induksi_elektromagnet
TRANSCRIPT
7/23/2019 induksi_elektromagnet
http://slidepdf.com/reader/full/induksielektromagnet 1/6
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Pada pembahasan tentang Medan Magnet kita telah mengetahui bahwa Arus listrik dapat
menimbulkan Medan Magnet. Sedang Arus listrik adalah Muatan yang bergerak. Disekitar
muatan ada Medan Listrik. Jika muatan bergerak maka medan listrik yang dihasilkan akan berubah, maka dapat dikatakan bahwa Perubahan Medan listrik dapat menimbulkan medan
magnet.
Melihat kenyataan ini Faraday menyatakan sebuah hipotesanya dengan pernyataannya :
Jika perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, maka
Perubahan medan magnet juga akan menimbulkan medan listrik.
Fluks Magnetik : ( )
Banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus pada satu satuan luas bidang .B
A
= B. AB = Kuat Medan Magnet ( Wb/m
2)
A = Luas penampang (m2)
Jika medan magnetik dengan bidang membentuk sudut tertentu, maka akan berlaku :
Besarnya Fluks Magnetik adalah :
B = Besarnya Kuat medna magnet ( Wb.m-2
)A = Luas penampang (m
2)
= Sudut antara bidang sesungguhnya dengan bidang normal
Bidang normal adalah bidang hayal yang selalu tegak lurus terhadap garis gaya magnet.
Kemudian Faraday menguji dengan mempengaruhisebuah kumparan dengan magnet yang digerakkan
disekitar kumparan yang dihubungkan denganAmperemeter, sehingga terjadi perubahan kuat medan
magnet yang menembus bidang kumparan ( terjadi
perubahan fluks magnetik ), seperti gambar di samping :
hasilnya ternyata jarum pada Amperemeter bergerak. Ini menunjukkan bahwa ada arus listrik
pada kumparan. Adanya arus listrik ini menunjukkan bahwa ada muatan yang bergerak di dalam
kumparan, sehingga dikatakan ada medan listrik. Dengan demikian Hipotesa Faraday terbukti.
Peristiwa terjadinya arus listrik pada penghantar / kumparan karena dipengaruhi oleh perubahanfluks magnetik disebut dengan “Induksi elektromagnetik ”
Arus listrik yang terjadi pada penghantar akibat perubahan flukmagnetik disebut dengan Arus
Listrik Induksi. Beda Potensial antara ujung-ujung penghantar disebut dengan GGL Induksi
(Gaya Gerak Listrik Induksi).
Arah Arus Induksi dinyatakan berdasarkan Hukum Lenz yang menyatakan :
Arah Arus Induksi pada penghantar sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan
sesuatu yang melawan penyebabnya.
Jika penyebab Arus Induksi tersebut Medan Magnet / Magnet, maka pada penghantar / kumparanharus dapat menghasilkan Medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya, yaitu :1. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan
timbul kutub Utara . ( gb. 1)
2. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparantimbul kutub Selatan. (gb.2)
3. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan
timbul kutub Selatan. (gb.3)
4. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparantimbul kutub Utara. (gb.4 )
Bidang normal
Bidang sebenarnya
= B.A. Cos
SU
7/23/2019 induksi_elektromagnet
http://slidepdf.com/reader/full/induksielektromagnet 2/6
Jika penyebab timbulnya Medan Magnet adalah Gaya, maka pada penghantar akan timbul Gaya
yang melawannya yang besarnya sama dan arahnya berlawanan, yaituPada gambar di bawah akibat Gaya Mekanis F, timbul Gaya Lorentz F L yang besarnya sama dan
arahnya berlawanan.
GGL Induksi Pada Kumparan, dinyatakan menurut Hukum Faraday :
GGL Induksi yang terjadi pada kumparan sebanding dengan cepat perubahan
Fluks Magnetik melingkupinya
Dirumuskan :
tN
Atau
dt
dN
= GGL Induksi ( volt)
N = Jumlah lilitan kumparan
dt
d = cepat perubahan fluks magnetik ( Wb/s)
Tanda ( - ) = Kesesuaian dengan Hukum Lenz
= 2 – 1
t = t2 – t1
Juga berlaku, bahwa :
Besarnya GGL Induksi Pada penghantar yang bergerak dalam Medan Magnet dinyatakan :
Keterangan :
- Saat penghantar AB digerakkan oleh gaya mekanis Fmek , maka muatan + dalam
penghantar seolah olah bergerak dari kiri ke kanan, sehingga seolah olah ada arus listrikinduksi (Ii), akibatnya Muatan + tersebut seolah olah akan mendapatkan gaya Lorentz
elementer (FLi).
- Akibat gaya Lorentz elementer ini, muatan + benar benar bergerak di dalam penghantar
dari bawah ke atas, sehingga mengalirlah arus listrik induksi (I) di dalam penghantar.- Akibatnya penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet akan mendapat
gaya Lorentz (FL) yang arahnya ke kiri, melawan gaya mekanis penyebab gerakkankawat penghantar.
- Pada keadaan ini terjadi perubahan Energi mekanis ( akibat gaya Mekanis) menjadi
Energi listrik ( akibat adanya arus listrik dalam penghantar), dimana :
Wmek = Fmek . S dengan Fmek = - FL = - B.I.l
Dan
W listrik = .I.t Sehingga berlaku : Wmek = W listrik
- B.I.l .S = .I.t dengan S/t = v, maka diperoleh
= GGL Induksi ( Volt)
B = Kuat medan Magnet ( Tesla)
l = Panjang Kawat Penghantar (m )
x x x x x x x
x x x x x x x
FLi
Ii I
FL Fmek
A
B
A
B
v
S
= – B.l.v
U S
I
G
Gb.4
US
I
G
Gb.3
SUSU
Gb.2
G
S
I
Gb.1
US U
I
G
7/23/2019 induksi_elektromagnet
http://slidepdf.com/reader/full/induksielektromagnet 3/6
v = Kecepatan gerak kawat ( m/s)
GGL Induksi Diri :GGL Induksi yang terjadi karena perubahan fluks magnetik pada kumparan akibat
perubahan arus listrik mempengaruhi kumparan itu sendiri sehingga ujung ujung
kumparan timbul beda potensial.
IKeterangan :1. Saat saklar tertutup arus listrik mengalir lewat
kuparan besarnya konstan sehingga fluks
magnetik yang terjadi juga konstan.2. Sesaat, saat arus listrik terhubung dan terlepas,
terjadi perubahan arus listrik dari tidak ada
menjadi ada dan dari ada menjadi tidak ada,
sehingga sesaat itu terjadi perubahan fluksmagnetik disekitar kumparan.
3. Perubahan fluks magnetik ini mempengaruhi kumparan itu lagi sehingga timbul GGl
pada Ujung ujung kumparan yang disebut dengan GGL Induksi Diri.Besarnya GGL Induksi Diri sebanding dengan cepat perubahan arus listrik,
dirumuskan :
t
iLi
atau :
dt
diL
i
dt
di
= cepat perubahan kuat arus listrik ( Ampere/sekon )
L = Konstanta pembanding yang disebut dengan Induktansi
Diri sering disebut Induktansi dengan satuan Henry ( H )
i = GGL Induksi diri
GGL Induksi diri tidak lain adalah GGL Induksi
Induktansi Diri pada Kumparan / Solenoida dan Toroida :
Dari persamaan :
dt
d N
dan
dt
diL
i dengan = I
Maka diperoleh nilai Induktansi diri kumparan dan toroida :
I
. NL
= fluks magnetik ( Wb ). N = Jumlah lilitan
I = Kuat Arus listrik ( Ampere )
L = Induktansi Kumparan / toroida ( Henry )
Dengan mengganti nilai = B.A danl
N.I.B
0
diperoleh persamaan Induktansi kumparan
atau toroida :
l
N.A.L
2
0
A = Luas penampang ( m ) N = Jumlah lilitanl = panjang penghantar ( m )
Energi Induktor :Karena Induktor dapat menghasilkan GGL Induksi maka Induktor memiliki energi, yang
dapat diturunkan dari energi listrik :
W = .I.t dengandt
diL
i maka diperoleh :
L = Induktansi ( H )
I = Kuat arus listrik ( A )W = Energi Induktor ( Joulle )
W = ½. L.I2
I
Ii
S
V
neon
Kumparan
7/23/2019 induksi_elektromagnet
http://slidepdf.com/reader/full/induksielektromagnet 4/6
Latihan soal :
1. Sebuah bidang seluas 40 cm2 berada dalam daerah medan magnetik homogen dengan induksi
magnetik 8 x 10-4
T. Jika sudut antara arah normal bidang dengan medan magnetik adalah
600 , maka fluks magnetik nya ….
A. 31 x 10-7
Wb C. 6,4 x 10-7
Wb E. 1,6 x 10-7
WbB. 16 x 10
-7 Wb D. 3,2 x 10
-7 Wb
2. Poros roda sebuah kereta panjangnya 1,5 m dan poros ini memotong komponen vertikal
medan magnetik bumi dengan rapat fluks 4 x 10 -5 T. Ketika poros ini bergerak ke arah utara pada kelajuan 10 m/s, GGL yang dibangkitkan diantara ujung-ujung poros adalah ….
A. 0,60 mV B. 0,27 mV C. 0,06 mV D. 0,0027 mV E. 0,00006 V
3. Sepotong kawat penghantar yang panjangnya l digerakkan memotong tegak lurus suatu
medan magnetik B, sehingga menimbulkan GGL induksi E. Jika kecepatan gerak kawatdinaikkan 2 kali semula dengan arah tetap dan panjang kawat diubah menjadi ¼ nya, maka
GGL induksinya menjadi ….
A. 0,25.E B. 0,50.E C. 2.E D. 3.E E. 4.E4. Kawat ab dengan panjang 1,5 m di taruh dalam medan magnetik 0,5 T dengan arah masuk
bidang kertas. Ternyata ujung-ujung kawat timbul GGL 3 volt dengan potensial a lebih tinggi
dari b. Besar dan arah kecepatan gerak kawat ab adalah ….
A.
4 m/s ke kananB. 4 m/s ke kiri
C. 2 m/s ke kiri
D. 2 m/s ke kanan
E. 1 m/s ke kiri
5. Perhatikan gambar di bawah. RS digerakkan dengan kecepatan 2 m/s memotong medanmagnet B = 2 T. Panjang RS = 40 cm dan hambatan loop ( PQRS ) = 1,6 ohm. Jika arah v
diberi tanda positif dan sebaliknya negatif, maka Gaya Lorentz pada penghantar RS ….
A. 8 N
B.
0,8 NC. – 0,8 N
D. – 8 N
E. – 80 N6. Suatu kawat melingkar dengan hambatan 6 ohm diletakkan dalam fluks magnetik yang
berubah terhadap waktu, dinyatakan dengan = ( t + 4 )3. dengan dalam Wb, dan t dalam
sekon. Arus yang mengalir dalam kawat pada t = 4 sekon adalah ….
A. 4 A B. 8 A C. 16 A D. 32 A E. 64 A7. Sebuah kumparan kawat berbentuk lingkaran dengan diameter 6 cm dan terdiri atas 3.000
lilitan. Kumparan diletakkan tegak lurus dalam suatu medan magnet . Jika rapat fluks
magnetik kumparan berubah dari 0,5 menjadi 1,7 WB.m - 2
dalam waktu 3,14 menit, maka
GGL rata-rata yang diinduksikan dalam kumparan tersebut adalah ….. ( = 3,14 )A. 27 mV B. 45 mV C. 54 mV D. 60 mV E. 2,7 mV
8. Dua kumparan tipis X dan Y jari-jarinya 5 cm dan 10 cm dan masing-masing mempunyai 16
dan 4 lilitan. Keduanya berada dalam medan magnetik serba sama. Jika induksi magnetik B
bertambah dengan kecepatan tetap, maka perbandingan GGL X dan Y adalah …. A. 5 : 1 B. 4 : 1 C. 2 : 1 D. 1 : 1 E. 1 : 2
9. Kuat arus listrik dalam suatu rangkaian tiba-tiba turun dari 10 A menjadi 2 A dalam waktu
0,1 detik. Selama peristiwa ini terjadi, timbul GGL induksi sebesar 32 volt dalam rangkaian.Induktansi rangkaian ini adalah ….
A. 0,32 H B. 0,40 H C. 2,5 H D. 32 H E. 40 H
10. Sebuah solenoida dengan panjang 6,28 cm dan luas penampang 5 cm2 terdiri atas 300 lilitan.
Jika solenoida dialiri arus 2 A, maka energi yang tersimpan sebesar ….. A. 0,9 x 10
-3 J B. 1,8 x 10
-3 J C. 9 x 10
-4 J D. 4,5 x 10
-4 J E. 3 x 10
-4 J
***** Semoga Berhasil *****
x x x x x x x
x x x x x x x
x x x x x x x
a
b
P
Q
S
R
B
v
7/23/2019 induksi_elektromagnet
http://slidepdf.com/reader/full/induksielektromagnet 5/6
TRANSFORMATOR (TRAFO)
Trasformator / Trafo adalah susunan dua atau lebih kumparan yang berada dalam satu tempat,yang tidak saling berhubungan.
Keterangan :
p = GGL Kumparan Primers = GGL Kumparan SekunderI p = Kuat Arus pada Kumparan PrimerIs = Kuat Arus pada Kumparan Sekunder
Prinsip Kerja Trafo :1. Akibat kumparan primer dihubungkan dengan tegangan bolak-balik (AC) (sebagai
tegangan primernya), maka pada kumparan primer dihasilkan fluks magnetik yang
besarnya berubah-ubah.
2. Perubahan fliks magnetik yang dihasilkan oleh kumparan primer mempengaruhikumparan sekunder (kumparan sekunder mendapatkan fluks magnetik yang berubah-
ubah), akibatnya pada kumparan sekunder timbul GGL / Tegangan sekunder.3. Pada persitiwa ini seolah-olah ada perpindahan energi tiap satuan waktu (Daya) dari
kumparan primer ke kumparan sekunder.
4. Inti Trafo terbuat dari beri yang berlapis, yang berfungsi untuk memperkuat fluks
magentik yang dihasilkan. Inti Trafo dibuat berupa lapisan tipis besi untuk mengurangi
energy yang hilang dalam bentuk “Arus Eddy”
Jenis Trafo :
1. Trafo Step UpBerfungsi untuk menaikkan
tegangan bolak-balik
Cirinya Jumlah lilitan Primer <Jumlah lilitan Sekunder
2. Trafo Step DownBerfungsi untuk menurunkan tegangan
bolak-balik
Cirinya Jumlah lilitan Primer > Jumlahlilitan Sekunder
Pada Trafo Ideal, berlaku :
Daya Primer = Daya Sekunder
Secara matematis :P p = Ps
p.Ip = s.Is
Kumparan Primer (N p) Kumparan Sekunder (Ns)
p s
I p Is
Inti Trafo
N p Ns N p Ns
7/23/2019 induksi_elektromagnet
http://slidepdf.com/reader/full/induksielektromagnet 6/6
Atau sering dituliskan :
………………. 1
Menurut prinsip perpindahan GLL induksi berlaku :
Pada kumparan Primer :
dt
dNpp
Pada kumparan Sekunder :
dt
dNss
Jika dibandingkan :
sp :dt
dNp
:dt
dNs
Hasilnya :
spsp N:N: ………………….. 2
Effisiensi Trafo
Dalam pemakaian trafo sehari-hari tidak ada trafo yang ideal. Ada sebagian energy / daya
yang hilang selama perpindahan energy dari kumparan Primer ke kumparan Sekunder,
akibatnya muncul istilah “Effisiensi Trafo” “”, dimana berlaku :
%ximerPrDaya
SekunderDayaTrafoEffisiensi 100
Secara matematis dituliskan :
%xP
P
p
s100 atau %x
I.
I.
pp
ss100
P p = Daya Primer / Daya In (masuk)Ps = Daya Sekunder / Daya Out (keluar)
Soal :1. Sebuah trafo memiliki lilitan primer sebanyak 2000 lilitan dan lilitan sekunder sebanyak
1200 lilitan. Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan 200 volt, tentukan :
a. Tegangan sekunder yang dihasilkan ! b.
Jika arus pada kumparan sekunder 1,6 Ampere, berapa arus pada kumparan primer ?
2.
Sebuah trafo memiliki daya primer 750 watt, dihubungkan dengan rangkain elektronikayang memiliki spesifikasi 220 V, 2 A dan rangkain normal. Berapakah effisiensi daritrafo tersebut ?
3. Sebuah trafo dengan effisiensi 80 % memiliki kumparan primer dan sekunder masing-
masing 1500 lilitan dan 1000 lilitan. Jika tegangan sekunder yang dihasilkan 50 volt, danarus sekunder 0,5 A, tentukan :
a. Tegangan primer !
b. Arus primer !
p : s = Is : Ip