Induksi Elektromagnetik adalah

Diposting pada

Contoh Soal Induksi Elektromagnetik – Pengertian, Hukum, Rumus, Penyebab, Faktor & Penerapan – Untuk pembahasan kali ini kami akan mengulas mengenai Induksi Elektromagnetik yang dimana dalam hal ini meliputi pengertian, hukum, rumus, penyebab, faktor, penerapan dan contoh, nah agar dapat lebih memahami dan dimengerti simak ulasan selengkapnya dibawah ini.

Contoh-Soal-Induksi-Elektromagnetik

Pengertian Induksi Elektromagnetik

Konsep tentang fluks magnet pertama kali dikemukaan oleh ilmuwan Fisika yang bernama Michael Faraday untuk menggambarkan medan magnet. Ia menggambarkan medan magnet dengan menggunakan garis-garis gaya, di mana daerah yang medan magnetnya kuat digambarkan garis gaya rapat dan yang kurang kuat digambarkan dengan garis gaya yang kurang rapat.


Sedangkan untuk daerah yang memiliki kuat medan yang homogen digambarkan garis-garis gaya yang sejajar. Garis gaya magnet  dilukiskan dari kutub utara magnet dan berakhir di kutub selatan magnet. Untuk menyatakan kuat medan magnetik dinyatakan dengan lambang B yang disebut dengan induksi magnet, induksi magnetik menyatakan kerapatan garis gaya magnet.

Baca Juga Artikel yang Mungkin Berkaitan : Gelombang Elektromagnetik


Sedangkan fluks magnetik menyatakan banyaknya jumlah garis gaya yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus, yang dapat dinyatakan dalam persamaan, sebagai berikut:

GGL Induksi

Φ = B.A (1.1)

Φ = B A cos θ (1.2)


Persamaan (2) digunakan apabila arah B tidak tegak lurus permukaan bidang seperti pada gambar 1.2.


Keterangan:

Φ = fluks magnetik (Wb = weber)

B = induksi magnet (T atau Wb.m-2)

A = luas permukaan bidang (m2)

θ = sudut yang dibentuk antara arah B dengan garis normal (radian atau derajat)


Hukum Faraday

Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik (artinya magnet menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang  sangat  sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

Hukum Faraday

Sebuah  magnet  yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus  listrik pada kumparan  itu. Galvanometer merupakan  alat  yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan, 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.


Perhatikan gambar dibawah Apabila magnet batang digerakkan mendekati kumparan, maka jarum galvanometer akan menyimpang ke kanan dan sebaliknya jika magnet batang digerakkan menjauhi kumparan, maka jarum galvanometer akan menyimpang ke kiri. Akan tetapi jika magnet batang diam tidak digerakkan, jarum galvanometer juga diam.


Jarum galvanometer yang bergerak menunjukkan adanya arus listrik yang timbul di dalam kumparan pada saat terjadi gerak relatif pada magnet batang atau kumparan. Peristiwa ini disebut induksi elektromagnetik, yaitu timbulnya ggl pada ujung-ujung kumparan yang disebabkan adanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan, ggl yang timbul disebut ggl induksi.

Baca Juga Artikel yang Mungkin Berkaitan : Hukum Faraday – Percobaan, Makalah, Penerapan Dan Contoh Soal


Percobaan Faraday untuk menyelidiki hubungan ggl induksi dengan kecepatan perubahan fluks magnet
Percobaan Faraday untuk menyelidiki hubungan ggl induksi dengan kecepatan perubahan fluks magnet

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan oleh Faraday menyimpulkan bahwa besarnya ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan tergantung pada kecepatan perubahan fluks magnetik yang dilingkupinya. Kesimpulan ini lebih dikenal dengan hukum Faraday yang berbunyi :

“Besarnya ggl induksi yang timbul antara ujung-ujung kumparan berbanding lurus dengan kecepatan perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan tersebut.”


Secara matematik hukum faraday dapat dituliskan dalam persamaan :

Persamaan hukum faraday

Persamaan diatas dipakai jika perubahan fluks magnetik berlangsung dalam waktu singkat atau Dt mendekati nol. dengan :

perubahan fluks magnetik berlangsung

Tanda negatif pada persamaan untuk menyesuaikan dengan hukum Lenz. Berdasarkan persamaan hukum faraday dapat diketahui bahwa ada tiga faktor yang mempengaruhi terjadinya perubahan fluks magnetik, yaitu :

  1. Luas bidang kumparan yang melingkupi garis gaya medan magnetik.
  2. Perubahan induksi magnetiknya.
  3. Perubahan sudut antara arah medan magnet dengan garis normal bidang kumparan.

1. Besarnya GGL Induksi karena Perubahan Luas Penampang Bidang Kumparan

Untuk menyelidiki Induksi Elektromagnetik yang terjadi akibat perubahan luas penampang, perhatikan Gambar dibawah ini:

Perubahan luas bidang kumparan akibat perpindahan penghantar PQ
Perubahan luas bidang kumparan akibat perpindahan penghantar PQ

Sebuah kawat penghantar berbentuk huruf  U yang di atasnya terdapat sebuah kawat penghantar (PQ) yang panjang l yang mudah bergerak bebas pada kawat penghantar U. Kawat penghantar tersebut berada dalam medan magnet yang arahnya masuk bidang gambar. Apabila kita menggerakkan kawat PQ ke kanan dengan kecepatan v akan menyebabkan terjadinya perubahan luas penampang bidang yang melingkupi garis gaya medan magnet.


Apabila kawat PQ dalam selang waktu dt telah berpindah sejauh ds maka selama itu terjadi perubahan luas penampang sebesar dA = l ds, sehingga besarnya perubahan luas penampang per satuan waktu adalah :

perubahan luas penampang per satuan waktu


2. Induksi Elektromagnetik karena Perubahan Induksi Magnet

Prinsip Kerja Tranformator
Prinsip Kerja Tranformator

Dua buah kumparan kawat yang saling berdekatan pada kumparan pertama dirangkai dengan sebuah baterai dan sakelar, sedangkan kumparan yang satunya dirangkai dengan galvanometer. Apabila sakelar ditutup terlihat bahwa jarum pada galvanometer bergerak, demikian juga pada saat sakelar dibuka.


Dengan membuka dan menutup sakelar menyebabkan arus listrik yang mengalir pada kumparan 1 berubah. Karena arus listrik melalui kumparan 1, maka akan menimbulkan perubahan medan magnet di sekitar kumparan. Perubahan medan magnet inipun terjadi pada kumparan 2, sehingga pada kumparan timbul ggl induksi.


Besarnya Induksi Elektromagnetik yang disebabkan karena perubahan induksi magnet ini digunakan sebagai dasar dalam pembuatan transformator, secara matematik dapat dinyatakan:

perubahan induksi magnet


3. Induksi Elektromagnetik karena Perubahan Sudut antara B dan Garis Normal Bidang Kumparan

Perubahan fluks magnetik dapat juga terjadi jika sebuah kumparan diputar dalam medan magnet, sehingga akan terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet yang dilingkupi oleh kumparan tersebut. Pada saat bidang kumparan tegak lurus arah medan magnet, maka fluks magnetik mencapai harga maksimum dan sebaliknya pada saat bidang kumparan sejajar arah medan magnet, maka fluks magnetiknya akan mencapai harga minimum. Hal ini terlihat pada gambar:

Perubahan sudut kumparan

Secara matematik besarnya ggl dapat dituliskan dalam persamaan :

Persamaan Perubahan sudut kumparan

Apabila kumparan diputar dengan laju anguler w maka dalam selang waktu t sekon, garis normal bidang kumparan telah menempuh sudut sebesar θ =ωt sehingga :

bidang kumparan


Penyebab Terjadinya Induksi Elektromagnetik

Ketika  kutub  utara  magnet  batang  digerakkan  masuk  ke dalam kumparan,  jumlah garis gaya-gaya magnet yang  terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya   jumlah garis- garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer.


Arah  arus  induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan  arah  medan  magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk,  garis  gaya  dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi.

Baca Juga Artikel yang Mungkin Berkaitan : Sistem Periodik Unsur


Ketika  kutub  utara  magnet  batang  digerakkan  keluar  dari dalam kumparan,  jumlah garis-garis gaya magnet yang  terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer.


Sama halnya ketika magnet batang masuk ke  kumparan. pada  saat  magnet  keluar  garis  gaya dalam kumparan berkurang.  Akibatnya  medan  magnet  hasil  arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu merupakan kutub selatan. Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan, jumlah  garis-garis gaya magnet di  dalam  kumparan  tidak  terjadi perubahan (tetap).


Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Jadi, 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.


Faktor yang Memengaruhi Besar Induksi Elektromagnetik

Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat dilihat pada besar kecilnya penyimpanga sudut jarum galvanometer. Jika sudut penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Terdapat beberapa cara memperbesar GGL induksi. Ada  tiga  faktor yang memengaruhi GGL induksi, yaitu :

  • kecepatan  gerakan  magnet  atau  kecepatan  perubahan  jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik)
  • jumlah lilitan,
  • medan magnet

Hukum Lenz

Hukum Lenz ditemukan oleh ilmuwan fisika bernama Friederich Lenz pada tahun 1834. Hukum Lenz merupakan hukum fisika yang memberikan pernyataan tentang GGL (Gaya Gerak Listrik) Induksi. Hukum ini menjelaskan arah arus induksi akibat adanya GGL induksi tersebut.


Berdasarkan hukum Faraday, perubahan fluks magnetik akan menyebabkan timbulnya beda potensial antara ujung kumparan. Apabila kedua ujung kumparan itu dihubungkan dengan suatu penghantar yang memiliki hambatan tertentu, maka akan mengalir arus yang disebut arus induksi dan beda potensial yang terjadi disebut ggl induksi. Faraday pada saat itu baru dapat menghitung besarnya ggl induksi yang terjadi, tetapi belum menentukan ke mana arah arus induksi yang timbul pada kumparan. Lenz menyatakan bahwa:

“Jika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan)”.

Arah arus induksi berdasarkan hukum Lenz. (a) magnet mendekati kumparan, (b) magnet menjauhi kumparan.
Arah arus induksi berdasarkan hukum Lenz. (a) magnet mendekati kumparan, (b) magnet menjauhi kumparan.

Ketika kedudukan magnet dan kumparan diam, tidak ada perubahan fluks magnet dalam kumparan. Tetapi ketika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik yang semakin membesar akibatnya timbul fluks  magnetik yang menentang pertambahan fluks magnetik awal. Oleh sebab itu, arah fluks induksi harus berlawanan dengan fluks magnetik. sehingga fluks total yang dilingkupi kumparan selalu konstan.


Begitu juga pada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akan terjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan, akibatnya pada kumparan timbul fluks induksi yang menentang pengurangan fluks magnet, sehingga fluks totalnya selalu konstan.


Menentukan arah simpangan jarum galvanometer

Arah simpangan galvanometer sesuai dengan arah arus yang masuk galvanometer

Arah simpangan galvanometer dengan arah magnet masuk
Arah simpangan galvanometer dengan arah magnet masuk

Karena ujung kumparan A didekati kutub magnet utara (U), maka ujung kumparan A menjadi kutub utara (U) dan B menjadi kutub selatan (S). Dengan aturan tangan kanan diperoleh arah arus listrik keluar dari ujung kumparan A. Sehingga jarum galvanometer menyimpang ke arah kanan.

simpangan galvanometer dengan arah magnet keluar
simpangan galvanometer dengan arah magnet keluar

Karena ujung kumparan A dijauhi kutub magnet utara (U), maka ujung kumparan A menjadi kutub selatan (S) dan B menjadi kutub utara (U). Dengan aturan tangan kanan menggenggam diperoleh arah arus listrik keluar dari ujung B. Sehingga jarum galvanomter menyimpang ke arah kiri.


Arah arus induksi dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan yaitu jika arah ibu jari menyatakan arah induksi magnet maka arah lipatan jari-jari yang lain menyatakan arah arus induksi.

Arah arus induksi menggunakan aturan tangan kanan
Arah arus induksi menggunakan aturan tangan kanan

sehingga didapat persamaan sebagai berikut :

Persamaan simpangan jarum galvanometer


Induktansi

Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian (self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tetangga yang dihubungkan secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl.

Baca Juga Artikel yang Mungkin Berkaitan :  Penjelasan Sifat Fisika Dan Kimia Pada Logam


Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik. Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubahubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul ggl induksi. Ggl induksi yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi diri.


  1. Induktansi Diri (Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi Pada Kumparan

Induktansi yang terjadi akan menghasilkan arus yang menentang setiap perubahan fluks magnetik, penentangan ini disebut dengan induktansi diri (self inductance). Pernyataan ini sesuai hukum lenz yang dikemukan oleh Heinrich Friedrich Lenz (1804-1865). Besaran satuan nilai induktansi dinyatakan dalam Henry (H), sebuah induktor dikatakan memiliki nilai induktansi sebesar 1H, jika perubahan arus yang mengaliri pada rating 1ampere/detik menginduksi tegangan 1volt didalamnya. definisi ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

Rumus Induksi Pada Kumparan


Semakin banyak jumlah lilitan dalam sebuah induktur maka semakin bertambah juga nilai induktansinya. Besarnya nilai induktansi terhadap jumlah lilitan pada suatu induktor dapat dihitung dengan rumus:

Rumus Nilai Induktansi


dimana: L = induktansi (H), N = jumlah lilitan, φ = fluks magnetik (Weber/Wb), I = arus (A)koefesiensi induktansi diri sebuah induktor tergantung dari konstruksinya seperti : jumlah lilitan kawat, jarak antar lilitan, besar inti pusat dll. Oleh karena untuk mendapatkan induktor dengan koefesiensi induksi diri yang sangat tinggi bisa dengan menggunakan kore ( pusat inti) dengan permeabilitas tinggi, dan merubah jumlah lilitan, sehingga fluks magnetik yang dihasilkan dapat dihitung dengan rumus :

Rumus fluks magnetik


dimana :  = besar magnetik fluks (Wb), B = kerapatan fluks, A = luas area (m²)jika sebuah induktor dapat diketahui jumlah lilitan (N), maka induksi magnetik/kerapatan fluks(B) dalam inti, dapat diketahui dengan rumus :

Rumus kerapatan fluks


untuk menggabungkan pernyataan rumus persamaan diatas maka untuk mengetahui nilai induktansi sebuah induktor dapat diketahui dengan uraian rumus:

L = N x (φ /I) = N x ((BxA)/I)   =  (µo x N x I)/(x I)


dan pengelompokan dari peryataan diatas, maka nilai induktansi dari sebuah induktor dapat sederhanakan dengan rumus persamaan akhir sebagai berikut:

rumus persamaan akhir


Dimana: L = induktasni (H), N = jumlah lilitan, µo = panjang Permeabilitas (4.π.10-7), = panjang kawat dalam meter.


  1. Tegangan emf

disebabkan oleh hukum faraday yang dikemukan oleh michael faraday bahwa semakin cepat perubahan medan magnet maka emf yang diinduksikan akan semakin besar. besar tegangan emf pada induktor adapat dihtiung dengan rumus :

Vemf = L x (di/dt)


dimana : Vemf = tegangan emf (V), L = induktansi (H), di/dt = tingkat perubahan arus (ampere/detik).


Apabila arus berubah melewati suatu kumparan atau solenoida, terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan yang akan menginduksi ggl pada arah yang berlawanan.Ggl terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks.


Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks magnet akan menginduksi ggl dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus tersebut. Dapat disimpulkan bahwa ggl induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan :

Rumus laju perubahan arus


dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif (-) menunjukkan bahwa ggl yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan ggl satu volt bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik.

arah arus dan medan magnet pada induktansi diri
arah arus dan medan magnet pada induktansi diri

  1. Induktansi Bersama

Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 4, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksi ggl pada kumparan tersebut.

Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain.
Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain.

Induktansi Bersama


Menurut Hukum Faraday, besar ggl ɛ2 yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε2 harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1, dapat dinyatakan:


Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama. Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah lilitan, dan jarak pisahnya.

Baca Juga Artikel yang Mungkin Berkaitan : “Bahan Kimia Alami Dalam Makanan” Pengertian & ( Macam – Macam )


Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry (1797 – 1878). Pada situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan bernilai sama, yaitu:

konstanta pembanding


Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut. Contoh lainnya diterapkan pada beberapa jenis pemacu jantung, untuk menjaga kestabilan aliran darah pada jantung pasien.


  1. Energi yang Tersimpan pada Kumparan

Telah dijelaskan bahwa dalam kumparan yang dialiri arus listrik akan menyebabkan timbulnya medan magnet di dalam kumparan itu. Apabila arus yang mengalir diputus tiba-tiba maka dengan adanya perubahan fluks magnetik menyebabkan timbulnya ggl induksi diri yang menimbulkan arus induksi diri pada kumparan yang berarti dalam kumparan tersebut tersimpan energi.


Energi yang tersimpan dalam kumparan dalam bentuk medan magnet. Besarnya energi yang tersimpan dalam kumparan dapat dicari sebagai berikut. Besarnya usaha total yang dikeluarkan oleh suatu sumber tegangan (ggl induksi diri ) dapat dinyatakan W = ɛ I t, untuk energi sesaat dalam selang waktu dt dapat dituliskan : dW = ɛ I dt.


Penerapan Induksi Elektromagnetik

Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan atau magnet yang  berputar  menyebabkan  terjadinya 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 energy gerak rotasi. Hal  itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara  terus-menerus dengan  pola  yang berulang secara periodic.


  • 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. Arus listrik yang dihasilkan berupa  arus  bolak-balik.  Ciri  generator  AC  menggunakan  cincin ganda. Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah. Ciri  generator  DC  menggunakan  cincin  belah  (komutator).


Jadi,generator  AC  dapat  diubah  menjadi  generator  DC  dengan cara mengganti cincin ganda dengan sebuah komutator. Sebuah  generator  AC  kumparan  berputar   di  antara  kutub- kutub  yang  tak  sejenis  dari  dua  magnet  yang  saling  berhadapan. Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan  magnet.  Kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon  yang  terdapat pada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian  generator  yang berputar  (bergerak) disebut rotor. Magnet  tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak   disebut   stator.


Bagaimanakah generator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (membentuk  sudut  0 derajat), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi (perhatikan  Gambar  2.1. Pada saat kumparan  berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai  kumparan membentuk sudut 90 derajat. Saat itu posisi kumparan tegak lurus dengan arah medan magnet.


Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum. Selanjutnya, putaran kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang. Ketika kumparan mem bentuk sudut 180 derajat kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan magnet, maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol.


Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi  dengan  arah  yang  berlawanan.  Pada  saat  membentuk  sudut 270 derajat, terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum lagi, namun arahnya berbeda. Putaran  kumparan selanjutnya, arus dan tegangan turun  perlahanlahan  hingga  mencapai  nol  dan  kumparan  kembali  ke  posisi  semula  hingga  memb entuk sudut 360 derajat.


  • Dinamo

Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator.


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). Cincin ini memungkinkan arus listrik yang dihasilkan pada rangkaian luar Dinamo berupa arus searah walaupun di dalam dinamo sendiri menghasilkan arus bolak-balik.


Adapun, pada dinamo arus bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin). Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor adalah roda sepeda. Jika roda berputar, kumparan atau magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan dan arus listrik mengalir.


Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi  dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.


  • Transformator

Di rumah mungkin kamu pernah dihadapkan persoalan tegangan listrik, ketika kamu akan menghidupkan radio yang memerlukan tegangan 6 V atau 12 V. Padahal tegangan listrik yang disediakan PLN 220 V. Bahkan generator pembangkit listrik menghasilkan tegangan listrik yang sangat tinggi mencapai hingga puluhan ribu volt. Kenyataannya sampai di rumah tegangan listrik tinggal 220 V.


Bagaimanakah cara mengubah tegangan listrik? 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. Tegangan listrik yang akan diubah dihubungkan dengan terminal input. Adapun, hasil pengubahan tegangan diperoleh pada terminal output.


Prinsip kerja transformator menerapkan peristiwa induksi elektromagnetik. Jika pada kumparan primer dialiri arus AC, inti besi yang dililiti kumparan akan menjadi magnet (elektromagnet). Karena arus AC, pada elektromagnet selalu terjadi perubahan garis gaya magnet. Perubahan garis gaya tersebut akan bergeser ke kumparan sekunder. Dengan demikian, pada kumparan sekunder juga terjadi perubahan garis gaya magnet. Hal itulah yang menimbulkan GGL induksi pada kumparan sekunder.


Adapun, arus induksi yang dihasilkan adalah arus AC yang besarnya sesuai dengan jumlah lilitan sekunder. Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang berlapis-lapis, kumparan primer, dan kumparan sekunder. Kumparan primer yang dihubungkan dengan PLN sebagai tegangan masukan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan keluaran (output).

Baca Juga Artikel yang Mungkin Berkaitan : Hukum Proust (Perbandingan Tetap)


Contoh Soal dan Pembahasan Induksi Elektromagnetik

Contoh mencakup ggl induksi pada kumparan, kawat yang digerakkan pada medan magnetik, kaidah tangan kanan untuk menentukan arah arus induksi dan penggunaan matematis turunan.

Rumus Minimal

GGL Kawat l
ε = − Blv sin θ

GGL Kumparan
ε = − N (dφ/dt)
ε = − N (Δφ/Δt)

GGL Generator Arus Bolak-Balik
ε = − B A N ω sin ωt

GGL Kumparan Akibat Perubahan Kuat Arus
ε = − L (d i/dt)
ε = − L (Δ i/Δt)


Soal No. 1

Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar.

medan magnetik


Tentukan :

  1. besar ggl induksi
  2. kuat arus yang mengalir pada kawat PQ
  3. arah kuat arus pada kawat PQ
  4. potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
  5. besar gaya Lorentz pada PQ
  6. arah gaya Lorentz pada PQ
  7. daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

Pembahasan


1. besar ggl induksi

besar ggl induksi

Catatan : Tanda (−) di rumus dihilangkan untuk mempermudah perhitungan, nilai mutlak yang dihasilkan tetap sama.


2. kuat arus yang mengalir pada kawat PQ

kuat arus yang mengalir pada kawat PQ


3. arah kuat arus pada kawat PQ

Kaidah tangan kanan untuk arah arus induksi :

  • 4 jari = arah medan magnetik (B)
  • ibu jari = arah gerak kawat (v)
  • telapak tangan = arah arus induksi (i)

arah kuat arus pada kawat PQ

Arah arus dari P ke Q ( atau dari Q ke P melalui hambatan R)


4. potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
Potensial P lebih tinggi dari Q karena arus listrik mengalir dari potensial lebih tinggi ke rendah.


5. besar gaya Lorentz pada PQ

besar gaya Lorentz pada PQ


6. arah gaya Lorentz pada PQ

Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz (gaya magnetik) :

  • 4 jari = arah kuat medan maganet (B)
  • ibu jari = arah arus listrik (i)
  • telapak tangan = arah gaya (F)

Arah gaya F ke kiri (berlawanan dengan arah gerak v)


7. daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω


Soal No. 2

Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!


Pembahasan

Data dari soal :

  1. Jumlah lilitan N = 1000
  2. Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon
  3. Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb

Jawaban Soal No. 2


Daftar Pustaka:

  1. Ewabtara, Aldrin dkk. (2011). Makalah Induksi Elektromagnetik[online] diakses pada tanggal 8 Oktober 2016. Tersedia : https://www.academia.edu/9627333/54880347-Makalah-Induksi-Elektromagnetik-1?auto=download
  2. Drajat. (2009). FISIKA untuk SMA/MA Kelas XII. Bandung : Departemen PendidikanNasional
  3. Foster, Bob. (2012). Fisika untuk SMA/MA Kelas XII Semester I. Jakarta : Erlangg
  4. Kanginan, Marthen. 2006. Fisika 3 untuk SMA Kelas XIII. Jakarta:Erlangga
  5. Karyono dan Dwi Satya Palupi. Fisika untuk SMA dan MA Kelas XIII. Jakarta : Pusat perbukuan Departemen Pendidikan Nasional
  6. Resnick, Halliday. (1985). FISIKA Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga
  7. Sutari, Tri aisyah. (2014). Induksi Elektromagnetik diakses pada 20 Februari 2018. Tersedua : http://komputerdalampembelajaran.blogspot.co.id/2013/05/normal-0-false-false-false-en-us-x-none.htmlA
  8. Tipler, Paul A. (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta : Erlangga

Demikianlah pembahasan mengenai Contoh Soal Induksi Elektromagnetik – Pengertian, Hukum, Rumus, Penyebab, Faktor & Penerapan semoga dengan adanya ulasan tersebut dapat menambah wawasan dan pengetahuan anda semua, terima kasih banyak atas kunjungannya. 🙂 🙂 🙂

Mungkin Dibawah Ini yang Kamu Butuhkan