Artikel Magnet

Penelitian Tentang Magnet, Manfaat Magnet Bagi Manusia

Sudah sejak lama studi dan penelitian tentang magnet telah menghasilkan berbagai produk yang bermanfaat bagi umat manusia. Produk-produk seperti motor listrik, generator listrik, satelit, sistim pemantau radar, central lock pintu mobil, lampu, perangkat pengangkat dan penarik benda logam pada pesawat angkat, hingga kereta api cepat adalah beberapa contoh penerapan magnet.

Produk di bidang kesehatan juga telah banyak dihasilkan yang memanfaatkan prinsip kemagnetan ini yaitu MRI (Magnetic Resonance Imaging) dan gelang/kalung bio-magnet yang membanjiri Indonesia produksi China maupun Jepang yang berupa magnet tetap yang diklaim bisa membantu melancarkan peredaran darah dan memperbaiki syaraf yang terjepit.

Penelitian tentang magnet elektrik untuk motor listrik adalah yang paling banyak dilakukan khususnya motor listrik yang bisa menghasilkan torsi besar, ukurannya yang semakin kecil, mudah dalam pemanfaatan dan pengontrolannya, serta efisien dalam penggunaan energi listriknya. Produk-produk tersebut seluruhnya buatan luar negeri dan banyak diimpor oleh perguruan tinggi dan industri di Indonesia.

Metode pelayangan magnet adalah termasuk hal baru yang hasil penelitiannya banyak diterapkan di sektor industri dan transportasi karena dapat mengurangi gesekan mekanis secara berarti. Meski penelitian-penelitian tersebut masih terus dilakukan dan terbukti sukses diterapkan pada kereta api cepat maglev serta pengembangan bantalan magnet tak berfriksi, prinsip dasar pelayangan magnet dengan magnet elektrik ini masih terus dipelajari di banyak perguruan tinggi di dunia [12], [13] .

Tujuannya terutama adalah melihat fenomena pelayangan benda melalui pengontrolan kuat medan magnet elektrik serta rentang kestabilan tinggi benda yang dilayangkan. Pemahaman ini menurut mereka penting karena “suatu benda yang melayang apabila diberi gaya dorong sedikit saja akan bisa bergerak dengan cepat karena tidak adanya gesekan mekanis (kecuali gesekan udara) yang timbul sebagai hasil kontak antara benda satu dan lainnya seperti pada kereta api konvensional”.

Medan Elektromagnetik dari Jaringan Transmisi

MEDAN ELEKTROMAGNETIK DARI JARINGAN TRANSMISI 

Sistem jaringan transmisi umumnya beroperasi pada frekuensi 50 atau 60 Hertz. Ini berarti berkaitan dengan panjang gelombang sebesar 6000 km dan 5000 km, sehingga hampir semua studi tentang efek kesehatan oleh medan elektromagnetik dapat terjadi kurang dari satu panjang gelombang dari sumber medan. Radiasi medan elektromagnetik pada daerah ini (5000 dan 6000 km) sebenarnya dapat diabaikan.

Sebagai contoh, sebuah jaringan transmisi dengan panjang gelombang 100 km yang dapat membawa daya dalam skala giga watt dan energi terdissipasi beberapa megawatt dalam bentuk panas akan memaparkan medan elektromagnetik hanya beberapa watt. Akan tetapi kita terkena pengaruh pemisahan medan magnet dan medan listrik.

Sebuah jaringa transmisi dengan daya listrik sebesar: P=V.R atau P=i2 R dimana V adalah tegangan listrik, R adalah tahanan kawat jaringan dan i adalah kuat arus, adalah sama dengan daya medan magnet yang terjadi di sekitar jaringan. Daya medan magnet ini dihitung dari komponen pointing vector (perkalian vector antara vector medan listrik dan medan magnet) parallel terhadap garis-garis medan. Sebuah sirkuit tak-berhingga yang parallel langsung dengan konduktor netral adalah terdiri dari sumber medan magnet dipole linier.

Garis-garis medan membentuk suatu dipole di dalam bidang yang tegak lurus terhadap konduktor, dan kuat medan turun sebanding dengan jarak resiprokal, r kuadrat seperti terlihat pada gambar 1a. Sistem listrik sederhana menggunakan tiga konduktor langsung atau sefase, dengan masing-masing arus berbeda sudut fase sebesar 120 derajat. Sebuah sirkuit tunggal tiga fase juga membentuk sebuah dipole linier.

Ketika dua sirkuit dipasang satu set pada tiang yang umum dilakukan oleh kebanyakan negara, kuat medan tergantung pada orde dari fase pada kedua sirkuit. Pada umumnya fase yang digunakan dalam grid nasional (jaringan transmisi 275 kV dan 400 kV di Inggris dan Wales), dipole yang dihasilkan oleh kedua sirkuit adalah hampir anti paralel. Fase ini memainkan pengaruh sebagai sumber quadrapole dan kuat medan turun sebanding dengan r3 , gambar 1b.

Gambar 1. Garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah jaringan transmisi (a) dan yang dihasilkan oleh jaringan transmisi ganda (b). Pada jaringan tunggal medan magnet mempunyai dipole dan kuat medan magnet turun sebanding dengan r2 , dimana r adlah jarak ke jaringan. Untuk jaringan transmisi ganda, medan magnet mempunyai bentuk menyerupai kuadrapole dan kuat medan magnet turun sebanding dengan r 3 .

Disini garis-garis medan ditunjukkan ketika arus pada pusat konduktor sama dengan nol. Jika jaringan transmisi ditanam di bawah tanah, konduktor-konduktor menjadi saling mendekat dan kuat dipole menjadi lemah. Akan tetapi, jaringan yang hanya persis satu meter di bawah permukaan tanah, sebagai kebalikan dari 10 meter di atas permukaan yang lebih dekat dengan penduduk dan rumahnya.

Pada jaringan transmisi yang mempunyai daya lebih dari 400 kV ditanam di bawah tanah akan menghasilkan medan yang lebih besar disbanding jika kawat jaringan berada di atas permukaan tanah, gambar 2.

Gambar 2. Medan magnet versus jarak untuk jaringan transmisi dengan kapasitas daya 400 kV. Pada jarak yang besar, kuat medan magnet berkurang sebanding dengan r2 dan bukan r3. Karena sirkuit tidak persis parallel sehingga arus pada tiga fase tidak persis sama. Dan arus listrik diinduksi baik pada jaringan bawah tanah maupun di atas permukaan tanah.

Dengan kabel yang bertegangan rendah, misalnya kabel tegangan 230 V fase netral yang membentuk sirkuit distribusi akhir, konduktor-konduktor sangat dekat satu sama lainnya dan medan medan eksternal dari arus beban dapat diabaikan. Konduktor-konduktor juga akan terkelupas yang menyebabkan medan turun secara eksponensial terhadap jarak. Background frekuensi daya dari medan pada kebanyakan rumah-rumah di Inggris berasal dari jumlah vector non zero arus pada kabel, yang dikenal sebagai net current.

Net current bertambah naik oleh karena arus sirkuit distribusi dibumikan. Gambar 3 menunjukkan daerahdaerah yang mempunyai medan yang cukup besar disekitar alat-alat listrik rumah tangga yang sedang beroperasi (dipakai). Hampir semua peralatan membentuk dipole tiga dimensi, dengan kuat medan berkurang sebanding dengan r3. Peralatan listrik yang kecil seperti pembuka kaleng cenderung memaparkan radiasi elektromagnetik lebih tinggi dibandingkan dengan perlatan berarus rendah seperti dinamo listrik.

Hal ini disebabkan karena motor listrik dan transformator pada peralatan kecil mempunyai sedikit kandungan besi yang membiarkan medan “bocor” dari alat tersebut. Ada perbedaan yang berarti antara kuat medan yang dihasilkan oleh sumber yang berbeda (seperti jaringan transmisi, peraltan listrik dan background yang berhubungan dengan pekerjaan) dan lepasan rata-rata dari total populasi terhadap sumber-sumber tersebut. Ini disebabkan karena sebagaian kecil penduduk bertempat tinggal dekat dengan (0,1 % dalam jangkauan 50 meter, di Inggris) dan juga karena kebanyakan orang tidak lama di sekitar peralatan.

Jaringan transmisi yang dipasang di atas permukaan tanah akan menghasilkan medan listrik dan medan magnet berkisar di atas 11 kV/m di dekat permukaan tanah. Akan tetapi untuk mengenali medan listrik dan medan magnet sebagai dipole adalah tidak mudah, karena bumi juga mengkonduksi listrik dan muatan maya di bawah. Pada jaringan daya bawah tanah conducting sheath dapat melenyapkan medan listrik.

Bangunan juga dapat melindungi medan listrik sebesar factor 10-100. Di dalam rumah sumber-sumber medan listrik terbesar kemungkinan berasal dari sistim kabel dan peralatan listrik rumah tangga. Kedua jenis sumber medan ini apabila mempunyai kekuatan yang besar akan berdampak negatif.

Gambar 3. Medan magnet diukur pada kedalaman 1 meter pada sebuah rumah. Terlihat bahwa peralatan listrik yang kecil cenderung menghasilkan medan yang lebih besar dari peralatan listrik yang besar. Sebagai contoh, jika seseorang mengangkat tabung flouresensi di bawah jaringan transmisi, maka pada tabung tersebut dapat terjadi arus induksi sebesar 50 mikro Ampere.

Arus sebesar ini cukup bagi tabung untuk dapat berpijar, tetapi terlampau kecil untuk dapat dilihat. Jika medan magnet terosilasi sebesar 1 mikro Tesla akan dapat membelokkan berkas electron pada ossiloskop yang cukup untuk menghasilkan gambar bergoyang pada layar. Dan jika medan magnet sebesar 500 mikro Tesla atau lebih akan dapat mengganggu putaran mesin arloji bahkan sanggup memutar 100 kali putaran dari yang biasanya.

Untuk tubuh manusia, medan listrik sebesar 20 kV/m dapat menginduksi rapat araus sebesar 10 mAm-2 pada bagian leher, ini dinggap cukup besar dibandingkan dengan arus yang dihasilkan secara ilmiah oleh syaraf dan gerakan otot. Medan magnet sebesar 1,6 mikro Tesla bahkan dapat menginduksi arus pada batang tubuh.

Rapat arus tersebut adalah tergolong besar dibandingkan dengan rapat arus terkecil yang diketahui mempunyai efek samping pada manusia, nilai ambang untuk menghasilkan magnetophosphone (kerlap-kerlip pada mata) adalah sebesar 14 mAm-2 pada frekuensi 25 Hertz. Berdasarkan hal tersebut di atas,

Lembaga Proteksi Radiasi Nasional, Inggris merekomendasikan bahwa seseorang yang terkena paparan medan elektromagnetik harus tidak lebih dari 1,6 milli Tesla atau 12 kV/m pada frekuensi 50 Hertz. Angka ini telah disepakati oleh banyak negara di dunia sebagai nilai acuan.

Medan Magnet, Medan Listrik, Jaringan Listrik

Umat manusia telah lama terlibat di dalam medan magnet statis sejak jutaan tahun yang lalu, yitu medan magnet yang dihasilkan oleh bumi. Sejak tahun 1880-an ketika diperkenalkan jaringan listrik umum, maka tambahan medan magnet dan medan listrik dengan sendirinya menimpa manusia yang bervariasi dengan waktu.