menjelaskan hukum - hukum farraday, menjelaskan teori - teori yang di terapkan farraday
Hukum Faraday *PERCOBAAN FARADAYSetelah Oersted memperlihatkan
di tahun 1820 bahwa sebuah arus listrik dapat mempengaruhi jarum
sebuah kompas, Faraday menarik hipotesis bahwa jika sebuah arus
dapat menghasilkan medan magnet, maka sebaliknya sebuah medan
magnet pun dapat menghasilkan arus. Konsep medan pada saat itu
belum dikenal, dan sasaran Faraday adalah membuktikan bahwa sebuah
arus dapat dihasilkan dari magnetisme.Ia berkutat seputar
permasalahan ini secara putus-sambung selama periode waktu10 tahun,
hingga akhirnya berhasil tahun 1981. Ia melilitkan dua kumparan
yang terpisah ke ujung ujung kumparan sebuah inti toroida besi yang
sama, kemudian menyambungkan sebuah galvanometer ke ujung-ujung
kumparan yang satu membentuk rangkaian tertutup pertama dan sebuah
baterai ke ujung-ujung kumparan lainnya membenuk rangkaian tertutup
kedua. Sejenak setelah rangkaian yang tersambung ke baterai
ditutup, Faraday memperhatikan terjadinya penyimpangan sesaat pada
jarum galvanometer. Penyimpangan serupa ke arah yang berlawanan
terjadi ketika baterai dilepaskan dari rangkaian. Percobaan ini
adalah eksperimen pertamanya yang melibatkan medan magnet yang
berubah arah, dan hal ini diikuti oleh pembuktian Faraday bahwa
sebuah medan magnet bergerak atau sebuah kumparan bergerak juga
akan mengakibatkan simpangan pada jarum galvanometer.Karena arus
yang ditimbulkan disebabkan oleh induksi maka arus tersebut
dinamakan sebagai arus induksi. Sedangkan induksi yang menyebabkan
arus induksi disebut induksi elektromagnetik.Arah arus induksi
dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Lorentz yang berbunyi:
arah arus induksi di dalam suatu penghantar selalu demikian
sehingga menghasilkan medan magnet yang menentang perubahan garis
gaya atau sebab-sebab yang menimbulkannya.Sehingga:- jika kumparan
didekati dengan kutub Utara magnet, maka terjadi arus induksi yang
arahnya berlawanan dengan arah putaran jarum jam.- jika kutub Utara
medan magnet dijauhikan dari kumparan, maka arah arus induksinya
sama dengan arah putaran jarum jam.Jika jumlah garis gaya magnet
yang masuk ke dalam kumparan berubah-ubah banyaknya, maka akan
terjadi beda potensial antara ujung-ujung kumparan. Beda tegangan
yang demikian dinamakan gaya gerak listrik induksi ( GGL induksi)
dan arus yang terjadi disebut arus induksi atau arus imbas.
*HUKUM FARADAYDalam konteks medan, kita dapat mengatakan bahwa
sebuah medan magnet yang berubah terhadap waktu akan menghasilkan
sebuah gaya gerak listrik (ggl), yang pada gilirannya akan
membangkitkan arus jika terdapat sebuah rangkaian tertutup yang
memadai. Gaya gerak listrik pada dasarnya adalah tegangan yang
timbul karena pergerakan konduktor berarus di dalam sebuah medan
magnet, atau karena adanya medan yang berubah-ubah.Hukum Faraday
yang berbunyi: GGL induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu
loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks
magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut.
INDUKSI ELEKTROMAGNETIKGGL INDUKSI
Selamat berjumpa kembali dengan Cara Pintar Fisika, kali ini
kita belajat tentang Induksi Elektromagnetik dan GGL Induksi.
Pelajaran kita kali ini mencakup Fluks Magnet, Hukuk Faraday, Hukum
Lenz, Hukum Henry serta aplikasi GGL Induksi dalam kehidupan
sehari-hari, misalnya: Transformator, Generator dan Induktor.
Selamat belajar.
A. FLUKS MAGNETFluks magnetik (\small \Phi ) didefinisikan
sebagai jumlah garis gaya magnetik yang menembus tegak lurus suatu
bidang kumparan. Berdasarkan operasi vektor, fluks magnetik
didefinisikan sebagai perkalian skalar antara vektor induksi
magnetik B dengan vektor luas bidang A. Besarnya fluks magnetik
adalah : \small \Phi =AB\cos \thetadimana: \small \Phi = fluks
magnetik (Wb), B = medan magnet (T); N = garis normal\theta = sudut
antara B dan N; A = luas bidang (m^{2})
B. GGL INDUKSI HUKUM FARADAYBatang magnet di masukkan ke dalam
kumparan, dan selama gerakan magnet batang jarum galvanometer
menyimpang dari kedudukan semula. Pada saat magnet berhenti
bergerak, jarum galvanometer kembali ke kedudukan semula. Pada saat
magnet ditarik, jarum galvanometer menyimpang lagi dari kedudukan
semula, tetapi arahnya berlawanan dengan pada saat magnet mendekati
kumparan. Ini menunjukkan bahwa dalam rangkain terjadi arus listrik
(arus induksi) akibat beda tegangan yang disebut GGL induksi.
Hukum Faraday menyatakan bahwa : besar GGL induksi yang terjadi
dalam kumparan berbanding lurus dengan cepat perubahan fluks
magnetik yang dilingkupinya. Jadi besarnya GGL induksi pada sebuah
kumparan dengan N buah lilitan adalah : \varepsilon = -
N.\frac{d\Phi }{dt}= - N.A.\frac{dB }{dt}N = banyak lilitan
kumparan; \frac{d\Phi }{dt} = laju perubahan fluks magnetik
C. ARAH ARUS INDUKSI (HUKUM LENZ)Hukum Lens berbunyi : Arus
induksi mengalir pada penghantar atau kumparan dengan arah
berlawanan dengan gerakan yang menghasilkannya atau medan magnet
yang ditimbulkannya melawan perubahan fluks magnet yang
menimbulkannya.
Jika sebuah kawat lurus di gerakkan dengan kelajuan tertentu
memotong medan magnet homogen, maka antara ujung-ujung penghantar
timbul beda potensial yang disebut Gaya Gerak Listrik (GGL)
induksi. Jika ujung-ujung kawat dihubungkan sehingga terbentuk
rangkaian tertutup, maka dalam kawat akan mengalir arus listrik
yang disebut arus induksi. Jika kawat digerakkan dengan kecepatan v
ke kanan dalam medan magnet B yang arahnya masuk bidang, maka
timbul gaya Lorent ke kiri.sehingga arah arus listrik ke atas,
seperti gambar.Besarnya GGL induksi pada ujung-ujung kawat adalah
:\varepsilon = B.L.v \sin \thetaPada kawat akan mengalir arus
induksi yang besarnya :i=\frac{\varepsilon}{R}\epsilon =GGL induksi
(Volt) B = induksi magnet (T); L = panjang kawat (m); v = kecepatan
gerak kawat (m/s) i = arus induksi (A); R = hambatan kawat (\Omega
= ohm); \theta = sudut antara v dan B
D. PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
1. Generator listrikGenerator adalah alat untuk mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik. Generator ada dua jenis yaitu
generator arus searah (DC) atau dynamo dan generator arus
bolak-balik (AC) atau alternator. Generator bekerja berdasarkan
prinsip induksi elektromagnetik yaitu dengan memutar suatu kumparan
dalam medan magnet sehingga timbul GGL induksi. Jika kumparan
dengan N buah lilitan diputar dengan kecepatan sudut w, maka GGL
induksi yang dihasilkan oleh generator adalah : \varepsilon
=B.A.\omega .N.\sin \theta GGL induksi akan maksimum jika \theta =
90^{o} atau \sin \theta = 1 , sehingga : \varepsilon_{max}
=B.A.\omega .Nsehingga persamaan di atas dapat ditulis
menjadi:\varepsilon = \varepsilon_{max}\sin \theta\varepsilon = GGL
induksi (Volt); \varepsilon_{max} = GGL induksi maksimum( volt); N
= jumlah lilitan kumparan; B = induksi magnet (T); A=luas bidang
kumparan(m^{2}) \omega = kecepatan sudut kumparan (rad/s); t =
waktu (s); \theta = \omega .t = sudut (^{o})
2. Transformator Transformator atau trafo merupakan alat untuk
mengubah (memperbesar atau memperkecil) tegangan AC berdasarkan
prinsip induksi elektromagnetik yaitu memindahkan energi listrik
secara induksi melalui kumparan primer ke kumparan skunder. Trafo
menimbulkan GGL pada kumparan skunder karena medan magnet yang
berubah-ubah akibat aliran arus listrik bolak-balik pada kumparan
primer yang diinduksikan oleh besi lunak ke dalam kumparan
skunder.
Trafo ada dua jenis, yaitu trafo step-up dan step-down. Trafo
step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan AC sumber, jumlah
lilitan kumparan skunder lebih banyak dibandingkan jumlah lilitan
primer. Trafo step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan AC
sumber, jumlah lilitan skundernya lebih sedikit. Hubungan antara
tegangan dan jumlah lilitan trafo adalah :
\frac{V_{p}}{V_{s}}=\frac{N_{p}}{N_{s}}Efisiensi trafo besarnya
dapat dihitung dengan persamaan :\eta
=\frac{P_{s}}{P_{p}}=\frac{V_{s}I_{s}}{V_{p}I_{p}}Pada trafo ideal
dengan efisiensi 100%, akan memiliki daya primer dan daya skunder
yang sama besar. Jadi pada trafo ideal berlaku :
P_{p}=P_{s}\rightarrow
\frac{V_{p}}{V_{s}}=\frac{N_{p}}{N_{s}}=\frac{I_{s}}{I_{p}}\eta =
efisiensi trafo (%)Vp = tegangan primer/input (Volt); Vs = tegangan
skunder/output (Volt) Np = tegangan primer; Ns = tegangan skunder
Pp = daya primer (Watt); Ps = daya skunder (Watt) Ip = kuat arus
primer (A); Is = kuat arus skunder (A)
3. Induktor Induktor merupakan kumparan yang memiliki banyak
lilitan kawat. Induktor memiliki induktansi diri, yaitu gejala
kelistrikan yang menyebabkan perubahan arus listrik pada kumparan
dapat membangkitkan GGL induksi pada kumparan tersebut.
Joseph Henry telah melakukan penyelidikan tentang ggl induksi
akibat perubahan fluks magnetik yang ditimbulkan oleh suatu
kumparan dan diperoleh kesimpulan bahwa besarnya GGL induksi
sebanding dengan laju perubahan arus terhadap waktu. Secara
matematika pernyataan ini dapat dituliskan sebagai:\varepsilon = -L
\frac{di}{dt}\varepsilon = GGL induksi (Volt) \frac{di}{dt} = laju
perubahan kuat arus listrik (A) terhadap perubahan waktu (s)
Besarnya induktansi diri induktor sebesar : L=\frac{\mu
_{o}A.N^{2}}{l}L = induktansi diri inductor (Henry = H); N = jumlah
lilitan inductor A = luas penampang inductor (m^{2}); l = panjang
inductor (m)
Induktor dapat menyimpan energi sebesar :W=\frac{1}{2}Li^{2}W =
energi inductor (J); L = induktansi diri (H); i = kuat arus listrik
(A)
Induktansi Silang
Induktansi silang disebut juga induktansi timbal-balik, yaitu
gejala kelistrikan akibat dua buah kumparan yang saling didekatkan.
Jika salah satu kumparan mengalir arus listrik, maka akan timbul
GGL induksi pada kumparan kedua.GGL induksi pada kumparan kedua
menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah, sehingga kembali
menimbulkan GGL induksi pada kumparan pertama. Besarnya induktansi
silang kedua kumparan adalah :L=\frac{\mu
_{o}A.N_{1}N_{2}}{l}Besarnya GGL induksi pada umparan pertama dan
kedua masing-masing adalah : \varepsilon _{1}= -M\frac{di_{2}}{dt}
\hspace {5 mm} dan \hspace {5 mm} \varepsilon _{2}=
-M\frac{di_{1}}{dt}M = induktansi silang (H)\mu _{o}= permeabelitas
ruang hampa N_{1} = jumlah lilitan kumparan pertama; N_{2} = jumlah
lilitan kumparan kedua A = luas penampang kumparan; l = panjang
kumparan (m),I_{1} = kuat arus kumparan pertama (A); I_{2} = kuat
arus kumparan kedua (A)
Read more:
http://carafisika.blogspot.com/2013/10/induksi-elektromagnetikggl-induksi.html#ixzz30u5pMaRx
