INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

1. Gaya gerak listrik induksi

Gaya gerak listrik induksi dapat terjadi apabila ada perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu penghantar/ kumparan. Perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kawat penghantar tersebut dapat terjadi dengan berbagai cara, misalnya :a. kawat lurus yang bergerak memotong medan magnet homogenb. kumparan yang diam berada di dalam medan magnet yang fluks magnetiknya

berubah terhadap waktuc. kumparan yang berputar diantara kutub-kutub magnetd. kutub-kutub magnet yang berputar diantara kumparane. arus listrik yang besarnya berubah-ubah terhadap waktu

Jika kawat lurus yang beregrak memotong medan magnet homogen , maka fluks magnetik yang dilingkupi kawat akan berubah, hal ini dapat menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kawat penghantar :

X x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Iind. x x x x x x x x x x R v x x x x x x x x x x

x x x x x x x x x x

Pada peristiwa tersebut terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi listrik. Dengan menggunakan konsep hukum kekekalan energi, bahwa energi listrik yang dihasilkan sama dengan perubahan energi mekaniknya dapat dibuktikan (tidak dijabarkan di sini) bahwa ggl induksi yang dihasilkan dapat dirumuskan :

= - l v B sin jika v B maka : = - l v Bdimana l : panjang kawat (m)

v : kecepatan (m/s)B : induksi magnetik (tesla) : sudut antara v dan B : ggl induksi (volt)

Rumusan ggl induksi di atas dapat pula diturunkan menjadi (tidak dijabarkan di sini)

Karena = B A cos , maka = A B cos atau = B A cos

Besarnya ggl induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetiknya (hukum Faraday)Tanda negatif pada rumusan di atas merupakan konsekuensi dari hukum Lenz.

GGL induksi dapat terjadi karena adanya perubahan arus listrik. Arus yang berubah-ubah pada suatu kumparan akan menjadikan medan magnet yang dihasilkan juga berubah-ubah, hal ini mengakibatkan kumparan menerima fluks magnetik yang besarnya berubah-ubah. Perubahan fluks magnetik pada kumparan ini dapat menimbulkan ggl induksi.Hukum Lenz

Arah arus induksi dalam suatu kumparan sedemikian rupa sehingga menghasilkan medan magnet induksi yang sifatnya menentang perubahan medan magnet penyebabnya.Penjelasan hukum ini diberikan pada latihan-latihan soal.Penerapan peristiwa induksi elektromagnetik antara lain pada :

transformator (trafo) generator dc maupu generator ac induktor Ruhmkorf (coil pada motor/mobil)

2. Transformator

Prinsip kerja transformator adalah induksi elektromagnetik, yakni perubahan arus pada kumparan primer akan menghasilkan perubahan medan magnet pada kumparan primer sekaligus perubahan fluks magnetik pada kumparan sekundernya. Perubahan fluks magnetik pada kumparan sekunder ini dapat menimbulkan ggl induksi pada kumparan sekunder. Perubahan arus pada kumparan primer dapat dilakukan dengan menggunakan sumber listrik arus bolak balik (ac) atau sumber arus searah yang besar arusnya sengaja di ubah-ubah secara periodik misal : menggunakan pemutus dan penyambung arus (interuptor).

Ip Is

p=Vp s=Vs

Np Ns

Bila tegangan primernya Vp , tegangan sekunder Vs, lilitan primer Np, lilitan sekunder Ns, arus primer Ip, arus sekunder Is, dengan menggunakan kedua persamaan di atas dapat dirumuskan :

Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya sekunder dengan daya primer, atau :

Untuk transformator ideal (tidak ada daya yang hilang) efisiensinya 100 %, maka daya masukan = daya keluaran atau : (rumusan ini hanya berlaku khusus trafo ideal ( = 100 %)

3. GeneratorGenerator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi kinetik (gerak) menjadi energi listrik. Prinsipnya adalah : induksi elektromagnetik (hukum Faraday). Jika kumparan diputar diantara kutub-kutub magnet sehingga memotong garis-garis medan magnet maka kumparan akan menerima fluks magnetic yang besarnya berubah-ubah. Perubahan fluks magnetic ini yang dapa menimbulkan ggl induksi. Besarnya ggl induksi dapat diturunkan dari rumus Faraday, hasilnya :

GGL induksi sesaat : GGL induksi maksimum :

Pada prinsipnya generator dc dan ac adalah sama. Letak perbedaannya hanyalah pada cincin kolektornya / cincin luncur. Pada generator dc menggunakan satu buah cincin belah yang berfungsi sebagai komutator (pembalik polaritas tegangan atau arus), sedangkan pada generator ac menggunakan dua buah cincin luncur (utuh).

SOAL_SOAL LATIHAN1. Penghantar yang panjangnya 25 cm digerakkan di dalam medan magnet homogen

dengan kecepatan 8 m/s arahnya memotong tegak lurus medan magnet yang besarnya 1,2 tesla. Tentukan ggl induksi yang dihasilkan !

2. Kawat AB panjangnya 40 cm di- D R C gerakkan dengan kecepatan 5 m/s dalam medan magnet homogen

1,5 tesla seperti pada gambar. Bila hambatan resistor 50 ,

tentukanlah besar dan arah arus induksi yang melalui resistor ! A B

v3. Sebuah kawat konduktor panjangnya 80 cm diputar menurut lingkaran vertikal dengan

sumbu putar melalui salah satu ujung kawat, di dalam medan magnet homogen 2,0 tesla yang arahnya horisontal. Bila kecepatan berputarnya 5 rad/s, tentukanlah ggl induksi yang dihasilkan !

4. Sebuah kumparan terdiri dari 500 lilitan dengan jari-jari 5 cm berada didalam medan magnet yang arahnya tegak lurus bidang kumparan, dengan induksi magnetik yang berubah dari 0,8 tesla menjadi nol dalam waktu 0,1 sekon. Tentukan ggl induksi yang dihasilkan !

5. Kumparan dengan luas penampang 50 cm2, terdiri dari 200 lilitan berada di dalam medan magnet besarnya 3,0 tesla arahnya tegak lurus bidang kumparan. Tentukan ggl induksi yang dihasilkan bila dalam waktu 0,2 sekon :a. induksi magnetiknya menjadi nol !b. induksi magnetiknya menjadi 3 tesla tetapi arahnya berlawanan dengan semula !c. kumparan berputar 60o terhadap semula !

6. Kumparan terdiri dari 400 lilitan berada dalam medan magnet yang fluks magnetiknya berubah dari 0,5 weber menjadi 0,2 weber tetapi arahnya berlawanan dengan arah semula. Bila arah induksi magnetik tegak lurus bidang kumparan, tentukan ggl induksinya !

7. Sebuah resistor 50 dihubungkan dengan ujung-ujung sebuah kumparan yang terdiri dari 500 lilitan yang berada dalam medan magnet yang berubah dari 0,2 tesla menjadi 1,0 tesla dalam waktu 0,1 sekon. Bila diameter kumparan 10 cm, dan arah induksi magnetik tegak lurus bidang kumparan, tentukan besar arus yang mengalir melalui resistor !

7. Resistor dengan resistansi 25 dihubungkan dengan ujung-ujung kumparan yang luas penampangnya 40 cm2, terdiri dari 200 lilitan. Kumparan berada dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus bidang kumparan. Tentukan muatan yang mengalir bila induksi magnetiknya berubah dari 0,2 tesla menjadi 2,2 tesla !

9. Kawat horisantal AB dapat me- D R C luncur pada sisi-sisi vertikal licin seperti pada gambar. Kawat memi-

luiki massa 45 gram dan panjang 25 cm. Jika medan magnet homogen

sebesar 3 tesla diarahkan horisontal tentukan kecepatan akhir konstan

v10.

U S

A B G

Jika arus yang melaui galvanometer dari A ke B, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Tentukanlah simpangan galvanometer jika : a. magnet digerakkan mendekati kumparan !b. magnet digerakkan menjauhi kumparan !

11.

S U

A B G

Jika arus yang melaui galvanometer dari A ke B, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Tentukanlah simpangan galvanometer jika : a. magnet digerakkan mendekati kumparan !b. magnet digerakkan menjauhi kumparan !

12.

S

A B G

Jika arus yang melaui galvanometer dari A ke B, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Tentukanlah simpangan galvanometer jika : a. Saklar semula terbuka kemudian di tutup !b. Saklar semula tertutup kemudian dibuka !

13. Sebuah induktor dengan induktansi diri 0,8 henry dialiri arus listri yang berubah dari 1,2 A menjadi nol dalam waktu 0,2 sekon. Tentukan ggl induksi yang dihasilkan !

14. Sebuah induktor dapat menghasilkan ggl induksi sebesar 6,0 volt ketika induktor tersebut dialiri arus yang berubah dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,1 sekon. Tentukan induktansi diri induktor tersebut !

15. Sebuah induktor dengan induktansi diri 2,0 mH dialkiri arus yang berubah terhadap waktu dengan persamaan I = 0,5 cos 4t , I dan t dalam SI. Tentukanlah :a. persamaan ggl induksinya !b. ggl induksi pada saat t = 1/12 sekon !c. ggl indusi maksimumnya !d. selang waktu ketika gglnya setengah dari ggl induksi maksimum !

16. Sebuah pesawat radio memerlukan tegangan 6 volt dan arus 300 mA dari sebuah transformator. Jika tegangan sumber 220 volt, dan transformator dianggap ideal, tentukan :a. perbandingan lilitan primer dan sekunder !b. arus yang ditarik oleh transformator !

c. daya pada transformator !17. Transformator stepdown mengubah tegangan dari 1000 volt menjadi 200 volt. Lilitan

primernya 2500, efisiensinya 80 %. Tentukanlah :a. jumlah lilitan sekundernya !b. kuat arus sekunder, daya sekunder, daya primer serta kuat arus primer bila

sekundernya dihubungkan dengan lampu 40 watt 200 volt !c. kuat arus sekunder, daya sekunder, daya primer serta kuat arus primer bila

sekundernya dihubungkan dengan lampu 40 watt 220 volt !18. Transformator stepdown tegangan primernya 220 volt dengan jumlah lilitan 880.

Tegangan sekundernya terdiri dari dua bagian masing-masing 6 volt dan 9 volt. Efisiensi transformator 80 %. Tentukanlah :a. jumlah lilitan sekunder masing-masing !b. arus sekunder dan arus primernya bila pada terminal keluaran 6 volt dipasang lampu

7,5 V 10W ! c. arus sekunder dan arus primernya bila pada terminal keluaran 9 volt dipasang lampu

7,5 V 10W !19. Sebuah transformator akan digunakan untuk menjalankan peralatan listrik 220 V 75

watt. Transformator tersebut disuplai dari sumber tegangan 180 volt. Efisiensi transformator 90 %. Diharapkan peralatan listrik tersebut bekerja pada tegangan yang sesuai. Tentukanlah :a. perbandingan lilitan primer dan sekundernya !b. arus dan daya yang diserap oleh transformator tersebut !

20. K M E

110V lampu

50 250 300 30

L N FHambatan kawat KM = hambatan kawat NL = 10 , arus yang melalui KM 500 mA. Trafo dianggap ideal. Tentukanlah :a. Beda potensial antara titik K dan L ?b. Beda potensial antara titik K dan M ?c. Beda potensial antara titik N dan L ?d. Beda potensial antara titik M dan N ?e. Beda potensial antara titik E dan F ?f. Bila lampu yang dipasang tertulis 40 W 50 V, berapa arus yang melalui lampu serta

daya yang diserap lampu ?21. Sebuah kumparan berbentuk persegi panjang memiliki 200 lilitan, panjangnya 10 cm

dan lebarnya 5 cm. Kumparan ini diputar dengan poros yang tegak lurus medan magnetik 0,5 tesla. Jika kecepatan putarannya 60 rad/s. tentukan ggl induksi maksimumnya !

22. Kumparan generator berbentuk lingkaran dengan diameter 20 cm terdiri dari 500 lilitan diputar dengan poros tegak lurus arah medan magnet yang besarnya 2,4 tesla. Jika kecepatan berputarnya generator 360 rpm, tentukan ggl induksi maksimumnya ?