INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Drs. Agus Purnomoaguspurnomosite.blogspot.com

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

Fluks Magnetik ( Ф ).

A

Bθ

Normal bidang

Fluks Magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet (B) yang dilingkupi secara tegak lurus suatu luas penampang tertentu ( A ).

Ф = B . A Cosθ

Dengan:B : Induksi magnetik ( Tesla )A : luas penampang ( m2 ) θ: sudut antara B dan normal bidang

Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi

• Induksi Elektromagnetik Gejala terjadinya arus listrik pada suatu

penghantar akibat perubahan garis gaya magnet

• Arus induksi arus listrik yang timbul akibat induksi

elektromagnetik

Induksi Elektromagnetik

GInduksi elektromagnetik adalah gejala munculnya arus listrik induksi pada suatu penghantar akibat perubahan jumlah garis gaya magnet (fluks magnet).

Cara menimbulkan GGL Induksi

• Menggerakkan magnet masuk keluar kumparan• Memutar magnet di depan kumparan

G

• Memutus mutus arus pada kumparan primer yang didekatnya terdapat kumparan sekunder

Gdc

AC

• Mengalirkan arus listrik bolak balik pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder.

G

Arah Arus Induksi

Arah arus induksi ditentukan dengan kaidah tangan Kanan, atau menggunakan vektor, sbb

B

I

v

Dengan B : arah induksi magnet v : arah gerak penghantar I : arah arus indukksi

Hukum Lenz :Terjadinya arys induksi selalu menimbulkan sesuatu yang melawan penyebabnya.

• Arah arus lisrik induksi dapat ditentukan dengan hukum Lents : Arah arus listrik induksi sedemikian rupa

sehingga melawan perubahan medan magnet yang ditimbulkan.

G

Arah Arus Induksi

Kutub Utara magnet bergerak mendekati kumparan

G

Arah arus listrik induksi

Arah Arus Induksi

Kutub Utara magnet bergerak menjauhi kumparan

G

Arah arus listrik induksi

Arah Arus Induksi

Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi

1. GGL Induksi sebanding dengan kecepatan perubahan

flug magnet.G

G

Δt

ΔΦ ε

Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi

1. GGL Induksi sebanding dengan jumlah lilitan

G

G

N ε

Besar GGL Induksi :1. Sebanding dengan jumlah lilitan2. Sebanding dengan kecepatan perubahan

jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan

Δt

ΔΦNε

(volt) induksi gglε lilitanjumlah N

(Weber/s)magnet gaya garisjumlah perubahan kecepatan Δt

ΔΦ

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 ?

Δt

ΔΦNε

volt10000ε60

2000-300ε

60

3000-1000300ε

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 x x x x• X x x P x x x x

vF

IB 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

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

Alat-alat yang menggunakan prinsip

induksi elektromagnetik1. Dinamo AC

MagnetCincin luncur

Sikat karbon

Kumparan

V

t

Bentuk gelombang AC

2. Dinamo dc

Magnet

KomutatorCincin belah

Sikat karbon

Kumparan

Bentukgelombang dcV

t

3. Dinamo Sepeda

Roda dinamo

Sumbu dinamo

Magnet

Inti besi

kumparan

4. Transformator• Bagian utama Transformator

Kumparan primer

Kumparan sekunder

Inti besi

Kumparan primer

Kumparan sekunder

Inti besi

Sumber Tegangan AC

Jenis Transformator1. Transformator step up

Ciri – ciri

Penaik Tegangan

Ns > Np

Vs > Vp

Is < Ip

2. Transformator step down

Ciri – ciri

Penurun Tegangan

Ns < Np

Vs < Vp

Is > Ip

Np NsVp Vs

Np NsVp Vs

Persamaan TransformatorPada trnasformator jumlah lilitan transformator sebanding dengan tegangannya.

Vs

Vp

Ns

Np

• Np = Jumlah lilitan primer• Ns = Jumlah lilitan

sekunder• Vp = Tegangan primer• Vs = Tegangan sekunder

Transformator ideal jika energi yang masuk pada transformator sama dengan energi yang keluar dari transformator

Wp = WsVp. Ip . t = Vs . Is . t

Ip

Is

Vs

Vp

• Is = kuat arus sekunder

• Ip = kuat arus primer

Np NsVp Vs

Primer

Masukan

In Put

Dicatu

Dihubungkan pada sumbertegangan

Sekunder

Keluar

Out Put

Hasil

Dihubungkan pada lampu

Lampu

ContohSebuah 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

6000 Vs = 240 V. 200

JawabVp

Vs=

Np

Ns240 V

Vs=

6000

200

240 V. 200

6000=Vs

8 volt=Vs

Efisiensi Transformator• Efisiensi Transformator adalah perbandingan energi yang

keluar dari transformator dengan energi yang masuk pada transformator

x100%Wp

Wsη

x100%Pp

Psη

x100%Ip Vp

Is Vsη

η = Efisiensi transformatorWs = energi sekunderWp = energi primerPs = daya sekunder

Pp = daya primer

Penggunaan transformator pada transmisi

energi listrik jarak jauh

Generator PLTA

30MW 10000 V

Trafo Step Up

150 kV Trafo Step down

20 kV

Trafo Step down

220 V

Transmisi energi listrik jarak jauh

1. Dengan Arus Besar 2. Dengan Tegangan Tinggi

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.

V

PI

volt10.000

watt30.000.000I

I = 3.000 A kuat arus tinggi Daya yang hilang diperjalanan karena berubah menjadi kalor adalah

Kita tentukan kuat arus transmisi

P = I2 R = 3.0002 . 10 = 90 MW daya yang hilang besar

Kita tentukan kuat arus transmisi

V

PI

volt150.000

watt30.000.000I

I = 200 A kuat arus rendah

Daya yang hilang diperjalanan karena berubah menjadi kalor adalah

P = I2 R = 2002 . 10 = 0,4 MW daya yang hilang kecil

GGL Induksi Diri (Es)

baterai

saklarLampu/filamen/kumparan

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)

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

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• 1.Sebuah kumparan terdiri dari 500 lilitan dan memiliki

hambatan 10 ohm. Kumparan melingkupi fluks magnet berubah – ubah terhadap waktu dengan persamaan Φ=(t + 2 )² weber dengan t dalam sekon. Tentukan kuat arus yang mengalir melalui kumparan pada saat a. t=0 dan b. t=2 s

• 2. x x x x x x Sebuah kawat L = 10 cm ber• x x x x x x gerak dalam medan magnet • x x x x x x x B= 0,60 T dengan kece • x x x x x x patan v =2,5 m/s secara tegak lurus

seperti gambar. Tentukan besar dan arah arus pada kawat Ldengan hambatan 5 ohm

L=10 cm v

Lanjutan Contoh Soal

• 3. Arus dalam suatu kumparan dengan induksi diri 90 mH berubahterhadap waktu sebagai I = t² - t ( dalam satuan SI ). Tentukan besar GGL Induksi diri pada saat a. t = 1 s dan t = 4 s. B. kapan GGL bernilai nol

• 4. Sebuah kumparan berbentuk toroida memiliki luas penampang 5,0 cm² dan jari-jari r=10 cm dan mempunyai lilitan 200. Tentukanlah a. Induktansi diri toroida. B. Energi yang tersimpan pada toroida jika dialiri arus listrik 6.0 A

Lanjutan Contoh Soal

• 5. Sebuah Generator listrik terdiri sebuah loop bujur sangkar 10 lilitan dengan rusuk 50 cm . Loop kemudian diputar dengan 60 putaran per sekon. Berapakah besar induksi magnet yang diperlukan agar Generator dapat menghasilkan ggl maksimum sebesar 150 volt.

• 6. Sebuah transformator step up mengubah tegangan 25 volt menjadi 250 volt. Bila efisiensinya 80 % dan kumparan sekunder dihubungkan lampu 250 volt , 50 watt. Tentukan kuat arus yang mengalir pada kumparan primer dan skunder.

aguspurnomosite.blogspot.com