dengan CD tersebut, haruslah dibuat suatu penghubung yang mempunyai besar sesuai dengan poros pemutar dinamo. Karena hal tersebut, maka selanjutnya digunakan tutup tempat es krim Walls. Pada saat menggunakan benda ini, sebenarnya dapat dihubungkan dengan poros putar dinamo, akan tetapi kelemahan yang dimiliki adalah tutup yang digunakan berat dan gaya gesekan yang dimiliki bagian tutup dan poros putarnya cukup besar, sehingga putaran yang dihasilkan lambat dan membuat putaran yang dihasilkan tidak maksimal. Setelah mendapatkan kendala tersebut, maka dicarilah suatu benda yang dapat dengan mduah dihubungkan dengan poros putar dinamo dan bahan yang digunakan terbuat dari sesuatu yang ringan serta dapat digunakan untuk menempel magnet-magnet kecil disisi-sisinya. Akhirnya didapatkalah ide untuk menggunakan bagian bawah botol air mineral ukuran 1,5 ml. Hal tersebut dikarenakan, bagian tersebut dapat dengan mudah untuk dihubungkan dengan poros pemutar, selain itu putaran yang dihasilkan jauh lebih cepat dan dapat bertahan lebih lama, dikarenakan faktor material plastik dan

17

juga ringan. Sehingga., mampu digunakan dengan baik untuk melakukan putaran terhadap poros putarnya. 4.2.2 Konfigurasi Magnet Kecil Selain melakukan variasi terhadap jenis cakram, dilakukan pula variasi jumlah dan posisi dari magnet kecil. Telah dilakukan beberapa percobaan pemasangan konfigurasi, mulai dari hanya 4 magnet kecil pada sisi utara, selatan, timur, dan barat, selanjutnya 8 magnet dalam 8 sisi yang berbeda, kemudian 16 magnet yang dibuat saling berhimpit satu sama lain, skema dari ketiga buah konfigurasi dapat dilihat pada gambar (yy) sebagai berikut :

c (a)

(c)

(b)

Gambar 10. Konfigurasi magnet kecil : (a) Konfigurasi 4 buah magnet, (b) Konfigurasi 8 buah magnet, (c) Konfigurasi 16 buah magnet Setelah dilakukan beberapa percobaan konfigurasi, maka didapatkan hasil yakni terkait jarak antar magnet kecil dan jumlah magnet kecil yang dipasangkan. Terkait jarak pemasangan magnet kecil, haruslah diberikan jarak tertentu untuk bisa membuat magnet kecil bisa menggerakkan piringan cakram. Sementara, 18

apabila jarak magnet terlalu jauh, maka perputaran piringan cakram juga akan susah untuk berputar, karena hanya pada beberapa titik saja bagian magnet besar berinteraksi dengan magnet kecil yang dipasangkan. Pada konfigurasi 16 magnet ditumpuk atas bawah, maka akan dihasilkan tolakan yang lebih kuat daripada konfigurasi magnet tanpa dilakukan peumpukan pada konfigurasi sebelumnya. Sehingga, didapatkan suatu konfigurasi yang mana mampu mempbuat piringan dapat berputar dengan baik. 4.2.3 Posisi Magnet Besar Dalam hal ini, terdapat dua buah kemungkinan yang ditunjukkan pada gambar (xc) sebagai berikut :

a

b

Gambar 11. Penampang magnet besar : (a) penampang samping magnet besar (b) penampang depan magnet besar Dari percobaan yang telah dilakukan, maka didapatkan hasil bahwa untuk menggerakkan piringan cakram, maka diperlukan interaksi bagian penampang samping magnet besar dengan magnet kecil yang telah terpasang. Sementara, untuk posisi penampang seperti pada gambar 11 (b) maka akan mengalami kesulitan untuk membuat interaksi dengan magnet kecil pada piringan cakram. 4.2.4 Hasil Keluaran Tegangan dan Efisiensi Alat Setelah dilakukan pengambilan 20 buah data, didapatkan hasil yakni, untuk semua hasil pengukuran antara 3 detik dan 5 detik didapatkan bahwa nilai dari tegangan yang dihasilkan selama 5 detik pada sekali putarnya lebih besar daripada pengukuran selama 3 detik. Pada hasil perhitungan didapatkan hasil, yakni pada saat putaran dengan menggunakan tangan (faktor lain diabaikan) maka nilai tegangan yang didapat pada variasi waktu 3 detik adalah V = (0,48 ± 0,06) Volt dan pada variasi waktu 5 detik adalah V = (0,53 ± 0,08) Volt. Sementara untuk putaran yang dilakukan dengan menggunakan induksi magnetik

19

didapatkan hasil sebesar V = (0,49 ± 0,06) Volt untuk variasi waktu selama 3 detik dan didapatkan pula V = (0,57± 0,09) Volt untuk variasi waktu selama 5 detik. Dapat dilihat hasil dari pemutaran dengan menggunakan tangan maupun menggunakan induksi magnetik hasil yang didapatkan tidak berbeda. Hal ini menandakan bahwa dengan menggunakan induksi magnetik ternyata bisa dihasilkan nilai yang mendekati nilai tegangan yang dilakukan secara manual, tentunya dengan mengabaikan beberap faktor yang ada seperti berapa besar gaya yang diberikan dan faktor gesekan yang terjadi. Sementara itu, untuk nilai efisiensi (µ yang dihasilkan oleh prototype PLTMnS, didapatkan nilai sebesar 102,8 % untuk waktu 3 detik dan 107,5% untuk waktu 5 detik. Nilai ini didapatkan dengan persamaan : µ=

𝑽𝒐𝒖𝒕 𝑿 𝟏𝟎𝟎% 𝑽𝒊𝒏

Dengan nilai Vout adalah nilai dari tegangan yang dihasilkan oleh induksi magnetik dan Vin adalah tegangan yang dihasilkan secara manual. Dari perbandingan antara tegangan yang dihasilkan dengan induksi magnetik dan manual terdapat nilai yang hampir sama sehingga dapat dihasilkan nilai efisiensi yang sangat besar sekali, lebih dari 100%. Hal tersebut dikarenan beberapa faktor dalam percobaan ini diabaiakan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Sehingga, untuk kedepannya percobaan kali ini mungkin dapat lebih diperbaiki lagi dengan menggunakan beberapa perhitungan dan faktor-faktor lain diikut sertakan kedalam proses pengambilan data yag dilakukan untuk mendapatkan nilai yang lebih akurat dibandingkan percobaan kalii ini. Akan tetapi, dari percobaan yang telah dilakukan menunjukkan bahwa, PLTMnS sebenarnya mempunyai potensi untuk dikembangkan lebih jauh lagi dan memang sekarang sedang dalam proses pengembangan yakni dalam bentuk generator magnetik sehingga PLTMn dapat menjadi salah satu energi alternatif baru yang bisa dimanfaatkan dengan menggunakan prinsip dasar fisika mengenai kemagnetan.

20

KESIMPULAN a. Telah dibuat sebuah protype PLTMnS dengan menggunakan bahan bekas yang dapat menghasilkan keluaran berupa tegangan lisrtik yang dapat terukur dengan multimeter, akan tetapi belum mampu menhidupkan lampu LED. b. Telah dilakukan pengambilan data keluaran tegangan dari prototype PLTMnS, secara manual (dengan menggunakan tangan) dan dengan menggunakan induksi magnetik. Dilakukan dua buah variasi data pada lama waktu putar dari piringan cakram selama 3 detik dan 5 detik. Berikut hasil yang diperoleh :

-

Secara manual (dengan menggunakan tangan) : 3 detik : V = (0,48 ± 0,06) Volt 5 detik : V = (0,53 ± 0,08) Volt

-

Secara induksi magnetik : 3 detik : V = (0,49 ± 0,06) Volt 5 detik : V = (0,57 ± 0,09) Volt

c. Dengan mengabaikan beberapa faktor dalam melakukan pengambilan data secara manual, maka dibandingkan tegangan rata-tara dari induksi magnetik dan manual, didapatkan efisiensi sebesar: 3 detik : 102, 8 % 5 detik : 107, 5 % Didapatkan hasil nilai efisiensi yang sangat besar dikarenakan beberapa faktor yang belum diperhatikan, seperti putaran dengan tangan yang tidak selalu konstan.

21

DAFTAR PUSTAKA Anonim.2015.Power Station.(www.en.wikipedia.org/wiki/power_plant). Diakses 20 Mei 2015. Anonim.2015.PembangkitListrik.(www.id.wikipedia.org/wiki/pembangkit_listrik) . Diakeses 20 Mei 2015. Anonim.2015.Electricity. (www.en.wikipedia.org/wiki/electricity) Diakeses 20 Mei 2015. Nag, PK .2001 . Power Plant Engineering. New Delhi : Tata McGraw-Hill. Gargaud M.2011. Encyclopedia of Astrobiology Volume : 1. London : Springer. Serway .2006. Physics for Scientist and Engineering 6th Edition. New York : Cengage Learning. Young and Freedman. 2008 .University of Physics with Modern Physics 12th edition. New York : Pearson.

22

LAMPIRAN a. Perhitungan metode manual b. Perhitungan metode induksi magnetik a. Perhitungan metode manual Variasi 3 detik setiap putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

V (Volt) 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6 0,5

𝑉̅ =

V-V2 (Volt) -0,08 -0,08 -0,08 -0,08 0,02 -0,08 -0,08 0,02 0,02 0,02 0,02 0,12 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,12 0,02

(V-V2)2 0,0064 0,0064 0,0064 0,0064 0,0004 0,0064 0,0064 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0144 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0144 0,0004

∑20 1 𝑉 = 0,48 𝑁 ∑(V−V2)2

∆𝑉 = √

𝑁−1

= 0,06

V = (0,48 ± 0,06) Volt

23

Variasi 5detik setiap putaran No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

V (Volt)

V-V2 (Volt)

(V-V2)2

0,4

-0,13

0,0169

0,5

-0,03

0,0009

0,5

-0,03

0,0009

0,4

-0,13

0,0169

0,4

-0,13

0,0169

0,6

0,07

0,0049

0,6

0,07

0,0049

0,5

-0,03

0,0009

0,5

-0,03

0,0009

0,5

-0,03

0,0009

0,7

0,17

0,0289

0,5

-0,03

0,0009

0,5

-0,03

0,0009

0,5

-0,03

0,0009

0,6

0,07

0,0049

0,6

0,07

0,0049

0,6

0,07

0,0049

0,6

0,07

0,0049

0,5

-0,03

0,0009

0,6

0,07

0,0049

𝑉̅ =

∑20 1 𝑉 = 0,53 𝑁

24

∑(V−V2)2

∆𝑉 = √

𝑁−1

= 0,08

V = (0,53 ± 0,08) Volt b. Perhitungan metode induksi magnet Variasi 3 detik setiap putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

V-V2 (Volt) 0,11 0,01 0,01 -0,09 0,01 0,01 0,01 0,01 -0,09 -0,09 0,01 0,01 0,01 -0,09 0,01 0,11 0,01 -0,09 0,11 0,01

V (Volt) 0,6 0,5 0,5 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 0,6 0,5 0,4 0,6 0,5

𝑉̅ =

(V-V2)2 0,0121 1E-04 1E-04 0,0081 1E-04 1E-04 1E-04 1E-04 0,0081 0,0081 1E-04 1E-04 1E-04 0,0081 1E-04 0,0121 1E-04 0,0081 0,0121 1E-04

∑20 1 𝑉 = 0,49 𝑁 ∑(V−V2)2

∆𝑉 = √

𝑁−1

= 0,06

V = (0,49 ± 0,06) Volt

25

Variasi 5 detik setiap putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

V (Volt) 0,5 0,5 0,6 0,7 0,5 0,5 0,4 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,5 0,6 0,5 0,5 0,7 0,5 0,7 0,7

𝑉̅ =

V-V2 (Volt) -0,075 -0,075 0,025 0,125 -0,075 -0,075 -0,175 0,025 0,025 0,025 0,025 0,125 -0,075 0,025 -0,075 -0,075 0,125 -0,075 0,125 0,125

(V-V2)2 0,005625 0,005625 0,000625 0,015625 0,005625 0,005625 0,030625 0,000625 0,000625 0,000625 0,000625 0,015625 0,005625 0,000625 0,005625 0,005625 0,015625 0,005625 0,015625 0,015625

∑20 1 𝑉 = 0,57 𝑁 ∑(V−V2)2

∆𝑉 = √

𝑁−1

= 0,09

V = (0,57 ± 0,09) Volt

26