INDUKSI ELEKTROMAGNET

BAB XII

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari permukiman penduduk.

Untuk membawa energi listrik, atau lebih dikenal transmisi daya listrik, diperlukan kabel yang sangat panjang

Kabel yang demikian dapat menurunkan tegangan. Karena itu diperlukan alat yang dapat menaikkan kembali tegangan sesuai keperluan. Alat tersebut adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tegangan.

A. GGL INDUKSI

Kelistrikan dapat menghasilkan kemagnetan.

Kemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat dibolak-balik.

H.C. Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet.

(artinya listrik menimbulkan magnet)

Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik)Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik.

Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir.

Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan (seperti kegiatan di atas), jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri

Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik

Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik )

GGL yang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGL induksi.

Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.

1. Penyebab Terjadinya GGL Induksi

GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik).

GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi.

Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi

Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut induksi elektromagnetik

2. Faktor yang Memengaruhi Besar G

1. kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik),

2. jumlah lilitan,

3. medan magnet.

B. PENERAPAN INDUKSI ELEKTRO- MAGNETIK

Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik

Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik.

Pembangkit energi listrik yang menerap- kan induksi elektromagnetik adalah generator dan

Dinamo .

Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet.

Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terja- dinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan.

Perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL induksi pada kumparan.

Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi

1. Generator

Generator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah ( DC ) dan generator arus bolak-balik

(AC). Baik generator AC dan generator DC memutar kumparan di dalam medan magnet tetap

Generator AC sering disebut alternator

Ciri generator AC menggunakan cincin ganda.

Bagian – bagian generator AC

Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah.

Ciri generator DC menggunakan cincin belah (komutator)

Generator AC dapat diubah menjadi generator DC dengan cara mengganti cincin ganda dengan cincin belah.

Kumparan merupakan bagian generator yang berputar (bergerak) disebut rotor.

Magnet tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak disebut stator

2. Dinamo

Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah ( DC ) dan dinamo arus bolak – balik ( A

Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau

atau memutar magnet di dalam kumparan.

Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator.

Gambar 12.3 a. Bagan dinamo AC, b. Bagan dinamo DC

Perbedaan antara dinamo DC dengan dinamo AC terletak pada cincin yang digunakan

Pada dinamo arus searah menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua yang disebut cincin belah ( komutator )

Adapun, pada dinamo arus bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin).

Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda

C. TRANSFORMATOR

Alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC disebut transformator (trafo). Trafo memiliki dua terminal, yaitu terminal input dan terminal output.

Terminal input terdapat pada kumparan primer. Terminal output terdapat pada kumparan sekunder. Prinsip kerja transformator menerapkan peristiwa induksi elektromagnetik

Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang berlapis – lapis , kumparan primer dan

kumparan sekunder.

1. Macam-Macam Transformator

Trafo step up adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri:

a. jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan se- kunder,

b. tegangan primer lebih kecil daripada tegangan sekunder,

c . kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder.

Trafo step down adalah transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri:

1. jumlah lilitan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder

b. tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder,

c . kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder.

2. Transformator Ideal

Hubungan antara jumlah lilitan primer dan sekunder dengan tegangan primer dan tegangan sekunder dirumuskan

V p N p

=

Vs N s

Hubungan antara tegangan dengan kuat arus pada kumparan primer dan sekunder dirumuskan:

Wp = Ws

Vp × Ip × t = Vs × Is × t

Jika kedua ruas dibagi dengan t, diperoleh rumus

Vp × Ip = Vs × Is

Vp Is

----- = ------

Vs Ip

Berdasarkan rumus-rumus di atas, hubungan antara jumlah lilitan primer dan sekunder dengan kuat arus primer dan sekunder dapat dirumuskan sebagai

Np Is

----- = -----

Ns Ip

o

Dengan demikian untuk transformator ideal akan berlaku persamaan berikut.:

Np Vp I s

--- = -- = ---

Ns Vs I p

Keterangan :

Np = jumlah lilitan kumparan primer

Ns = jumlah lilitan kumparan sekunder

Vp = tegangan kumparan primer

Vs = tegangan kumparan sekunder

Ip = kuat arus listrik kumparan primer

Is = kuat arus listrik kumparan sekunder

Contoh soal :

Sebuah trafo memiliki kumparan primer 2000 lilitan dan kumparan sekunder 6000 lilitan . Jika kuat arus kumparan primer 3 ampere . Hitunglah kuat srus kumparan sekundernya !

Diket. Np = 2000 lilitan

Ns = 6000 lilitan

Ip = 3 A

Ditanyakan . Is = ………….. A

Jwb . Np Is

----- = ------

Ns Ip

2000 Is

------- = ……

6000 3 A

2000 x 3 A = 6000 x Is

Is = 6000 VA

6000 V

= 1 A

Latihan soal !!

1. Tegangan primer dan sekunder sebuah

trafo masing-masing 10 V dan 200 V. Jika jumlah lilitan sekunder 6.000, berapakah jumlah lilitan primer?

2. Sebuah trafo step down digunakan untuk mengubah tegangan AC dari 220

V menjadi 20 V. a. Berapakah perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder

b. jumlah lilitan sekunder, jika jumlah lilitan primer 100?

3. Manakah yang lebih bagus kualitasnya trafo A efisiensinya 85% dan trafo B yang efisiensinya 90%? Mengapa? Coba jelaskan.

4. Sebuah trafo memiliki jumlah l;ilitan primer dan sekunder masing-masing 500 dan 5000 lilitan . Jika kuat arus kumparan primernya 4 A . Hitunglah kuat arus listrik kumparan sekundernya !

5. Tegangan primer dan sekunder sebuah trafo masing-masing 20 V dan 400. Jika jumlah lilitan sekunder 2000, berapakah jumlah lilitan primer?

6. Sebuah trafo step down digunakan untuk mengubah tegangan AC dari 220

V menjadi 40 V. a. Berapakah perbandingan jumlah lilitan primer

dan sekunder;

b. Hitunglah jumlah lilitan sekunder, jika jumlah lilitan primer 100?

7. Manakah yang lebih bagus kualitasnya trafo A efisiensinya 75% dan trafo B yang efisiensinya 80%? Mengapa? Coba jelaskan.

8. Sebuah trafo memiliki jumlah lilitan primer dan sekunder masing-masing 400 dan 4000 lilitan . Jika kuat arus kumparan primernya 4 A . Hitunglah kuat arus listrik kumparan sekundernya !

A. Pilihlah salah satu jawaban yang bena

1. Magnet yang diam di dalam kumparan tidak menghasilkan GGL induksi karena

….

a. dalam kumparan terjadi perubahan fluks magnetik

b. dalam kumparan tidak terjadi perubah- an fluks magnetik

c . dalam kumparan tidak terjadi medan magnet

d. di dalam kumparan terjadi kehilangan sifat kemagnetannya

2. Arus listrik yang terjadi akibat perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut

….

a. arus lemah c. arus induksi b. arus kuat d. arus searah

3. Beda potensial listrik yang ditimbulkan akibat perubahan fluks magnetik disebut

….

a. GGL sumber c . GGL induksi b. GGL elemen d. GGL jepit

4. Peristiwa induksi elektromagnetik meng- ubah energi ….

a. listrik menjadi energi gerak linier b. gerak linier menjadi energi listrik c . gerak rotasi menjadi energi listrik d. listrik menjadi energi gerak rotasi

5. Berikut ini yang tidak memengaruhi besar GGL induksi adalah ….

a. kecepatan gerakan magnet b. jumlah lilitan

c . hambatan kawat d. besarnya magnet

6. Berikut ini jika dilakukan tidak dapat menimbulkan arus induksi adalah ….

a. magnet bergerak di samping kum- paran

b. kumparan bergerak di dekat magnet diam

c . kumparan diam di dekat magnet

d. kumparan berputar di dekat magnet

7. Alat berikut yang digunakan untuk me- nimbulkan GGL induksi adalah ….

a. kumparan, galvanometer, penghantar, dan magnet

b. kumparan, termometer, kabel, dan magnet

c . galvanometer, akumulator, kabel, dan magnet

d. generator, komutator, penghantar, magnet

8. Alat berikut yang menerapkan GGL

induksi adalah ….

a. generator, dinamo, akumulator, trans- formator

b. generator, dinamo, induktor Ruhm- korf, transformator

c . generator, motor listrik, transistor, transformator

d. adaptor, dinamo, resistor, catu daya

9. Induksi elektromagnetik menghasilkan arus ....

a. DC c. lemah b. AC d. kuat

10.. Perbedaan antara generator AC dengan

DC adalah ….

a. generator AC menggunakan cincin be- lah

b. generator DC menggunakan dua cin- cin

c . generator AC menggunakan interuptor d. generator DC menggunakan komutator

11. Perbedaan antara generator AC dengan DC adalah ….

a. generator AC menggunakan cincin be- lah

b. generator DC menggunakan dua cin- cin

c . generator AC menggunakan interuptor d. generator DC menggunakan komutator

12. Pernyataan berikut yang tidak benar untuk sebuah trafo adalah ….

a. trafo bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik

b. perubahan fluks magnetik pada kum- paran primer menyebabkan GGL in- duksi pada kumparan sekunder

c . trafo digunakan untuk merubah te- gangan AC menjadi lebih tinggi atau le- bih rendah

d. trafo juga dapat digunakan untuk me- naikkan dan menurunkan tegangan DC

13. Gambar berikut yang dapat menimbul- kan GGL induksi paling besar adalah …

a. c.

b. d.

14. 13. Jika jumlah kumparan primer lebih ba- nyak daripada kumparan sekunder, per- nyataan berikut yang tidak tepat adalah

….

a. tegangan input lebih besar daripada tegangan output

b. kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder

c . jenis trafo yang digunakan step up karena kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder

d. jenis trafo yang digunakan step down karena kuat arus primer lebih kecil dari pada kuat arus sekunder