Fix Praktikum 4 Pengaruh Frekuensi Terh

(1)

PRAKTIKUM IV

PENGARUH FREKUENSI TERHADAP INDUKTOR

YANG DIALIRI ARUS AC

1. TUJUAN

Untuk mempelajari pengaruh frekuensi dan melihat bentuk gelombang keluaran akibat pengaruh frekuensi terhadap induktor yang dialiri arus AC.

2. ALAT DAN BAHAN

Electromagnetism Trainer 12-100

Osiloskop 2 channel

Milliammeter, 0-10 mA AC

Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine

3. DASAR TEORI

Induktor atau kumparan adalah salah satu komponen pasif elektronika yang dapat menghasilkan magnet jika dialiri arus listrik dan sebaliknya dapat menghasilkan listrik jika diberi medan magnet. Induktor ini biasanya dibuat dengan kawat penghantar tembaga yang dibentuk menjadi lilitan atau kumparan.

(2)

|Z|=

V

rms

I

_rms

Impedansi seperti yang kita ketahui terdiri dari nilai resistor, inductor dan

kapasitor, sering kali kita kenal dengan R, X L _{dan X} C _{.Dalam praktikum ini}

lebih kita tekankan pada nilai X L _{atau nilai induktansi dari sebuah inductor.}

Induktansi dapat digolongkan seperti padapenjelasan berikut :

a. Induktansi diri

Induktansi diri merupakan suatu besaran yang menyatakan kemampuan membangkitkan ggl akibat arus yang berubah terhadap waktu.Sedangkan insduktansi diri merupakan induktansi yang dihasilkan oleh arus kumparan menginduksi kumparan itu sendiri. Dasar teori medan elektromagnetik dari induktansi merupakan akibat dari persamaan Maxwell mengenai hukum ggl induksi Faraday. Persamaan maxwell tersebut adalah sebagai berikut.

Kerapatan fluks magnet B yang berubah terhadap waktu dihasilkan oleh arus listrik.Arus listrik yang berubah terhadap waktu ini menghasilkan ggl.Induktansi memiliki satuan H. Hubungan ggl yang muncul akibat perubahan arus dinyatakan dalam persamaan berikut.

ε : ggl induksi yang muncul pada induktor (Volt) L : induktansi diri (H)

I : arus pada induktor (A)

Komponen atau benda yang memiliki induktansi diri disebut induktor. Induktor layaknya seperti sebuah kapasitor, sama-sama menyimpan energi. Hanya

(3)

saja induktor menyimpan energi dalam bentuk medan magnet sedangkan kapasitor menyimpan dalam bentuk medan listrik.

b. Induktansi murni yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal

Sebuah induktor apabila dicatu dengan tegangan bolak-balik sinusoidal maka akan mengalir arus yang tertinggal sebesar 900_{terhadap tegangan. Arus}

yang terjadi merupakan arus bolak-balik.Rangkaian ini disebut rangkaian induktif murni.Penyimpanan energi dan pelepasan energi dalam medan magnet pada induktor terjadi secara periodik.

Tegangan sinusoidal dapat dituliskan sebagai berikut

Bila tegangan ini mencatu induktor maka dapat dituliskan sebagai berikut

Arus yang terjadi berbeda fase sebesar 900_{terhadap tegangan.}

c. Rangkaian induktor dan resistor yang dicatu tegangan bolak-balik sinusoidal

Apabila induktor dan resistor disusun secara seri dan dicatu dengan tegangan bolak-balik sinusoidal maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut.

Sehingga arus yang dihasilkannya adalah sebagai berikut

(4)

Bila dinyatakan dalam tegangan efektif

Dimana

f adalah frekuensi tegangan masukan

Dari persamaan tersebut dapat dilihat pengaruh frekuensi terhadap tegangan pada induktor. Semakin besar frekuensi akan menyebabkan semakin besarnya tegangan induktor.

Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan.Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan peristiwa yang terjadi satu kali per detik. Secara alternatif, seseorang bisa mengukur waktu antara dua buah kejadian/ peristiwa (dan menyebutnya sebagai periode), lalu memperhitungkan frekuensi (f ) sebagai hasil kebalikan dari periode (T ), seperti nampak dari rumus di bawah ini :

Arus Bolak-Balik pada Induktor

(5)

Bilamana sebuah induktor dialiri arus bolak-balik, maka pada induktortersebut akan timbul reaktansi induktif resistansi semu atau disebut jugadengan istilah reaktansi induktansi dengan notasi XL. Besarnya nilai reaktansi induktif

tergantung daribesarnya nilai induktansi induktor L(Henry) dan frekuensi (Hz) arus bolak-balik. Gambar dibawah ini memperlihatkanhubungan antara reaktansi induktif terhadap frekuensi arus bolak-balik

Gambar . Hubungan reaktansi induktif terhadap frekuensi

Besarnya reaktansi induktif berbanding langsung dengan perubahan frekuensi dan nilai induktansi induktor, semakin besar frekuensi arus bolak-balik dan semakin besar nilai induktor, maka semakin besar nilai reaktansi induktif XL pada

induktor sebaliknya semakin kecil frekuensiarus bolak-balik dan semakin kecil nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif XLpada

(6)

PENGARUH FREKUENSI TERHADAP INDUKTOR YANG DIALIRI ARUS AC

Induktor atau kumparan adalah salah satu komponen pasif elektronika yang dapat menghasilkan magnet jika dialiri arus listrik dan sebaliknya dapat menghasilkan listrik jika diberi medan magnet. Induktor ini biasanya dibuat dengan kawat penghantar tembaga yang dibentuk menjadi lilitan atau kumparan.

(7)

Satuan iduktansinya adalah Henry (H=Henry, mH=mili Henry, uH=mikro Henry, nH=nano Henry) dengan notasi penulisan huruf "L".

Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. . Induktor akan berfungsi sebagai tahanan jika dialiri arus listrik bolak-balik (AC).

Kegunaan Induktor

1. Pemroses sinyal pada rangkaian analog

2. Mengholangkan noise (dengung)

3. Mencegah interferensi frekwensi radio

4. Komponen utama pembuatan Transformator

5. Sebagai filter pada rangkaian power supply

Banyak perangkat dan komponen elektronika yang dibangun mengunakan kumparan seperti speaker, relay, buzzer, trafo, dan kpmponen lain yang berhubungan dengan frekwensi dan medan magnet.

Fungsi Induktor :

1. Tempat terjadinya gaya magnet 2. Pelipat tegangan

3. Pembangkit Getaran

Berdasarkan kegunaannya Induktor bekerja pada:

1. Frekuensi tinggi pada spul antena dan osilator 2. Frekuensi menengah pada spul MF

3. Frekuensi rendah pada trafo input, trafo output, spul speaker, trafo tenaga, spul relay dan spul penyaring

(8)

Induktor juga merupakan komponen Elektronika Pasif yang sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika, terutama pada rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi Radio.Induktor atau dikenal juga dengan Coil adalah Komponen Elektronika Pasif yang terdiri dari susunan lilitan Kawat yang membentuk sebuah Kumparan.Pada dasarnya, Induktor dapat menimbulkan Medan Magnet jika dialiri oleh Arus Listrik.Medan Magnet yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang relatif singkat.Dasar dari sebuah Induktor adalah berdasarkan Hukum Induksi Faraday.

Kemampuan Induktor atau Coil dalam menyimpan Energi Magnet disebut dengan Induktansi yang satuan unitnya adalah Henry (H).Satuan Henry pada umumnya terlalu besar untuk Komponen Induktor yang terdapat di Rangkaian Elektronika. Oleh Karena itu, Satuan-satuan yang merupakan turunan dari Henry digunakan untuk menyatakan kemampuan induktansi sebuah Induktor atau Coil. Satuan-satuan turunan dari Henry tersebut diantaranya adalah milihenry (mH) dan microhenry (µH).Simbol yang digunakan untuk melambangkan Induktor dalam Rangkaian Elektronika adalah huruf “L”.

Simbol Induktor

Berikut ini adalah Simbol-simbol Induktor :

Nilai Induktansi sebuah Induktor (Coil) tergantung pada 4 faktor, diantaranya adalah :

(9)

 Jumlah Lilitan, semakin banyak lilitannya semakin tinggi Induktasinya

 Diameter Induktor, Semakin besar diameternya semakin tinggi pula

induktansinya

 Permeabilitas Inti, yaitu bahan Inti yang digunakan seperti Udara, Besi

ataupun Ferit.

 Ukuran Panjang Induktor, semakin pendek inductor (Koil) tersebut

semakin tinggi induktansinya.

(Dikutip dari : http://teknikelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-induktor-beserta-jenis-jenis-induktor)

Jika seutas kawat tembaga diberi aliran listrik, maka di sekeliling kawat tembaga akan terbentuk medan listrik. Dengan aturan tangan kanan dapat diketahui arah medan listrik terhadap arah arus listrik. Caranya sederhana yaitu dengan mengacungkan jari jempol tangan kanan sedangkan keempat jari lain menggenggam. Arah jempol adalah arah arus dan arah ke empat jari lain adalah arah medan listrik yang mengitarinya.

(10)

medan flux...(1)

Lalu bagaimana jika kawat tembaga itu dililitkan membentuk koil atau kumparan. Jika kumparan tersebut dialiri listrik maka tiap lilitan akan saling menginduksi satu dengan yang lainnya. Medan listrik yang terbentuk akan segaris dan saling menguatkan. Komponen yang seperti inilah yang dikenal dengan induktor selenoid.

Dari buku fisika dan teori medan yang menjelimet, dibuktikan bahwa induktor adalah komponen yang dapat menyimpan energi magnetik. Energi ini direpresentasikan dengan adanya tegangan emf(electromotive force) jika induktor dialiri listrik. Secara matematis tegangan emf ditulis :

tegangan emf .... (2)

Jika dibandingkan dengan rumus hukum Ohm V=RI, maka kelihatan ada kesamaan rumus. Jika R disebut resistansi dari resistor dan V adalah besar tegangan jepit jika resistor dialiri listrik sebesar I. Maka L adalah induktansi dari induktor dan E adalah tegangan yang timbul jika induktor dilairi listrik.Tegangan emf di sini adalah respon terhadap perubahan arus fungsi dari waktu terlihat dari rumusdi/dt. Sedangkan bilangan negatif sesuai dengan hukum Lenz yang mengatakan efek induksi cenderung melawan perubahan yang menyebabkannya.Hubungan antara emf dan arus inilah yang disebut dengan induktansi, dan satuan yang digunakan adalah (H) Henry.

Induktor disebut self-induced

Arus listrik yang melewati kabel, jalur-jalur pcb dalam suatu rangkain berpotensi untuk menghasilkan medan induksi. Ini yang sering menjadi pertimbangan dalam

(11)

mendesain pcb supaya bebas dari efek induktansi terutama jika multilayer.Tegangan emf akan menjadi penting saat perubahan arusnya fluktuatif. Efek emf menjadi signifikan pada sebuah induktor, karena perubahan arus yang melewati tiap lilitan akan saling menginduksi. Ini yang dimaksud dengan self-induced. Secara matematis induktansi pada suatu induktor dengan jumlah lilitan sebanyak N adalah akumulasi flux magnet untuk tiap arus yang melewatinya :

induktansi ... (3)

Induktor selenoida

Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk melawan fluktuasi arus yang melewatinya.Aplikasinya pada rangkaian dc salah satunya adalah untuk menghasilkan tegangan dc yang konstan terhadap fluktuasi beban arus.Pada aplikasi rangkaian ac, salah satu gunanya adalah bisa untuk meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak dinginkan. Akan lebih banyak lagi fungsi dari induktor yang bisa diaplikasikan pada rangkaian filter, tuner dan sebagainya.

(12)

Medan listrik ... (4)

Jika dikembangkan, n adalah jumlah lilitan N relatif terhadap panjang induktor l. Secara matematis ditulis :

Lilitan per-meter……….(5)

Lalu i adalah besar arus melewati induktor tersebut. Ada simbol m yang dinamakan permeability dan mo yang disebut permeability udara vakum.Besar

permeability mtergantung dari bahan inti (core) dari induktor. Untuk induktor tanpa inti (air winding) m = 1.

Jika rumus-rumus di atas di subsitusikan maka rumus induktansi (rumus 3) dapat ditulis menjadi :

Induktansi Induktor ... (6)

Induktor selenoida dengan inti (core)

L : induktansi dalam H (Henry)

m : permeability inti (core)

mo : permeability udara vakum

mo = 4p x 10-7

(13)

N : jumlah lilitan induktor

A : luas penampang induktor (m2₎

l : panjang induktor (m)

Inilah rumus untuk menghitung nilai induktansi dari sebuah induktor.Tentu saja rumus ini bisa dibolak-balik untuk menghitung jumlah lilitan induktor jika nilai induktansinya sudah ditentukan.

(Dikutip dari :http://www.electroniclab.com/index.php/labelka/6-induktor)

4. PERCOBAAN

4.1. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Periksalah kelayakan dan kelengkapan alat sebelum menggunakan alat-alat tesebut untuk praktikum.

(14)

yang tersedia sehingga rangkaian pada papan ET 12-100 sesuai dengan petunjuk gambar yang tertera pada praktiku ini.

3. Setelah jumper telah selesai dirangkai diatas ET 12-100, maka pastikan kembali apakah rangkain yang dipasang dalam keadaan benar.

4. Hidupkan osiloskop dengan menggunakan channel yang berfungsi dengan baik untuk melihat hasil bentuk gelombang. Letakkan pengait (steak) dan jumper osiloskop ke posisi sesuai dengan gambar.

5. Lakukan hal yang sama terhadap Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine. Setelah rangkain sudah benar, maka alat bisa dihidupkan secara bersama.

6. Kemudian aturlah Vpk di Function Generator 4-16 kHz, 20 V pk-pk sine sesuai dengan nilai yang telah ditentukan pada tabel dibawah ini.

7. Lakukan pengamatan terhadap bentuk gelombang yang didapat pada osiloskop dan lihat apa pengaruh yang terjadi selama frekuensi yang yang digunakan berbeda-beda.

8. Setelah percobaan selesai dilakukan, maka matikan alat-alat percobaan sesuai dengan prosedur dari asisten yang mengajar.

(15)

Gambar 4.1. Diagram Rangkaian

4.2 DATA HASIL PERCOBAAN

4.2.1 Tabel Tegangan, Arus Terukur, Impedansi Terukur, dan Impedansi Terhitung.

a. Untuk f = 12 Hz dan L = 1 Henry

V (Volt) Iterukur (mA) Zterukur (Ω) Zterhitung (Ω)

8 92,07 86,89 75,36

10 119,98 83,347

(16)

(17)

4.2.2 Tabel Impedansi Rata-rata.

Frekuensi (Hz) ZRata-rata (Ω)

12 84,1614

14 98,1706

18 123,8294

20 138,8296

22 154,583

4.3 PENGOLAHAN DATA

4.3.1 Mencari Zterukur.

Z_terukur₁= V I_terukur=

8V 92.07mA=

8V

(18)

(19)

(20)

Z_terhitung=2(3,14) (12) (1)

Z_terhitung=75,36Ω

b. Untuk f = 14 Hz dan L = 1 Henry

Z_terhitung=ωL

Z_terhitung=2πfL

Z_terhitung=2(3,14) (14) (1)

c. Untuk f = 18 Hz dan L = 1 Henry

Z_terhitung=ωL

Zterhitung=2πfL

Z_terhitung=2(3,14) (18)(1)

d. Untuk f = 20 Hz dan L = 1 Henry

Z_terhitung=ωL

Z_terhitung=2πfL

Zterhitung=2(3,14) (20)(1)

e. Untuk f = 22 Hz dan L = 1 Henry

Z_terhitung=ωL

Z_terhitung=2πfL

Z_terhitung=2(3,14) (22)(1)

(21)

4.3.3 Mencari Zrata-rata

(22)

(23)

e. Untuk f = 22 Hz dan L = 1 Henry

Z_rata₋_rata=Zterukur1+Zterukur2+Zterukur3+Zterukur4+Zterukur5 5

Z_rata₋_rata=161,063+151,035+156,058+155,839+148,920 5

Z_rata₋_rata=772,915 5

Zrata−rata=154,583Ω

5. TUGAS DAN JAWABAN

(24)

2. Jelaskan perbandingan Z terukur dengan XL !

3. Dimana pengaplikasian hubungan frekuensi dengan reaktansi induktif ?

4. Sebuah inductor diberi sumber AC dengan tegangan 14√2 sin 200t dan Ief = 7 A. Berapa nilai Induktansinya ?

5. Cari jurnal tentang induktansi !

Jawaban

1. Pada arus DC, besarnya arus konstan, tidak berubah-ubah, sehingga jika arus DC mengalir pada inductor, fluxi yang ditimbulkan oleh inductor juga tidak berubah-ubah atau konstan sehingga fluxi tidak bisa memotong kumparan lain secara terus-menerus, maka pada kumparan lain tidak terjadi tegangan induksi (tegangan induksi = 0). Begitu juga dengan induktansi sendiri, tidak ada perubahan fluxi yang memotong kumparan itu sendiri shingga tegangan induksi = 0, maka dari itu pada konduktor yang dialiri arus DC hanya berfungsi sebagai penghantar saja.

2. Z terukur pada rangkaian ini merupakan reaktansi induktif yaitu XL karena

pada rangkaian hanya terdapat inductor (dapat disebut juga inductor murni). Maka semakin besar nilai XL, semakin besar nilai Z terukurnya

atau induktannsi reaktifnya.

(25)

V_ef=Vm

Karena Z adalah inductor murni maka Z=2∠90o

6. ANALISA HASIL KESIMPULAN

(26)

komponen seperti induktor, osiloskop, multimeter digital, dan function generator. Selain untuk melihat nilai arus yang terukur pada rangkaian, juga melihat perubahan pada grafik saat frekuensi diganti dari 10 Hz, 12 Hz, 14 Hz, 16 Hz dan 18 Hz. Nilai tegangan yang diberikan oleh function generator sebagai sumber sangat beragam yakni 3 volt, 6 volt, 9 volt, 12 volt dan 15 volt. Perubahan nilai-nilai pada tegangan dan frekuensi ini ditujukkan untuk melihat perubahan apa saja yang terjadi pada grafik yang ditampilkan oleh osiloskop sehingga akan menemukan pengaruh frekuensi pada inductor yang dialiri arus AC

Pada percobaan, terlihat saat diberikan frekuensi 10 Hz dengan 3 Volt, Irms

yang terukur sebesar

3,06

×

10

−3 A dan pada saat satu gelombang penuh arus yang terukur pada multimeter digital akan sama dengan arus yang terukur pada ammeter. Kemudian pada saat frekuensi 12 Hz dengan 6 Volt, Irms yang terukur

adalah

2,90

×

10

−3 A dan dapat dilihat juga gelombang yang terbentuk untuk mencapai satu gelombang penuh lebih tinggi dari sumber yang diberikan sebelumnya. Lalu pada saat frekuensi 14 Hz dengan sumber tegangan 9 Volt, arus

yang terukur untuk satu gelombang penuh adalah

2,23

×

10

−3 A, dapat kita lihat pada tabel data hasil percobaan bahwa arus yang terukur tidak konstan dikarenakan pada saat frekuensi 16 Hz dengan tegangan 12 Volt arus yang terukur naik, sehingga hasil pengukuran arus menjadi tidak konstan hal tersebut di karenakan adanya human error pada saat percobaan.Dan percobaan ini diteruskan sampai frekuensi 18 Hz dengan sumber tegangan 15 Volt. Setelah menemukan arus yang terukur pada rangkaian kita akan mencari nilai impedansi yang terukur yang dicari dengan membagi antara tegangan yang diberikan terhadap arus yang terukur.Selain itu, hitung juga nilai impedansi terhitung (rekatansi induktif) secara menual dengan mengalikan kecepatan sudut (2πf) dengan induktansinya.Perbedaan nilai dari impedansi terukur maupun impedansi terhitung diakibatkan pada impedansi terukur dipengaruhi oleh nilai arus yang timbul saat gelombang mencapai puncak sehingga nilai arus yang terukur akan berbeda-beda

(27)

disetiap waktu menyebabkan nilai arus yang tidak konstan sehingga nilai impedansi terukur berbeda dengan impedansi yang dihitung.

(28)

1. Perbedaan nilai impedansi terukur terhadap impedansi terhitung dipengaruhi oleh sumber bolak-balik yang berubah setiap waktu (tidak konstan) pada rangkaian tersebut.

2. Nilai tegangan berbanding lurus dengan nilai Zterukur

3. Arus I terukur dari setiap frekuensi dan tegangan ditentukan dengan melihat gelombang sinusoidal yang mencapai satu gelombang penuh 4. Semakin besar frekuensi yang digunakan dari setiap tegangan maka akan

menghasilkan arus I terukur yang semakin besar juga

5. Impedansi Z terukur akan bernilai semakin besar jika arus I terukur bernilai semakin kecil dari tegangan V yang ditentukan

DAFTAR PUSTAKA

(29)

Tim Asisten Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik.2016. Modul Praktikum Fenomena Medan Elektromagnetik.Inderalaya.: Jurusan Teknik Elektro. Universitas Sriwijaya.

Halliday, David; Resnick, Robert.1996. Fisika Dasar Jilid 2 Edisi 3. Jakarta : Erlangga

Anonim. 2011. Induksi Elektromagnetik. http://teknikelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-induktor-beserta-jenis-jenis-induktor. (Dikutip tanggal 11 September 2016).

Wahyuni. 2014. Pengertian dan Fungsi Induktor Beserta Jenis-jenis Induktor.

(30)

LAMPIRAN A. Lampiran Gambar Gelombang

8 Volt 12 Hz 10 Volt 12 Hz

20 Volt 12 Hz

(31)

(32)

20 Volt 18 Hz

(33)

(34)

20 Volt 22 Hz

B. Lampiran Grafik

(35)

(36)

(37)

8 10 14 16 20 140

145 150 155 160 165

161.06

151.04

156.06 155.84

148.92

Impedansi

V rms

Z

(

O

hm