Gaya Gerak Listrik Pada Motor AC
Apik Issetyorini dan Djodi Antono[email protected]
Jurusan Teknik Elektro Polines
Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA
Intisari
Prinsip terbentuknya gaya gerak listrik (GGL) dalam sebuah motor listrik merupakan induksi .“Apabila sebatang penghantar di gerak – gerakkan sedemikian rupa dalam medan magnet sehingga memotong garis – garis gaya magnet, maka penghantra tersebut akan
terbentuk GGL induksi”. Arah gerak GGL induksi yang
terjadi ditunjukkan dengan aturan tangan kanan. Bila telapak tangan kana dibuka sedemikian rupa sehingga ibu jari dan keempat jari lainnya saling tegak lurus (900), maka ibu jari akan menunjukkan arah gerak penghantar (F) sedangkan garis yang menembus telapak tangan kanan adalah garis gaya medan magnet dan empat jari lainnya menunjukkan GGL induksi yang terjadi .
Keywords – Gaya Gerak Listrik, Faraday, Lenz, Lorentz,
diperlukan, rumus yang menjelaskan tentang hukum – hukum
alam tersebut, sedikit banyak saling memiliki keterkaitan. Sebagian impian tersebut telah terwujud, sedangkan impian lainnya sedang dalam proses penelitian yang sangat mendalam.
Salah satu hukum alam yang berkaitan adalah hukum tentang kelistrikan serta hukum tentang kemagnetan. Dahulu , orang menganggap listrik dan magnet merupakan gejala alam yang sangatah berbeda. Hal itu karena sumber listrik merupakan muatanlistrik yaitu muatan positif dan mutan negatif, sedangkan sumber magnet merupaka kutub – kutub magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan. Muatan listrik menghasilkan medan listrik disekitarnya, sedangkan kutub – kutub magnet menghasilkan medan magnet disekitarnya. Selain itu, sifat antara listrik dan magnet sangatlah berbeda. Muatan listrik yang mengalir menghasilkan arus listrik, tetapi kita tidak pernah menjumpai adanya arus magnet. Listrik dapat dijumpai dalam bentuk muatan positif saja, muatan negative saja atau pasangan kombinasi antara muatan positif dan muatan negatif. Sedangkan magnet kita hanya menjumpainya dalam keadaan berpasangan yaitu kutub utara dan kutub selatan. Ketika Oersted menemukan serta mengemukakan bahwa terdapan medan magnet disekitar arus
listrik yang mengalir, mulai dari itulah para ahli mulai berpikir mengenai keterkaitan listrik dan magnet. Arus listrik merupakan aliran muatan listrik. Lalu, mengapa timbul medan magnet pada arus yang mengalir? Apakah Listrik dapat menghasilkan magnet?
Penelitian yang dilakukan oleh Oersted lebih lanjut diteliti kembali oleh Biot – Savart untuk membuktikannya. Arus litrik memanglah menghasilkan magnet.
Sehingga pada awal abad ke 19, para ahli fisika telah sepakat bahwa, arus listrik memang menghasilkan magnet.
Namun apakah hukum ini dapat berlaku pada kebalikannya?[1]
B. Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini guna melengkapi nilai tengah semester dari mata kuliah Mesin Listrik 1 pada semester ganjil.
C. Pembatasan Masalah
Dalam penyusunan makalah di berikan batasan masalah yang dibahas agar tidak terjadi pembahasan masalah diluar konteks judul atau tidak berhubungan sama sekali. Hal ini dilaksanakan agar penyusunan laporan dapat secara sistematis, lebih terarah dan mudah di mengerti dengan baik. Penulis membatasi masalah pada ruang lingkup sebagai berikut :
1) Gambaran umum tentang gaya gerak listrik pada
motor listrik AC
2) Gaya Gerak Listrik secara spesifik
3) Hukum – hukum yang berlaku pada gaya gerak listrik pada motor listrik AC
4) Aplikasi pada motor listrik AC
D. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan makalah ini tersusun dari 3 bab, adapun sistematika penyusunannya sebagai berikut :
1) Bab I Pendahuluan : pada bab I ini terdiri dari latar
belakang, tujuan, pembatasan masalah, serta
sistematika.
2) Bab II Isi : pada bab II ini, terdiri gambaran umum, Gaya Gerak Listrik, Hukum – hukum , serta aplikasi pada motor listrik AC.
3) Bab III Penutupan : pada bab III ini berisi kesimpulan
II. ISI
A. Gambaran Umum
Prinsip terbentuknya gaya gerak listrik (GGL) dalam sebuah motor listrik merupakan induksi seperti terlihat pada gambar 2.1
Gbr 2.1 Terbentuknya GGL induksi
“Apabila sebatang penghantar di gerak – gerakkan
sedemikian rupa dalam medan magnet sehingga memotong garis – garis gaya magnet, maka penghantra tersebut akan
terbentuk GGL induksi”
Arah gerak GGL induksi yang terjadi ditunjukkan dengan aturan tangan kanan.Gambar aturan atau kaidah tangan kanan dapat dilihat pada gambar 2.2
Gbr 2.2 Aturan tangan Kanan
Bila telapak tangan kana dibuka sedemikian rupa sehingga ibu jari dan keempat jari lainnya saling tegak lurus (900), maka ibu jari akan menunjukkan arah gerak penghantar (F) sedangkan garis yang menembus telapak tangan kanan adalah garis gaya medan magnet dan empat jari lainnya menunjukkan GGL induksi yang terjadi (e)
B. Gaya Gerak Listrik
Michael Faraday akhirnya menemukan serta
mengemukakan bahwa medan magnet dapat menghasilkan medan listrik. Faraday melakukan eksperimen pada batang
magnet yang digerak – gerakkan pada kumparan dapat
menghasilkan arus listrik. Hal itu dapat dibuktikan dengan
melalui penyimpangan pada jarum galvanometer. Ilustrasi dapat dilihat pada gambar 2. 3.
Gbr. 2.3 Percobaan Faraday menggunakan Galvanometer
Pergerakan jarum pada galvanometer akan terjadi ketika magnet bergerak pada kumparan. Penyimpangan jarum pada galvanometer, membuktikan adanya arus yang mengalir pada saat itu. Selanjutnya, arus tersebut disebut dengan arus induksi. Dan di ujung – ujung kumparan muncul beda potensial atau beda tegangan, beda tegangan inilah yang biasa disebut dengan gaya gerak listrik induksi (GGL Induksi).[2]
C. Hukum – hukum
1) Hukum Faraday : Seperti yang telah dibahas pada pembahasan sebelumnya, Michael Faraday melakukan eksperimen atau penelitian untuk membuktikan bahwa medan magnet dapat menghasilkan medan listrik. Faraday melakukan eksperimen dengan cara , kumparan pertama dihubungkan
dengan sebuah baterai sedangkan kumparan kedua
dihubungkan dengan sebuah galvanometer. Faraday berharap arus pada kumpran pertama menghasilkan medan magnet yang cukup besar untuk menghasilkan arus yang sangat besar pula pada kumparan kedua. Ketika sakelar dihubungkan, jarum pada galvanometer menyimpang sesaat dan segera kembali ke posisi nol dan seterusnya akan bernilai nol bila arus yang dihasilkan kumparan pertama adalah konstan. Hal tersebut menunjukkan bahwa arus konstan pada kumparan pertama tidak menghasilkan arus listrik pada kumparan kedua. Akan tetapi ketika sakelar tersebut di posisikan putus – sambung makan jarum galvanometer akan bergerak ke kanan dan ke kiri. Hal tersebut terjadi karena arus yang dihasilkan oleh kumparan pertama tidak konstan. Ilustrasi skema peralatan eksperimen Faraday dapat dilihat pada gamabr 2.4.
Dari hasil eksperimen atau penelitian dari Faraday tersebut dapat disimpulkan bahwa perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik. Oleh karena itu, arus listrik mengalir jika ada sumber tegangan, dapat pula dikatakan bahwa perubahan medan magnetmenghasilkan gaya gerak listrik (GGL). Arus dan GGL yang timbul pada perubahan medan magnet disebut dengan arus dan GGL induksi, sedangkan peristiwa munculnya arus dan GGL induksi akkibat perubahan medan magnet disebut dengan induksi elektromagnetik. Gambar GGL induksi yang terjadi selama eksperimen faraday dapat diliaht pada gambar 2.5.[3]
Gbr. 2.5 GGL induksi timbul ketika ada gerak relatif antara magnet dan kumparan
negatif dari laju perubahan fluks magnetikyang terlingkupi”.[4]
Dari pernyataannya tersebut dapat disimpulkan secara matematis, sebagai berikut :
Jika perubahan fluks magnetiknya konstanterhadapa waktu,
maka persamaannya dapat berubah menjadi : [5]
2) Hukum Lenz: Arus induksi yang dihasilkan oleh gerakan keluar - masuk magnet didalam kumparan ternyata
bolak – balik. Berkaitan dengan hal tersebut, Lenz
menyatakan bahwa arus induksi selalu menimbulkan medan magnet induksi yang berlawanan dengan perubahan medan
magnet asalnya. Pernyataan tersebut sering disebut dengan hukum Lenz.[3]
Heinrich Freisrich Lenz mengemukakan, bahwa :” arah arus induksi sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan
magnet yang berlawanan dengan penyebabnya”
Perubahan fluks magnetik (medan magnet AB) ke kanan,
maka medan magnet Lenz berlawanan arahdengan
penyebabnya, yaitu (AB’) ke kiri. Dengan aturan tangan
kanan untuk medan magnet pada kumparan, maka arus induksi yang mengalir memalui galvanometer arahnya dari kanan ke kiri. Berbeda, Perubahan fluks magnetik ke kiri, maka medan magnet Lenz berlawanan arah dengan penyebabnya yaiu ke kanan. Dengan kaidah tangan kanan untuk medan magnet pada kumparan, amak arus induksi yang mengalir melalui galvanometer arahnya ke kiri dan ke kanan. Itulah inti dari hukum Lenz.
3) Hukum Lorenzt :
Percobaa yang dilakukan Oersted menunjukkan bahwa kutub magnet jarum yang ditimbulkan arus listrik. Ternyata penghantar yang berarus listrik di dalam medan magnet juga megalamani medan magnet. Gaya magnet pada penghantar bararus listrik pertama kali diamati oleh Hendrik Antoon Lorenzt, seorang fisikawan Belanda yang juga peraih nobel untuk fisika.
Berdasarkan penelitiannya, Lorenzt mendapati bahwa besarnya gaya magnet sebanding dengan kaut medan magnet, arus listrik dan panjang kawat. Selain itu, gaya magnet juga bergantung pada sudut yang dibentuk antara arah aliran arus listrik dengan arh medan magnet. Untuk arah aliran arus listrik tegak lurus terhadap arah medan magnet, gaya magnet tersebut dapat dinayatakan sebagai berikut
F = B x I x L
Dengan F adalah gaya magnet yang dialami kawat tersebut dengan satuan newton, B adalah kuat medan magnet pada tempat kawat berada engan satuan Tesla, I adalah kuat arus listrik yang mengalir pada kawat dengan satuan ampere, dan L adalah panjang kawat dangan satuan meter.
Persamaa tersebut sering disebut denga hokum Lorenzt, dangaya magnet yang dihasilkan disebut dengan gaya Lorenzt. Arah gaya Lorenzt dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Namun, posisi telapak tangan tidak tergenggam melainkan terbuka. Caranya adalah sebagai berikut. Bukalah telapak tanganmu dan rapatkan keempat jarimu. Ibu jari dibuka hingga tegak lurus terhdapa empat jari lainnya. Ibu jari ini menunjukkan arah arus listrik , keempat jari lainnya menunjukkan arah medan magnet, sedangkan telapak tangan yang terbuka menunjukkan arah gaya Lorenzt.
D. Aplikasinya pada Motor Listrik
Alat ini banyak diterapkan seperti misalnya pada pompa air listrik, mesin jahit listrik, bor listrik, mesin bubut dan lain sebagainya. Saat motor listrik dihubungkan dengan sumber arus listrik, arus listrik mengalir dari sikat karbon menuju komutator. Selanjutya, arus listrik menuju kumparan sehingga kumparan mengalamai gaya lorenzt . arah gya lorenzt dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Pada bagian kiri kumparan akan timbul pula gaya lorenzt yang arahnya berlawanan sehingga kumparan pun dapat berputar, makin besar arus listrik yang mengalir, makin cepat pula kumparan berputar. Akibatnya motor listrik bergerak makin cepat. Gambar skema motor listrik dapat dilihat pada gambar 2. 6
Gbr. 2.6 Skema motor listrik
III.KESIMPULAN(PENUTUP)
Saat motor listrik dihubungkan dengan sumber arus listrik, arus listrik mengalir dari sikat karbon menuju komutator. Selanjutya, arus listrik menuju kumparan sehingga kumparan mengalamai gaya lorenzt . arah gya lorenzt dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Pada bagian kiri kumparan akan timbul pula gaya lorenzt yang arahnya berlawanan sehingga kumparan pun dapat berputar, makin besar arus listrik yang mengalir, makin cepat pula kumparan berputar. Akibatnya motor listrik bergerak makin cepat.
Itulah sebab dari motor listrik bergerak karena adanya Gaya Gerak Listrik.
REFERENSI
[1] Mikrajudin Abdullah, IPA FISIKA JILID 3, ESIS. Jakarta, Indonesia: 2006.
[2] Osa Pauliza., Fisika Teknik dan Kesehatan. Bnadung, Indonesia: Grafindo Media Tama, 2008.
[3] Aip Sjaripudin, Dede Rustiawan, Praktis Belajar Fisika. Bandung, Indonesia: Visindo Media Persada.
[4] Edi Istiyono, Fisika 3. Jakarta, Indonesia: Yudhistira, 2007.
