INDUKSI ELEKTROMAGNETIK  

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK MAGNET JARUM saklar Besi lunak Sumber arus kumparan lampu kumparan ELEKTROMAGNETIK

Buku rujukan sears dan zemanky’s

Percobaan Induksi Beberapa percobaan perintis dengan emf magnetis induksi dilakukan di Inggris oleh Michael Faraday dan Di Amerika Serikat oleh Joseph Henry (1797-1878), kemudian direktur pertama dari Smithsonian Institution. Gambar 29.1 menunjukkan beberapa contoh. Dalam Gambar 29.la, sebuah kumparan kawat terhubung ke galvanonieter a. Ketika magnet di dekatnya diam, meter menunjukkan ada arus. ketika kita bergerak magnet baik menuju atau jauh dari kumparan, meter menunjukkan saat ini di sirkuit, tetapi hanya sementara magnet bergerak (Gambar. 29.lb). Pada Gambar. 29.lc kita ganti magnet dengan kumparan kedua terhubung ke baterai. Ketika kumparan kedua adalah stasioner, tidak ada arus Dalam kumparan pertama.Akhirnya, dengan menggunakan setup dua kumparan pada Gambar. 29.ld, kami menjaga kedua kumparan stasioner dan bervariasi berjalan Pada kumparan kedua, baik dengan membuka dan menutup saklar atau dengan mengubah resistansi kumparan kedua dengan saklar ditutup (mungkin dengan mengubah suhu kumparan kedua itu). Untuk menggali lebih jauh clemeats umum dalam pengamatan ini, mari kita mempertimbangkan serangkaian lebih rinci eksperimen dengan situasi yang ditunjukkan dalam Gambar 29.2.

Gambar percobaan induksi

Jika arus listrik dapat menimbulkan medan magnet, apakah medan magnet juga dapat menimbulkan arus listrik?

Percobaan Faraday (1831) Pada saat magnet digerakkan ( keluar- masuk )dalam kumparan jarum pada galvanometer menyimpang. Penyimpangan jarum galvanometer menunjukkan bahwa di dalam kumparan mengalir arus listrik. Arus listrik seperti ini disebut arus induksi. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial. Beda potensial ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi) kumparan magnet Galvanometer Galvanometer Jarum galvanometer menyimpang hanya jika magnet digerakkan dalam kumparan.

Penyebab timbulnya ggl induksi Garis 2 gaya magnet kumparan Garis2 gaya magnet galvanometer Timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan disebabkan karena adanya perubahan garis gaya magnetik yang memotong kumparan.

Faktor-faktor yang menentukan besar ggl Kumparan (N) Magnet (B) ammeter Banyak lilitan kumparan ( N ), Kecepatan keluar masuk magnet dari dan ke dalam kumparan ( V ) dan, Kuat magnet yang digunakan ( B )

Ada 2 Hukum dalam Induksi elektromagnet 1. Hukum Faraday : Besarnya GGL Induksi ( Ei ) dalam suatu penghantar sebanding dengan cepat perubahan fluks magnet ( Φ / t )yang melingkunginya sehingga didapat hubungan bahwa: Ei =- N Φ / t dimana N jumlah lilitan penghantar

Hukum Faraday Definisi fluks magnetik  Untuk satu lilitan : Jadi GGL dapat diproduksi dengan : mengubah medan magnet -mengubah luas atau -mengubah arah orientasi B dan dA (dalam hal ini )

Hukum Induksi Faraday Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa tegangan gerak elektrik imbas ε di dalam sebuah rangkaian adalah sama (kecuali tanda negatifnya) dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan di dalam weber/sekon, maka tegangan gerak elektrik ε akan dinyatakan di dalam volt.

Di dalam bentuk persamaan : Inilah hukum induksi Faraday. Jika terdapat N lilitan, maka persamaan (10.1) dapat ditulis :

Hukum Faraday menyatakan bahwa “Sebuah kawat lurus sepanjang l yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnet B akan mendapatkan ggl induksi antara kedua ujungnya sebesar :

2. Hukum Lenz Arah arus induksi (I )dalam suatu sistym/penghantar sedemikian hingga timbul sesuatu yang melawan penyebabnya X x x Q x x x x X x x x x x x X x x P x x x x Penghantyar PQ bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B secara tegak lurus, maka pada penghatar PQ terdapat arus induksi yang arahnya dari P menuju Q B I F v

Besarnya ggl induksi /beda potensial pada penghatar PQ (Ei) Ei = -lvB dimana l = panjang PQ(m) Jika penghantar PQ mempunyai hambatan R Maka besarnya arus induksi I= Ei / R Besarnya gaya lorentz F= B²l²v / R

GGL Induksi Diri (Es) baterai Perhatikan rangkaian listrik berikut. Pada saat saklar dibuka dan ditutup maka pada lampu/ kumparan terjadi perubahan kuat arus I. Pada saat lampu hendak nyala dan hendak mati jika kita amati masih ada nyala kecil, yang berarti masih ada arus listrik, aruslistrik ini disebut Arus induksi sendiri Is Karena ada arus maka ada beda potensial. Beda potensial inilah yang disebut GGL Induksi Diri (Es) Lampu/filamen/kumparan saklar

Besarnya GGL Induksi Diri(Es) Besarnya GGL Induksi Diri sebanding dengan cepat perubahan kuat arus I. tiap satu satuan waktu t. sehingga didapat hubungan: Es = - L I/t. dimana L adalah Induktansi diri dari kumparan dengan satuan henry = H

contoh Sebuah kumparan yang memiliki jumlah lilitan 300 lilitan bila terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet di dalam kumparan dari 3000 Wb menjadi 1000 Wb dalam setiap menitnya tentukan besar ggl induksi yang dihasilkan ?

INDUKTANSI DIRI ( L ) Besaran yang hanya dimiliki oleh induktor/kumparan Besarnya sebanding dengan fluks magnet dan berban ding terbalik dengan kuat arus yng melalui kumparan, sehingga didapat hubungan : L = N Φ/I

INDUKTANSI DIRI PADA SOLENOIDA / TOROIDA L = - N Φ/i Φ=BxA, B=μ¸i N/L L = -μ¸A N²/L Dimana: μ¸= 4. 10‾ wb/Am A = Luas penampang kumparan, N = Jumlah lilitan dan L= panjang kumparan

ENERGI YANG TERSIMPAN DALAM INDUKTOR Besar energi yang tersimpan dalam induktor/ kumparan ( W ) sebanding dengan kwadrat kuat arus yang melalui induktor ( i² ) W = ½ L i² ( dalam joule = J )

Contoh Soal 9.1 Sebuah solenoida panjang berdiameter 3.2 cm dengan 220 lilitan/cm dialiri arus 1,5 A. Ditengah-tengahnya terdapat kumparan berdiameter 2,1 cm dengan 130 lilitan. Arus yang melewati solenoida diturunkan sampai nol kemudian dinaikkan lagi tapi dalam arah yang berlawanan (-1,5 A). Bila perubahan arus ini terjadi dalam 50 ms, hitung tegangan induksi yang terjadi pada kumparan Jawab :

Penerapan/Penggunaan Hukum Induksi Elektromagnetik Dinamo / generator arus bolak-balik (Alternator) Contoh model generator

Prinsip Kerja Generator Sikat-sikat Cincin Cara Kerja

GGL INDUKSI YANG DIHASILKAN OLEH GENERATOR AC Ei = - NΦ/t Ei = NBA  sin t Ei max = NBA ( dalam volt ) Dimana: N= jumlah lilitan, B = medan magnet , A= luas penampang lilitan dan  = kecepatan sudut putaran kumparan

Tegangan listrik / GGL Induksi yng dihasilkan oleh Generator AC adalah Merupakan fungsi SINUSOIDA Memenuhi persamaan : Tegangan E= Emax sin t Kuat arus I = Imax sin t

Dinamo Sepeda ( Arus searah / DC ) Dinamo sepeda menggunakan roda untuk memutar magnet. Ggl induksi yang timbul pada dinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Semakin cepat roda berputar semakin terang nyala lampunya. Kumparan Magnet Ke lampu

Transformator ( Trafo ) Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari suatu nilai tertentu ke nilai yang kita inginkan.

Prinsip Kerja Trafo Arus bolak-balik menyebabkan terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan primer. Perubahan medan magnetik pada kumparan sekunder menghasilkan ggl induksi. Perubahan medan magnet pada kumparan primer diteruskan oleh inti besi lunak ke kumparan sekunder.

Persamaan Transformator Vp Np Ns Vs Ip Is Pada transformator perbandingan jumlah lilitan pada kumparan sama dengan perbandingan tegangannya. Untuk trafo ideal daya yang hilang diabaiakan sehingga berlaku :

Contoh Jawab Sebuah transformator memiliki jumlah lilitan primer dan sekunder adalah 6000 lilitan dan 200 lilitan jika kumparan primer transfomator diberi tegangan 240 volt maka tegangan yang dihasilkan transformator adalah Np Ns Vp Vs = 6000 200 240 V Vs = 6000 Vs = 240 V. 200 240 V. 200 6000 Vs = Vs = 8 volt

Transmisi energi listrik jarak jauh Bila pada PLTA gambar di atas menghasilkan daya 30 MW dan tegangan yang keluar dari generator 10.000 volt akan di transmisikan jika hambatan kawat untuk transmisi 10 Ω. 1. Dengan Arus Besar 2. Dengan Tegangan Tinggi Kita tentukan kuat arus transmisi Kita tentukan kuat arus transmisi I = 3.000 A kuat arus tinggi I = 200 A kuat arus rendah Daya yang hilang diperjalanan karena berubah menjadi kalor adalah Daya yang hilang diperjalanan karena berubah menjadi kalor adalah P = I2 R = 3.0002 . 10 = 90 MW daya yang hilang besar P = I2 R = 2002 . 10 = 0,4 MW daya yang hilang kecil

Penggunaan transformator dalam kehidupan sehari-hari Digunakan dalam alat-alat elektronika Ada beberapa alat elektronika yang bekerja pada tegangan lebih rendah dari tegangan yang disediakan oleh PLN, dan ada yang bekerja pada tegangan yang lebih tinggi. Untuk menyesuaikan tegangan yang bekerja pada alat elektronika tersebut diperlukan transformator.

Transmisi daya listrik jarak jauh Transmisi daya listrik dari pembangkit listrik ke konsumen menggunakan tegangan tinggi. Untuk itu diperlukan transformator peningkat (step-up) dan transformator penurun (step-down).

PLTU Jaringan tranmisi tegangan tinggi

Gardu penurun tegangan dari 150 KV menjadi tegangan menengah 20 kV Jaringan transmisi tegangan menengah Gardu penurun tegangan dari 20 kV menjadi 220 V Siap digunakan oleh konsumen

FENOMENA ARUS EDDY Sebuah keping terbuat dari tembaga atau aluminium berayun seperti bandul diantara dua kutub magnet permanen. Ketika keping mulai memasuki medan magnetik, timbul perubahan fluks magnetik yang memasuki keping. Arah perubahan atau pertambahan fluks ini searah dengan arah medan magnetik Menurut Lenz pertambahan fluks ini menyebabkan timbulnya arus induksi (arus Eddy). Medan magnetik yang ditimbulkan arus Eddy pada keping arahnya berlawanan dengan arah medan magnet permanen, sehingga keping ditolak pada kedua sisi.

ELEKTROMAGNETIC BRAKE APLIKASI ARUS EDDY Ketika rem diinjak, arus akan mengalir pada elektromagnet sehingga menjadi magnet yang kuat dan timbul medan magnetik yang besar. Karena kereta bergerak, terjadi perubahan medan magnetik dari elektromagnetik pada rel. Perubahan medan magnetik ini akan menimbulkan arus Eddy pada rel yang selanjutnya menimbulkan gaya yang memperlambat gerak kereta. Karena arus Eddy berkurang secara teratur, maka gaya perlambatannya pun berkurang secara teratur akibatnya kereta dapat dberhenti dengan mulus.

Disipasi Daya Arus Eddy Dengan beberapa asumsi, daya yang hilang selama ada arus eddy per unit massa untuk lapisan tipis atau kabel dapat dihitung menggunakan rumus: Dimana, P = daya yang hilang per unit massa (W/kg) Bp = puncak medan magnet (T) d = ketebalan lapisan atau diameter kabel (m) f = frekuensi (Hz) k = konstanta, 1 untuk lapisan tipis dan 2 untuk kabel ρ = resistifitas bahan (Ωm) D = densitas bahan (kg/m3) Rumusan ini hanya berlaku  ketika frekuensi magnetisasi tidak mengakibatkan skin effect, berarti gelombang elektromagnetik sepenuhnya menembus bahan.