bab 13 induksi elektromagnetik

P

e t a

K

o n se p

A . H u b u n g a n a n t a r a Pe r g e r a k a n Ga r is

M e d a n M a g n e t d e n g a n T e r j a d i n y a

Ga ya Ge r a k List r ik I n du k si

A. Tu j u a n

Men get ahu i m edan m agnet dapat m enghasilkan ar us list r ik. B. Ala t da n Ba ha n

1. Dua buah m agn et bat ang 2. Galvanom eter

3. Dua buah solenoida yan g ber beda j u m lah lilit an nya C. Ca r a Ke r j a

1. Susunlah alat seper t i pada gam bar.

2. Ger ak k an k u t u b u t ar a m agn et bat an g m asu k k e dalam kum paran. Am at ilah j ar um galvan om et er, lih at gam bar ( a) , apa yang t er j adi?

3. D i am k a n m a g n et b a t a n g d i d a l a m k u m p a r an , a m a t i galvanom et er, apa yang t er j adi?

4. Gerakkan kut ub ut ar a m agnet bat ang keluar dar i kum par an. Am at i apa yan g t er j adi pada j ar u m galvan om et er, lih at gam bar ( b) .

5. Ulangi dengan m enggerakkan m agnet bat ang m asuk- keluar terus m enerus. Am at i jarum galvanom eter, apa yang ter jadi.

6. Ulangi langkah- langkah t ersebut dengan m enggant i m agnet bat ang yang lebih k uat . Am at i t er us j ar um galvanom et er, apa yang t er j adi.

Ke g ia t a n

7. Ulangi langkah- langkah tersebut dengan m engganti solenoida yan g lebih bany ak j um lah lilit an nya. Am at i apa yan g t er j adi pada j arum galvanom et er.

8. Apabila yang digerakkan m asuk- keluar adalah kut ub selat an m agn et bat an g. Bagaim an a ar ah p en y im pan gan j ar u m galvanom eter.

D. Ha sil Pe nga m at an

Bagaim ana kesim pulan kalian dar i kegiat an di at as j ika dikait kan pen gar uh m edan dengan per ger akan galv anom et er ?

Kalian t elah m enget ahui bahw a ada beber apa bent uk ener gi ant ara lain: ener gi kalor, ener gi kim ia, energi cahaya, energi bunyi, dan energi listrik. Di antara bent uk- bent uk ener gi t er sebut , ener gi list riklah yang paling m udah diubah m enj adi bent uk energi lain. Oleh kar ena it u, ener gi list r ik banyak digunakan unt uk kepent ingan m anusia. Energi list r ik diper oleh dar i m esin pem bangkit list r ik yait u generat or.

Gener at or m engh asilkan en er gi list r ik dengan beda t egan gan yang san gat t inggi y ait u dalam or de m egavolt , oleh sebab it u sebelum sam pai ke r um ah-r um ah peah-r lu ada alat penuah-r u n t egangan. Alat y ang digunakan adalah t rafo at au t ransfor m at or. Dasar k e r j a t r a f o d a n g e n e r a t o r a d a l a h i n d u k s i elektr om agnet ik.

Terj adinya GGL I nduk si

Seor ang ilm u wan dar i Jer m an yang ber n am a M icha e l Fa r a d a y ( 19 91 – 1 867) m em ilik i gagasan dapat kah m edan m agnet m engh asilkan ar us list r ik? Gagasan ini didasar kan oleh adany a penem uan dar i Oer st ed bah w a ar u s list r ik dapat m en gh asilk an m edan m agn et .

Al a t - a l a t y a n g d i g u n a k a n Fa r a d a y d a l a m percobaannya adalah gulungan kawat at au kum par an y a n g u j u n g - u j u n g n y a d i h u b u n g k a n d e n g a n galvanom eter. Jar um galvanom et er m ula- m ula pada posisi nol. Kalian past i sudah m enget ahui, bahw a galvanom eter adalah sebuah alat untuk m enunj ukkan ada atau tidaknya ar us list r ik di dalam r angkaian.

Percobaan Faraday untuk m enentukan arus listr ik dengan m enggunakan m edan m agnet, dilakukan antara lain seperti kegiatan di at as. Pada kegiatan tersebut diket ahui bahwa ketika kutub utara m agnet ber ger ak k e dalam k u m p ar an m ak a j ar u m galvan om et er, m enyim pang ke kanan. Ketika m agnet ditarik dari dalam kum paran m aka jar um galvanom eter m enyim pang ke kiri. Pada saat kutub selat an bergerak m asuk ke dalam kum paran, j arum galvanom eter akan m enyim pang ke kir i, sedangkan ket ika kutub selatan dit arik dar i dalam kum paran, jarum galvanom eter m enyim pang ke kanan.

Dar i hasil per cobaan di at as m ak a dapat diam bil kesim pulan bahw a ar us indu ksi yang t im bul dalam k u m p a r a n a r a h n y a b o l a k - b a l i k se p e r t i y a n g dit unj ukkan oleh penyim pangan j ar um galvanom eter yait u ke kanan dan ke kir i.

Kar ena ar u s indu ksi selalu bolak- balik , m ak a disebut ar us bolak- balik ( AC = Alt er nat in g Cur r ent) . Far aday m enggu nakan konsep gar is gaya m agnet unt uk m en j elask an per ist iw a di at as.

Per h at ikan Gam bar 1 3.1!

1. Magnet didekat k an pada kum par an m aka gaya yan g m elingkupi kum par an m enj adi bert am bah ban yak, sehingga pada kedua uj ung kum par an t im bul gay a gerak list r ik ( GGL) .

2. Magnet dij auhkan terhadap kum paran m aka garis g ay a y an g m el i n g k u p i k u m p a r a n m e n j ad i berkurang, kedua uj ung kum paran juga tim bul GGL. 3. Magn et diam t er h adap k um par an, j um lah gar is gaya m agnet yang m elin gkupi kum par an t et ap, seh ingga t idak ada GGL.

Kesim pulan per cobaan di at as adalah:

S

U

Gaya ger ak list r ik yang t im bul akibat adan ya per ubahan j um lah gar is- gar is gaya m agnet disebut GGL i n d u k si , se d a n g k a n a r u s y a n g m e n g a l i r din am akan ar us induksi dan per ist iwany a disebut induksi elekt r om agnet ik.

Ada beber apa fak t or yang m em pengar uhi besar GGL induk si yait u:

1. Kecepat an per u bahan m edan m agn et .

Sem akin cepat per ubahan m edan m agnet, m aka GGL indu ksi yang t im bul sem akin besar.

2. Banyaknya lilitan

Sem akin banyak lilit an nya, m aka GGL indu ksi yang t im bu l j uga sem ak in besar.

3. Keku at an m agnet

Sem akin kuat gelaj a kem agnet annya, m aka GGL induksi yang t im bul j uga sem ak in besar.

Un t u k m em per k u at gej ala k em agn et an pada kum par an dapat dengan j alan m em asukkan int i besi lunak.

GGL in du k si dapat dit im bulk an den gan car a lain yaitu:

1. Mem u t a r m a g n e t d i d ek at k u m p a r a n a t a u m em utar kum paran di dekat m agnet . Maka kedua uj u ng kum par an akan t im bu l GGL induk si. 2. Mem ut us- m ut us atau m engubah- ubah arah ar us

sear ah pada ku m par an pr im er yang di dekat nya t er let ak k um par an seku nder m aka kedua uj ung kum par an sekunder dapat t im bul GGL induk si.

3. Men galir k an ar u s AC pada ku m par an pr im er, m ak a k u m par an sek u n der d idek at k an dap at t im bul GGL induk si. Ar us induksi yang t im bul adalah ar us AC dan gaya gerak list rik indu ksi adalah GGL AC.

B.

Pr insip Ke r j a D ina m o da n Ge ne r a t or

Kalian sudah m en get ahui bahw a t erj adinya ar us in duk si dan GGL induksi ant ar a lain dengan car a kut ub m agnet diger ak kan di dekat kum par an at au kum par an diger akkan di dekat kutub m agnet . Karena kit a m engger akk an kut ub m agnet ber art i t erdapat ener gi gerak at au energi kinet ik.

Jad i , d al am p r o ses t er j ad i n y a a r u s i n d u k si t er dapat per u bah an ener gi ger ak m en j adi ener gi l i st r ik . Ak ib at ger ak an m ag n et d i d alam su at u kum par an m enim bulkan ar us induk si yang secar a lan gsung adanya ener gi lisrik yang dit im bulk an.

Beb er apa con t oh p er alat an y an g d ig u n ak an dalam kehidupan sehar i-hari sebagai penerapan GGL indu ksi di ant ar anya adalah gener at or dan dinam o.

1 . Dina m o

Bagian ut am a dinam o, lihat Gam bar 13.2, adalah a. Sebu ah kum par an ( C)

b. Sebuah cincin geser ( A) c. Sikat ( B)

d. Magnet

Sedangkan langkah-langkah kerj a dinam o adalah sebagai ber ik ut :

a. Se b u a h k u m p a r a n b er p u t a r d a l a m m e d a n m agnet .

b. Tiap- t iap uj ung kaw at kum par an dihubungkan den gan sebuah “ cincin geser ”.

c. Cin cin geser t er sebut m en em pel sebu ah sik at . d. Bila kum par an diput ar m aka dalam kum par an it u

t im bul GGL AC. GGL AC ini m enim bu lkan ar us AC di dalam r an gkaian dinam o.

2 . Dinam o Arus Searah

Din am o ar us bolak- balik dapat diubah m enj adi dinam o ar us sear ah den gan m en ggu nak an cincin belah at au kom utat or seper t i pada m ot or list r ik, lihat gam bar 13 .3!

D i n am o ar u s sear ah p ad a p r i n si p n y a sam a dengan m ot or ar u s sear ah. Jadi din am o ar us sear ah dapat dipakai sebagai m ot or ar us sear ah. Dem ik ian pula sebaliknya.

3 . Generat or

Bagian ut am a generat or, lihat Gam bar 13.4, adalah:

a. M agnet

Unt uk gen er at or pem bangkit t enaga list r ik y ang besar biasanya m enggunakan lebih dar i sat u m agnet yan g ber put ar. Magn et yan g digu nak an biasanya m agnet list r ik.

U

Sik at Cincin belah

( k om ut at or )

Kumparan

b. Ro t o r

Rot or adalah bagian generat or yang berput ar.

c. St a t or

St at o r ad alah b agi an g en er at o r y an g t i dak ber pu t ar.

Ar us yang dit im bulk an oleh gener at or j uga ar us bolak- balik. Seper t i yang k alian ket ahu i ber sam a bah w a ar u s yan g digu nakan di r u m ah- r um ah at au di pabr ik- pabr ik ber sifat ar us bolak- balik, buk an?

C.

Pr insip Ke r j a Tr a n sfor m a t or ( Tr a fo)

Tr a n s f o r m a t o r a d a l a h s e b u a h a l a t u n t u k m en aikkan at au m enur unkan t egan gan ar us bolak-balik. Transfor m at or sering disebu t t r a f o. Sebuah t r ansfor m at or t er dir i at as sebuah int i besi. Pada int i besi digu lung dua lilit an, yait u kum par an pr im er dan kum paran sekunder, lih at Gam bar 13 .5!

+

– U

U S

S

Ku m par a n sek u n d er Kum p ar an pr im er

Dar i kedua per nyat aan t er sebut dapat dit uliskan secar a singkat dengan per sam aan sebagai ber ik ut :

V_p : V_s = N_p : N_s

1. Transform ator hanya digunakan untuk m enaikkan at au m enur unkan tegangan arus bolak- balik ( AC) dan t idak unt uk arus sear ah ( DC) .

2. Transfor m at or t idak dapat m em per besar daya list r ik yaitu t idak dapat m em per besar banyaknya d a y a y a n g m a su k k e d al a m t r a n sf o r m at o r t er sebut .

Efisiensi Tranform at or

Kalian sudah m engetahui per sam aan- per sam aan yang berlaku pada transform ator. Persam aan di at as dan didasarkan atas efisiensi transform ator dianggap serat us persen. Tet api kenyat aan sehari- hari efisiensi t r an sfor m at or selalu k ur an g dar i ser at us per sen. Men gapa dem ik ian ? Selam a p en g gu n aan t r an s-fo r m at or, b esar n y a d aya y an g dik elu ar k an ol eh kum paran sekunder selalu lebih kecil daripada daya yang diterim a oleh kum paran prim er.

Ha l i n i d i se b a b k a n se l a m a t r a n sf o r m a t o r penggunaan t ransfor m at or, biasanya dilakukan cara-car a sebagai ber ik ut :

1. Diber i bahan pendin gin.

3. Men g al ir k an u dar a d in gi n , m i sal den g an ai r condit ioning at au kipas angin.

Selam a 1 sekon, ku m par an pr im er t r anfor m at or har ga per bandingan antara besar energi yang dilepas t r ansfor m at or t iap sekon pada ku m par an sekun der den gan en er gi y ang dit er im a t r ansfor m at or set iap sek on pada k u m par an pr im er. Ener gi t iap sek on d i seb u t d ay a. Oleh k ar e n a i t u , ef i si en si d ap at din yat akan dalam per bandin gan daya sekunder, P_s

dan daya pr im er, P_p, k ali 10 0 % dan dapat dit u lis

Efisiensi = daya sekunder

D . K a r a k t e r i s t i k T r a n s f o r m a t o r d a n

Pe n e r a p a n n y a

Ada dua t ransfor m at or, yait u:

1. Tr an sfor m at or st ep- up ( t ran sfor m at or pen aik t egangan)

2. Tr a n sf o r m a t o r s t e p - d o w n ( t r a n s f o r m a t o r pen ur un t egangan)

Cir i- cir i kedua j enis t r afo adalah: 1. Trafo st ep- up

a. Jum lah lilit an k um par an pr im er selalu lebih kecil dar i j um lah lilit an kum paran sekunder, (N_p< N_s)

b. Teg an g a n p r i m er sela l u l eb i h k ecil d ar i t egangan seku nder, (V_p < V_s)

c. Kuat ar us pr im er selalu lebih besar dari k uat ar u s seku nder, (I_p> I_s)

2. Trafo st ep- down

a. Jum lah lilit an k um par an pr im er selalu lebih besar dari j um lah lilit an kum paran sekunder, (I_p> N_s)

b. Teg an g an p r i m er selal u l eb ih b esar d ar i t egangan sekunder (V_p > V_s)

c. Kuat ar us prim er selalu lebih k ecil dari k uat ar u s seku nder, (I_p< I_s)

Sa l a h sa t u co n t o h p e n g g u n a a n t r a n s-fo r m at or adalah pad a p esaw at pen er i m a radio j enis “ t abun g”.

200 V

40 V = s

1100 lilit an

N

Re f l e k si

Rangk um an

1. Beberapa fakt or yang m em pengar uh i gaya ger ak list r ik ( GGL) induksi:

a. kecepat an per ubahan m edan m agnet b. banyaknya lilitan

A. Pilihla h sat u j aw aba n yang benar dengan m em ber i tanda

silang ( X) pada huruf

a, b, c,

atau

d

!

1. Ar u s indu ksi adalah berupa . . . . a. ar u s sear ah

b. ar us bolak- balik c. ar us DC

d. ar us DC dan AC

2. Tim bulnya gaya ger ak listr ik pada kedua uj ung kum paran disebabkan t er j adi per ubahan . . . .

a. t egangan

b. j um lah gar is gaya m agnet c. jum lah lilit an

d. ar u s list r ik

3. Ber ikut ini yang bukan m er upakan fakt or yang m em pengaruhi besar GGL induksi yait u . . . .

a. banyaknya lilitan

b. kecepat an perubahan m edan m agnet c. keku at an m agnet

d. m asalah lilitan kum paran

4. Apabila V_p = t egan gan pr im er, V_s = t egangan sekunder, I_p = k uat ar u s pr im er dan I_s = kuat ar us sekunder, m ak a hubu ngan yang benar adalah . . . .

a. p s

s p

V I = V I

b. p p

s s

V I

V

=

I

c. V_p = s p

s

V I I

d. V_s = s p

s

V I I

5. Pada t r afo st ep- up yan g t ida k be na r adalah . . . .

B. Jaw ablah pertanyaan berik ut dengan singk at dan jelas!

1. Sebu ah t r afo dihu bu ngk an dengan t egangan 220 v olt sehingga

m en galir ar us list r ik 0,2 5 A. Jika k uat ar us yang keluar dar i t r afo adalah 2 A, m aka t ent uk an besar t egangan k eluar an t r afo t er sebut ! 2. Sebu ah t r an sf o r m at or d ih u b u n g k an d en g an t egan g an 2 0 0 V m enghasilkan t egangan 20 V. Jika kum paran input 1000 lilit an, m aka hit unglah j um lah lilit an k um par an out put !

3. Sebuah t rafo m enggunakan kum par an dengan per bandingan j um lah lilit an pr im er dan sekunder 1: 5. Trafo t er sebut dihubungkan dengan t egangan 30 volt . Jik a daya keluar an t r afo 5 0 w at t , m aka t ent u kan besar ar u s sek under n ya!

4. Ener gi m asukan dan keluar an dar i sebuah t r afo adalah 10.000 j oule dan 9000 j oule. Tent u kan efisien si t rafo!

5. Sebuah t r afo dihubungkan dengan sum ber 200 volt dan m engalir ar u s list r ik sebesar 0,2 am per e. Bila t egangan ( GGL) keluar an dan efisiensin ya m asing- m asing 10 0 volt dan 8 0 % . Tent ukan kuat ar us keluaran!

P r o y e k