Laporan Praktikum 4 Pengaruh Frekuensi T (4)

(1)

PRAKTIKUM IV

PENGARUH FREKUENSI TERHADAP INDUKTOR YANG DIALIRI ARUS AC

1. TUJUAN

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

2. ALAT DAN BAHAN

Electromagnetism Trainer 12-100 Osiloskop 2 channel

Multimeter, 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. Inductor ini biasanya dibuat dengan kawat penghantar tembaga yang dibentuk menjadi lilitan atau kumparan.

Sebelum kita lebih jauh membahas tentang pengaruh frekuensi terhadap induktor marik kita mengingat terlebih dahulu rumus dari suatu impedansi. Nilai impedansi dapati dihitung dengan rumus :

(2)

kita tekankan pada nilai XL atau nilai induktansi dari sebuah induktor. Induktansi dapat digolongkan seperti penjelasan berikut :

a. Induktansi Diri

Induktansi diri merupakan suatu besaran yang meyatakan kemampuan membangkitkan ggl akibat arus yang berubah terhadap waktu. Sedangakan induktansi 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 :

V x E = - ∂ B ∂ t

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.

e = - L di dt

e = ggl induksi yang muncul pada induktor (Volt) L = Induktansi diri (H)

I = arus pada induktor (A)

(3)

Hanya 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 90 derajat terhadap tegangan. Arus yang terjadi merupakan arus bolak-balik. Rangkaian ini disebut rangkaian induktif murni. Penyimpan energi dan pelepasan energi dalam medan magnet pada induktor terjadi secara spesifik.

Tegangan sinusoidlal dapt dituliskan sebagai berikut :

v = Vm sin �t

bila tegangan ini mencatu induktor maka dapat dituliskan sebagai berikut:

V_msinωt=Ldi

Arus yang terjadi berbeda fasa sebesar 90 derajat terhadap tegangan.

(4)

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

Sehingga arus yang dihasilkannya sebagai berikut:

(¿ωt−tan−1 ωL

Sedangkan tegangan jatuh pada induktor dapat diturunkan dari persamaan arus dengan hubungannya dengan ggl seperti pada persamaan sebelumnya

(5)

Bila dinyatakan dalam tegangan efektif

V_{L ef}=ωL Vef

√

R2+(ωL)2

ω=2πf

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 menerapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil 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 bias mengukur waktu antara dua buah kejadian / peristiwa ( dan menyebutkannya sebagai periode ), lalu memperhitungkan frekuensi (f) sebagai hasil kabalikan dari periode (T)seperti nampak dari rimus dibawah ini:

f=1 T

Arus Bolak-Balik Pada Induktor

(6)

induktansi dengan notasi XL. Besarnya nilai reaktansi induktif tergantung dari besarnya nilai induktansi induktor L ( Hendry ) dan frekuensi ( Hz ) arus bolak-balik. Gambar dibawah ini memperlihatkan hubungan antara reaktansi induktif terhadap frekuensi arus bolak-balik.

X_L

L = konstan

Hz

Gambar 4.1 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 frekuensi arus bolak-balik dan semakin kecil nilai dari induktansinya, maka semakin kecil nilai reaktansi induktif XL induktor tersebut. Hubungan ini dapat ditulis seperti persamaan berikut :

(7)

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. 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

(8)

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

(Sumber : Kanginan, Marthen. 1996. Fisika SMA. Jakarta: Penerbit Erlangga.)

(9)

Tentu masih ingat juga percobaan dua utas kawat tembaga paralel yang keduanya diberi arus listrik. Jika arah arusnya berlawanan, kedua kawat tembaga tersebut saling menjauh. Tetapi jika arah arusnya sama ternyata keduanya berdekatan saling tarik-menarik. Hal ini terjadi karena adanya induksi medan listrik. Dikenal medan listrik dengan simbol B dan satuannya Tesla (T). Besar akumulasi medan listrik B pada suatu luas area A tertentu difenisikan sebagai besar magnetic flux. Simbol yang biasa digunakan untuk menunjukkan besar magnetic flux ini adalah F dan satuannya Weber (Wb = T.m2_{). Secara matematis besarnya adalah :}

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)

(10)

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

(11)

Dari pemahaman fisika, elektron yang bergerak akan menimbulkan medan elektrik di sekitarnya. Berbagai bentuk kumparan, persegi empat, setegah lingkaran ataupun lingkaran penuh, jika dialiri listrik akan menghasilkan medan listrik yang berbeda. Penampang induktor biasanya berbentuk lingkaran, sehingga diketahui besar medan listrik di titik tengah lingkaran adalah :

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)

(12)

L : induktansi dalam H (Henry) m : permeability inti (core) mo : permeability udara vakum mo = 4p x 10-7

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.

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

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. 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. (Sumber foto Wikipedia). Induktor akan berfungsi sebagai tahanan jika dialiri arus listrik bolak-balik (AC).

(13)

magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan olehinduktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.

Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya di dalam inti karena efek histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan.

(Sumber : http://matatisa.blogspot.com/)

4. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Periksalah tegangan dan kelayakan alat sebelum menggunakan alat-alat tersebut untuk praktikum.

2. Mulailai dengan menggunakan elektromagnetism trainer 12-100. Rangkailah dengan mengunakan jumper (kabel penghubung) yag tersedia sehingga rangkaian pada papan ET 12-100 sesuai dengan petunjuk gambar yang tertera pada praktikum ini.

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

(14)

5. Lakukan hl yang sama terhadap function generator 4-16 kHZ, 20 V pk-pk sine. Setelah rangkaian sudah benar, maka alat bisa dihidupkan secara bersama.

6. Kemudian aturlah V pk-pk di function generator 4-16 kHZ, 20 pk-pk sine sesuai dengan nilai pada tabel.

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

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

(15)

5. DATA HASIL PERCOBAAN Tabel Frekuensi

 Untuk frekuensi 10 Hz

(16)

Frekuensi ( Hz)

(17)

(18)

Untuk V = 5 V dan I_terukur = 42.94 mA dan L = 1.9 H

 Pada Frekuensi 14 Hz

(19)

 Pada Frekuensi 16 Hz

(20)

Z=V I =

9V

50.75mA=177.34Ω

Perhitungan Zterhitung :

 Pada frekuensi 10 Hz

XL = 2πfL = 2x3.14x10x1.9 = 119.32 Ω

XL = 2πfL = 2x3.14x12x1.9 = 143.184 Ω  Pada frekuensi 14 Hz

XL = 2πfL = 2x3.14x14x1.9 = 167.048 Ω

(21)

7. ANALISA

Pada percobaan kali ini , praktikan melakukan percobaan untuk mengetahui pengaruh frekuensi terhadap inductor yang dialiri arus bolak balik (AC). Tujuan dari percobaan ini untuk memudahkan praktikan mempelajari pengaruh dari frekuensi dan melihat hasil gelombang keluaran akibat pengaruh frekuensi terhadap induktor yang dialiri arus bolak balik Praktikan dibantu dengan menggunakan software livewire untuk melihat nilai arus dan menentukan impedansi terukurnya.

(22)

Setelah muncul nilai arus yang diperoleh praktikan dapat menentukan impedansi terukurnya.Disini dapat terlihat dari hasil data dan gelombang keluarannya bahwa untuk nilai tegangan yang semakin besar maka nilai arusnya juga akan semakin besar pula sedangkan untuk nilai impedansinya akan semakin kecil. walaupun dalam pembuktian perhitungan terjadi fluktase naik turun pada nilai impedansi ,ini mungkin dikarnakan pengaruh pemberian arus bolakbalik itu sendiri . Tetapi untuk frekuensi yang semakin besar maka nilai impedansinya juga akan semakin besar pula. Jadi dapat disimpulkan pula bahwa Nilai Impedansi (Z) berbanding terbalik terhadap nilai arus (I).

8. KESIMPULAN

Dari percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa ,

1. Semakin besar tegangan (V) yang diberikan maka nilai arus (I) juga akan semakin besar.

2. Semakin besar nilai frekuensi maka nilai impedansi yang terhitung juga akan semakin besar

3. Jika nilai tegangan (V) dan arus (I) semakin besar akan menyebabkan nilai impedansinya mengecil.

4. Semakin kecil frekuensi maka semakin kecil nilai dari impedansinya 5. Nilai Impedansi (Z) berbanding terbalik terhadap nilai arus (I).

(23)

9. TUGAS DAN JAWABAN

1. Jelaskan mengapa Indonesia memakai standart frekuensi untuk system kelistrikan sebesar 50 Hz ?

2. Buktikan jika L = μrμon2A

l !

3. Gambarkan inductor secara manual lengkap dengan sumber AC , arah arus bolak balik, medan electromagnet dan fluksnya serta tentukan dimana kutub utara dan selatan pada inti besinya ?

4. Apa yang dimaksud dengan reluktansi , fluks bocor dan amperturn ? 5. Diketahui seutasa kawat dengan spesifikasi resistansinya 2x10-7_{ohmmeter ,} panjang 500 m , luas penampang 250 mm2_{. Kemudian kawattersebut dibuat} menjadi inductor dengan XL 10 ohm. Tentukan impedansi kawat tersebut ?

Penyelesaian :

(24)

secara maksimal pada frekunsi 60 Hz. Berhubung Westinghouse adalah penguasa pasar, maka frekuensi yang digunakannya pun menjadi acuan bagi pabrikan lainnya.

Sementara itu, di Eropa, sebuah perusahaan li strik Jerman bernama AEG (anak perusahaan yang didirikan Edison di Jerman) memonopoli pasar di negaranya. Perusahaan ini menggunakan frekuensi 50 Hz. Perlahan namun pasti, angka ini pun menyebar ke seluruh Benua Eropa dan menjadi standar di sana.

Inggris Raya sedikit berbeda. Sampai dengan Perang Dunia II, berbagai frekuensi yang berbeda masih tetap digunakan. Setelah perang usai, barulah Inggris menggunakan angka 50 Hz sebagai standar di negaranya.

Nah, untuk Indonesia, berhubung selama 350 tahun lamanya menjadi koloni Belanda, maka standar yang digunakannya pun mengacu ke sana (Eropa). Itulah sebabnya listrik di negara kita menggunakan frekuensi 50 Hz dan bukan 60 Hz.

Jadi, penentuan angka 60 Hz maupun 50 Hz ini tidak ada kaitannya dengan sistem metrik manapun. Penentuan angka tersebut justru dipengaruhi oleh sejarah dan penguasaan pasar oleh perusahaan besar bernama Westinghouse di Amerika Serikat dan AEG di Jerman pada abad 19. Jika saja mereka bukanlah pemain utama pada saat itu, mungkin standar yang kita gunakan saat ini bisa berbeda.

(25)

B = μrμoN I

 Reluktansi (R)= Perlawanan terhadap fluks medan magnet melalui volume

yang diberikan dari ruang atau bahan.

 Fluks bocor adalah kondisi kebocoran fluks yang terjadi karena ada

(26)

 Ampere turn atau Gaya gerak magnet (ggm) adalah perbedaan potensial

magnet yang cenderung menggerakkan fluks disekitar cincin toroidal.

5. Diketahui : ρ=2×10−7

Korps Asisten Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik. 2015. Modul Praktikum Fenomena Medan Elektromagnetik. Indralaya : Laboratorium Fenomena Medan Elektromagnetik Jurusan Teknik Elektro Universitas Sriwijaya.

Kanginan,Marthen. 1996. Fisika SMA. Jakarta : Penerbit Erlangga.

_____. 2012. Inductor . (http://www.electroniclab.com/index.php/labelka/6-induktor, diakses pada tanggal 13 September 2015 di Palembang).

_____. 2013. Pengertian Induktor. (http://matatisa.blogspot.com/, diakses pada tanggal 13 September 2015 di Palembang).

_____. 2014. Fluks Bocor. (http://eleketra-power.blogspot.co.id/, diakses pada tanggal 18 September 2015 di Palembang).

_____. 2014. Gambar Induktor.

(27)

LAMPIRAN GRAFIK Pada frekuensi 10 Hz

(28)

(29)

Pada frekuensi 16 Hz

LAMPIRAN GAMBAR

(30)

 Untuk 6 V dan 10 Hz

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

LAMPIRAN ALAT

(40)

Function Generator

(41)