Pertemuan ke : 1
NIM : 2012-042-028 Nama Mahasiswa : Linda Puspita
Pengertian dasar teknik tenaga listrik, generator, motor, transformator
Teknik Tenaga Listrik adalah ilmu yang mempelajari konsep dasar kelistrikan dan pemakaian alat yang kerjanya berdasarkan aliran elektron dalam konduktor (arus listrik). Dalam Teknik Tenaga Listrik dikenal dua macam arus : 1. Arus searah dikenal dengan istilah DC (Direct Current)
2. Arus bolak balik dikenal sebagai AC (Alternating Current)
Generator adalah suatu peralatan listrik yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Energi mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Sedangkan energi listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tegantung dari konstruksi generator yang dipakai oleh pembangkit tenaga listrik.
Motor adalah suatu peralatan listrik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor ini dapat berupa motor arus searah (motor DC) maupun motor arus bolak balik (motor AC). Cara kerja motor berdasarkan bahwa kawat yang berarus listrik mengalami gaya Lorentz di dalam medan magnet.
Gerak Rotasi, Linier, Hukum Newton
Gerak rotasi adalah adalah gerak dari sebuah benda tegar dimana seluruh partikel di dalam benda tersebut bergerak dalam lingkaran yang pusatnya terletak pada garis lurus yang disebut sumbu rotasi. Contoh gerak rotasi diantaranya gerakan putaran bumi terhadap sumbunya, roda sepeda yang berputar, dll.
Gerak linier adalah gerakan sepanjang garis lurus. Oleh sebab itu, gerak linier dapat diuraikan secara matematis dengan menggunakan satu dimensi spasial (sumbu x, sumbu y, ataupun sumbu z). Gerak linier adalah gerakan yang paling mendasar dari semua gerakan. Menurut hukum pertama Newton tentang gerak, obyek yang tidak mengalami gaya dari luar akan terus bergerak dengan kecepatan tetap dalam garis lurus tanpa akhir.
Hukum Newton adalah tiga hukum fisika yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya.
- Hukum Newton 1 berbunyi “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda yang sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam. Benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap lurus
beraturan”. Sehingga rumus Hukum Newton 1 adalah:
ΣF = 0
- Hukum Newton 2 berbunyi “Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan masa benda”. Sehingga rumus Hukum Newton 2 adalah:
F = m . a Dimana: F = Gaya (N)
- Hukum Newton 3 berbunyi ”Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan”.
Sehingga rumus Hukum Newton 3 adalah:
Faksi = -Freaksi
Kerja, Torka, Daya
Kerja atau usaha (W) dapat didefinisikan sebagai energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut dapat bergerak. Usaha dapat ditulis dalam persamaan berikut:
W = ∫ .
di mana gaya dapat diasumsikan sebagai kumparan dengan arah gerakan. Untuk kasus khusus dari gaya konstan diterapkan kumparan dengan arah gerakan, persamaannya menjadi
W = F.x
Satuan kerja W adalah Joule berdasarkan SI. Sedangkan untuk gerak rotasi, kerja adalah penerapan torka melalui sudut. Berikut persamaan untuk kerja:
W = ∫ τ dθ dan jika torka konstan menjadi,
W = τ.θ Dimana: W = Usaha (Joule)
Daya (P) adalah laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. Daya dapat ditulis dalam persamaan berikut:
P =
Biasanya daya diukur dalam Joule per detik (Watt), tetapi juga dapat diukur dalam horsepower (hp). 1 hp = 746 watt. Dengan pengertian ini, dapat diasumsikan gaya yang konstan dan kumparan dengan arah gerakan dengan daya yang diberikan adalah
P = = (Fr) = F = Fv
Demikian juga dengan perkiraan torka konstan, daya pada gerak rotasi diberikan dengan
P = = (
τθ
) = τ =τω
P =
τ.ω
Dimana: P = Daya (Watt)τ = Torsi (Nm)
ω
= Kecepatan sudut (rad/s) Medan Magnet, rangkaian magnetik
Medan magnet merupakan daerah yang ada di sekitar magnet dimana objek-objek magnetik lain dapat terpengaruh oleh gaya magnetismenya. Benda magnetik selalu mencoba untuk mengarahkan diri selaras dengan pengaruh medan magnet disekitarnya. Makin kuat daya magnetisme yang dimiliki oleh suatu benda, maka makin luas pula cakupan medan magnetnya.
atau tolak menolak antara dua magnet terjadi karena di sekitar magnet terdapat medan magnetik. Gaya tolak menolak terjadi pada saat kedua kutub magnet sama dan gaya tarik menarik terjadi pada saat kedua kutub yang berdekatan berbeda.
Pola garis-garis lengkung yang terbentuk merupakan pola garis-garis medan magnetik yang disebut garis gaya magnetik. Medan magnet tidak dapat dilihat, namun dapat dijelaskan dengan mengamati pengaruh magnet pada benda lain, misalnya pada serbuk besi.
Medan Magnetik:
+ Di sekitar kawat berarus timbul medan magnetik (Hukum Ampere).
+ Perubahan fluks yang terlingkupi oleh belitan akan menimbulkan tegangan induksi dalam belitan (Hukum Faraday, Prinsip Transformator).
+ Kawat berarus dalam medan magnetik menimbulkan Gaya Lorentz (prinsip motor).
+ Kawat konduktor yang digerakkan dalam medan magnetik menimbulkan GGL induksi (prinsip generator).
Sifat magnetik bahan feromagnetik
Bahan feromagnetik sangat mudah di pengaruhi medan magnetik karena mempunyai resultan medan magnet atomis yang besar, sehingga apabila bahan ini diberi medan magnet dari luar maka electron-elektronnya akan mengusahakan dirinya untuk menimbulkan medan magnet atomis tiap tiap atom/molekul searah dengan medan magnet luar. Contoh bahan feromagnetik yaitu baja, cobalt, gadalinium, nikel dan lain lain. Walaupun demikian, bahan atau logam tersebut dapat hilang sifat kemagnetannya apabila mencapai suhu tertentu. Suhu tertentu ini disebut suhu curie. Jadi suhu curie adalah suhu yang dapat mengakibatkan hilangnya sifat kemagnetan.
Hukum Faraday, Hukum Ampere
Hukum Faraday menunjukkan bahwa gejala listrik dapat dibangkitkan dari magnet. Faraday seorang ahli fisika menemukan bahwa beda potensial dapat dihasilkan pada ujung-ujung penghantar atau kumparan dengan memberikan perubahan fluks magnetik. Hasil eksperimennya dirumuskan sebagai berikut,
”GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung suatu penghantar atau kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop
penghantar atau kumparan tersebut.”.
Dari rumusan diatas dapat dituliskan menjadi persamaan sebagai berikut:
= -N
Dimana: = GGL induksi (Volt)
N = jumlah lilitan
Δ = perubahan fluks (Wb)
Arti tanda negatif pada persamaan diatas sesuai dengan hukum Lenz. Dengan bahasa yang sederhana hukum Lenz dirumuskan: ”GGL Induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetnya berlawanan dengan sumber
perubahan fluks magnetik.”.
Fluks magnetik ini menyatakan jumlah garis-garis gaya magnetik. Kuat medan magnet didefinisikan sebagai kerapatan garis-garis gaya magnet. Dari kedua definisi ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
= B.A Dimana: = fluks magnetik (weber atau Wb)
B = induksi magnetik (Wb/m2)
A = luas penampang (m2)
Hukum Ampere menyatakan bahwa dalam keadaan rangkaian listrik tertutup, jumlah panjang elemen penghantar dikalikan dengan besarnya medan magnet yang searah dengan arah arus listrik adalah sebanding dengan permeabilitas ruang hampa (=4π x 10-7 Wb/Am) dikalikan dengan nilai besar arus
yang mengalir pada rangkaian tertutup. Maka dihasilkanlah suatu rumusan yang secara sederhana dirumuskan sebagai berikut, “Besarnya medan magnetik di dekitar penghantar berarus listrik bergantung pada kuat arus dan jaraknya
terhadap penghantar.”. Hukum ini dapat dituliskan sebagai berikut:
di mana H adalah intensitas medan magnet yang dihasilkan oleh Σi dan dl adalah panjang elemen differential di sepanjang seluruh jalur. Dalam satuan SI, i diukur dalam Ampere dan H diukur dalam ampere-turns per meter.
inti terdiri dari besi atau bahan lainnya dengan logam yang sama, pada dasarnya semua medan magnet yang dihasilkan oleh arus akan tetap berada di dalam inti, sehingga seluruh jalur dalam hukum Ampere adalah panjang lintasan rata-rata dari ℓ inti melewati Σi kemudian Ni, karena kumparan kawat memotong seluruh jalur N sambil membawa arus i. Sehingga Hukum Ampere menjadi
H =
Dimana: H = intensitas medan magnet (A.turns/m) N = kumparan
i = arus yang mengalir dalam kumparan (A) ℓ = panjang lintasan efektif (m)
Intensitas medan magnet H diartikan bahwa arus menempatkan ke dalam pembentukan medan magnet. Kekuatan bidang fluks magnetik dihasilkan dalam inti juga tergantung pada bahan inti. Hubungan antara intensitas medan magnet H dan menghasilkan kerapatan fluks magnetic B yang dihasilkan dalam suatu bahan yang diberikan
B = μ.H Dimana: B = kerapatan fluks magnetik (Tesla)
μ = permeabilitas medan magnet (4π x 10-7 Wb/Am)
SOAL-SOAL LATIHAN:
1. Sebuah motor dibebani dengan 60 N-m. Jika motor berputar pada porosnya sebesar 1500 rpm, berapa Watt daya pada beban motor.
Jawab:
Dik:
τ
= 60 Nmω
= 1500 rpm Dit: P = ?Jwb: P = = (60 Nm)(1500 rpm) = 9424,78 W
2. Inti sebuah Transformator panjang efektif 25 cm padanya terdapat belitan 400. Penampang inti 1.5 cm2 dan arus yang mengalir dalam belitan 0.25 A, berapa total
fluks maknetik dalam inti? Karakteristik material inti diperlihatkan pada tabel di bawah ini:
Ggm[ATurn] 50 100 200 300 400 500 600 1000 B[Tesla] 0.06 0.10 0.20 0.35 0.50 0.65 0.75 1.05
Jawab:
Dik: ℓ = 25 cm = 0,25 m N = 400 A = 1,5 cm2 = 0,015 m2 i = 0,25 A
Dit: = ?
Jwb: H = = = 400 A.t/m
