Pengenalan Kepada Mesin Elektrik- Medan Magnet

4.1                Pengenalan

Magnet ialah sejenis bahan yang boleh menarik sesuatu bahan  tertentu seperti besi dan sebagainya (iaitu kobalt dan nikel).  Bahan yang boleh ditarik oleh magnet dinamakan bahan magnet.Sifat seumpama ini iaitu keupayaan atau kebolehan sesuatu magnet menarik bahan magnet dikenali sebagai “kemagnetan” (iaitu daripada perkataan Magnesia tempat di mana bijih besi magnet mula dijumpai) kemagnetan seperti.Kemagnetan seperti juga elektrik, iaitu suatu daya yang tidak kelihatan (invisible force), Cuma kesan yang dihasilkan oleh daya boleh dilihat.Daya ini dikenali sebagai “daya kemagnetan” (magnetizing force).

   4.2    Medan magnet (Magnetic field)

·         Medan magnet – ialah ruang yang mengelilingi sesuatu magnet, di mana daya magnet dibangkitkan.

·         Garisan daya magnet ditakrifkan sebagai satu garisan dalam satu medan magnet, yang merupakan satu laluan menuju ke kutub utara, jika tiada halangan sepanjang laluan tersebut.

·         Takat neutral: ditakrifkan sebagai satu sempadan yang mana paduan medan magnet itu sifar.

·         Memplot medan-medan magnet:

-             dengan menggunakan kompas-pelotan.

-             Dengan menggunakan kaedah serbuk besi.

·         Medan magnet ialah pembentukan garisan fluks magnet (lines of magnetic flux) yang mempunyai sifat-sifat atau ciri-ciri medan magnet. 

·         Sifat-sifat medan magnet (pembentukan garisan fluks magnet):

i.         membentuk gelung tertutup.

ii.        tidak melintasi antara satu sama lain.

iii.      Mempunyai arah yang tertentu.

iv.      Menolak antara satu sama lain.

v.       Mempunyai ketegangan (tension) sepanjang jaraknya di mana ia cuba memendekkan setakat yang mungkin (tends to make them as short as possible).

Contoh 7-1:

Berdasarkan kepada sifat-sifat garisan daya magnet , lukiskan medan magnet paduan untuk magnet di Rajah 1-1 (a). 

Penyelesaian ditunjukkan dalam Rajah 1-1(b).

Rajah 7-1              Ciri-ciri medan magnet

4.3                Keelektromagnetan (Electromagnetism)

Suatu elektromagnet ialah lilitan wayar pada teras besi (atau gegelung) yang mempunyai kemagnetan seperti magnet kekal bila arus mengalir melaluinya.  Medan magnet boleh dihasilkan apabila arus mengalir melalui suatu pengalir, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7-2.

Rajah 7-2    Uratdaya magnet terhadap arus

Arah medan magnet boleh ditentukan dengan:

i.                     Kompas

ii.                    Hukum tangan kanan.

iii.                  Hukum skru

        Rajah 7-3  Hukum Tangan Kanan          Rajah 7-4  Hukum Skru

Medan magnet adalah mengelilingi sepanjang pengalir yang membawa arus, iaitu bentuk medan magnet di sekeliling pengalir lurus ialah dalam bentuk selinder sepusat (concentric cylinders).  Ini ditunjukkan dalam Rajah 1-5 (a).  Arah uratdaya medan magnet adalah bergantung kepada arah arus yang mengalir daalam sesuatu pengalir.  Rajah 1-5(b) menunjukkan arah uratdaya yang mengikut arah putaran jam apabila arah arus dalam pengalir adalah menuju masuk ke dalam yang ditandakan dengan “+” di pusat penaglir.  Rajah 1-5(b) pula sebaliknya, iaitu arah arus menuju keluar, yang ditandakan dengan “·”, akan menghasilkan arah uratdaya medan magnet berlawanan arah putaran jam.  

       (a)  Medan magnet           (b)  Arah arus masuk           (c) Arah arus keluar 

                                                                                   sepanjang pengalir

Rajah 7-5   Polar  uratdaya medan magnet terhadap arus 

Contoh 7-2:

a)       Lukiskan medan magnet yang terbentuk apabila dua pengalir membawa arus diletakkan berdekatan:

i.                     Arus mengalir pada arah yang sama pada kedua-dua pengalir.

ii.                    Arus mengalir pada arah yang berlawanan antara kedua-dua pengalir


Penyelesaian 7-2:

                       (a)  Arah arus sama             (b) Arah arus berlawanan

7.4    Mentakrifkan

7.4.1           Daya gerak magnet d.g.m (Magnetomotive force)

Ialah daya gerak magnet dalam satu litar megnet berpasangan dengan daya gerak elektrik dalam litar elektrik.Ia boleh diperolehi dari medan magnet apabila arus mengalir melalui suatu gegelung dawai.

-          Daya yang mengeluarkan kesan magnet dinamai daya gerak magnet

Untuk 1 pengalir, dgm = arus dalam ampiar

Untuk N pengalir, dgm = IN ampiar

-          Simbolnya ialah Fm

-          Unitnya iaialh lilit-ampiar (LA)(Ampiar turns) (AT)

Iaitu   Fm = IN    (LA)

7.4.2           Engganan

-          Engganan atau reluktans dalam litar magnet ialah berpasangan dengan rintangan dalam litar elektrik.

-          Ialah sifat penentangan satu litar magnet terhadap wujudnya fluks magnet.

-          Simbolnya ialah S

Iaitu    S = dgm /f = Fm /f = IN/f

-          Unitnya ialah lilit-ampiar/weber

S = dgm /f = Fm /f = IN/f       (LA/Wb)

7.4.3           Kekuatan medan magnet

-          Ditakrifkan sebagai daya gerak magnet (Fm) yang menghasilkan fluks per unit panjang bagi litar magnet.

-          Dikenali juga sebagai Daya Pemagnetan dan simbolnya ialah H

-          Unitnya ialah lilit-ampiar/meter (LA/m)(AT/m)

-          Iaitu   H= dgm/l = Fm/l = IN/l     (lilit-ampiar/meter)

Catatan:  l = panjang lorong fluks ( flux path)

Untuk lorong bulat (Circular path), l= 2pr

H = IN/2pr  (LA/m)

7.4.4           Ketumpatan fluks

-          Ketumpatan fluks ialah ukuran bilangan garisan daya (f) per unit luas yang diambil bersudut tepat kepada arah fluks.

-          Simbolnya ialah B

-          Unitnya ialah  Wb/matau Tesla (T)

Iaitu B = f/A (weber/metersquare) atau Tesla

7.4.5           Telapan dan kebolehtelapan.

-          Ketelapan dalam satu litar magnet adalah berpasangan dengan aliran (conductance) dalam litar elektrik iaitu salingan bagi reluktans.

-          Unitnya ialah Wb/LA

-          Ketelapan dalam satu litar magnet ialah berpasangan dengan kealiran dalam litar elektrik.

-          Kebolehan sesuatu litar magnet untuk menghasilkan garisan (fluks) magnet di dalam suatu bahan yang terbentuk dengan suatu daya pemagnetan dinamai ketelapan.

-          Simbol untuk ketelapan ialah m (mm)
Iaitu  m == ketumpatan fluks/ daya pemagnetan

momr = B/H

m= ketelapan mutlak (obsolute permeability)

mo= ketelapan ruang bebas (free space ) 4p x
Henry/meter

mr= ketelapan bandingan (relative permeability

  = nisbah ketumpatan fluks suatu bahan kepada  ketumpatan fluks yang dihasilkan dalam hampagas (vacuum) oleh daya pemagnetan yang sama.

mr                  = untuk H yang sama

mr                  = B/Bo

Catatan: untuk udara, hampagas dan bahan bukan magnetic mr=1

Iaitu  m=mo

     

7.5  Membezakan bahan magnet dan bahan bukan magnet dari segi kebolehtelapan.

7.5.1           Bahan Bukan Magnetik (Non-magnetic)

-          bahan yang teidak memberikan sebarang kesan terhadap litar magnet.

-          Mempunyai ketelapan yang sama dengan ruang bebas                 iaitu  m = mo = 4p x

7.5.2           Bahan Magnetik

7.5.2.1             Bahan  “diamagnetic”

-          bahan yang memberi sedikit penentangan kepada fluks magnet

-          mempunyai ketelapan yang kecil sedikit dari ketelapan ruang bebas    m<mo

-          Contoh : perak, tembaga dan hidrogen

7.5.2.2             Bahan “paramagnetic”

-          bahan yang hanya terlalu sedikit bermagnet ( very slightly magnetic)

-          mempunyai ketelapan yang lebih sedikit daripada ketelapan ruang bebas iaitu   m>mo

-          Contoh: platinum, aluminium dan oksigen.

7.5.2.3             Bahan “ ferromagnetic”

-       bahan yang mempunyai ketelapan beratus kali besarnya daripada ketelapan ruang bebas iaitu   m>>mo

-               Contoh : Besi, Nikel dan kobalt.