INDUKSI ELEKTROMAGNET

Hubungan antara Pergerakan Garis Medan Magnet dengan Terjadinya Gaya Gerak Listrik Induksi

Seperti yang telah kamu ketahui,  ada beberapa bentuk energi yang diantaranya adalah: energi kalor, energi kimia, energi cahaya, energi bunyi, dan energi listrik. Nah, di antara bentuk-bentuk energi tersebut, energi listriklah yang paling mudah diubah menjadi bentuk energi lain. kaarena itu juga energi listrik merupakan energi yang paling banyak dimanfaatkan untuk kepentingan  manusia.  Energi listrik dapat diperoleh dari mesin pembangkit listrik yaitu generator. Generator menghasilkan energi listrik dengan beda potensial yang sangat tinggi yaitu dalam orde megavolt, tegangan yang sangat besar ini tidak secara langsung dialirkan kerumah-rumah, namun harus melewati sebuah alat penurun tegangan yang disebut dengan tranformator atau trafo. Dasar kerja trafo dan generator adalah induksi elektromagnetik. 


Terjadinya GGL Induksi
Michael Faraday (1991 – 1867) Seorang ilmuwan dari Jerman ia mengacu pada penemuan  Oersted bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Karena termotivasi oleh gagasan tersebut kemudian pada tahun 1822, Faraday memulai melakukan percobaan-percobaan. Pada tahun 1831 Faraday berhasil membangkitkan arus listrik dengan menggunakan medan magnet.

Simulasi percobaan Faraday tersaji sebagai berikut.

Contoh 1

Contoh 2

Hasil percobaan Faraday adalah sebagai berikut

1. Arus listrik terjadi ketika magnet bergerak mendekat atau menjauh dan tidak terjadi ketika magnet dalam keadaan diam
2. Gerakan magnet mendekat dan menjauh menimbulkan perubahan medan magnet. Dengan demikian arus listrik yang terjadi karena adanya perubahan medan magnet
3. Makin cepat perubahan medan magnet terjadi, arus yang timbul semakin besar. Ini artinya kecepatan perubahan fluks magnetik mempengaruhi besar kecil arus listrik
4. Arus dan beda potensial akibat perubahan fluks magnetik dinamikan arus dan tegangan induksi
5. Gejala timbulnya arus dan tegangan akibat perubahan fluks magnetik dikenal denganinduksi elektromagnetik

Prinsip Kerja Dinamo dan Generator

Kamu sudah mengetahui bahwa terjadinya arus induksi dan GGL induksi antara lain dengan cara kutub magnet digerakkan di dekat kumparan atau kumparan digerakkan di dekat kutub magnet. Karena kita menggerakkan kutub magnet berarti terdapat energi gerak atau energi kinetik. Jadi, dalam proses terjadinya arus induksi terdapat perubahan energi gerak menjadi energi listrik. Akibat gerakan magnet di dalam suatu kumparan menimbulkan arus induksi yang secara langsung adanya energi lisrik yang ditimbulkan. dalam kehidupan sehari-hari berikut ini adalah peralatan yang menerapkan prinsip GGL induksi.

Dinamo / Generator Listrik

Dinamo / Generator adalah alat yang mengubah energi gerak/kinetik menjadi energi listrik

1. Dinamo Sepeda 

Dinamo sepeda ada yang menerapkan magnet sebagai stator (bagian yang diam) dan kumparan sebagai rotor (bagian yang berputar), tetapi pada umumnya menggunakan magnet sebagai rotor. Magnet berputar dekat kumparan yang berinti besi sebagai stator. Akibat perputaran magnet, garis gaya magnet yang memotong kumparan berubah-ubah akibatnya timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. Arus induksi akan mengalir sehingga lampu menyala, semakin cepat perputaran roda sepeda semakin terang nyala lampu.   

2. Generator Arus Bolak-balik

Generator Arus Bolak-balik

Generator merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik, generator terbagi menjadi generator arus bolak-balik dan generator arus searah.Generator arus bolak-balik disebut juga alternator terdiri dari magnet, kumparan yang berinti besi, cincin luncur dan sikat karbon. Pada PLTA, generator dihubungkan dengan sudu-sudu yang dapat diputar oleh aliran air terjun, putaran sudu-sudu menyebabkan kumparan berputar. Ketika kumparan berputar terjadi perubahan fluks magnet yang dilingkup oleh kumparan tersebut, akibatnya pada kumparan akan mengalir arus induksi. GGL induksi dari kumparan dihubungkan dengan cincin sikat karbon ke rangkaian di luar generator. Selanjutnya listrik yang dihasilkan generator bisa ditransmisikan ke rumah-rumah. 

3. Generator Arus Searah

 

Generator Arus Searah

Generator arus searah (DC) memiliki satu cincin yang dibelah sehingga dinamakan cincin belah atau komutator.  Kedua sikat karbon bersentuhan dengan kedua cincin belah secara bergantian, sehingga salah satu sikat karbon selalu berpolaritas positif dan yang lain berpolaritas negatif. Hal ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir ke luar generator adalah searah (DC).

Prinsip Kerja Transformator (Trafo)

Transformator adalah sebuah alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolakbalik. Transformator sering disebut trafo. Sebuah
transformator terdiri atas sebuah inti besi. Pada inti besi digulung dua lilitan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, lihat Gambar 13.5! 


Info MEDIA
Pada tahun 1831, Faraday menemukan bahwa penghentian atau pengaliran arus dalam salah satu kawat pada cincin besi ini menyebabkan dorongan singkat dari arus di kawat lainnya. Cincin yang sekarang jadi terkenal ini sebenarnya sama dengan transformator
modern yang tercipta 160 tahun kemudian. 

Prinsip kerja tranformator adalah sebagai berikut.
1. Kumparan primer dihubungkan kepada sumber tegangan yang hendak diubah besarnya. Karena tegangan primer itu tegangan bolak-balik, maka besar dan arah tegangan itu berubah-ubah.
2. Dalam inti besi timbul medan magnet yang besar dan arahnya berubah-ubah pula. Perubahan medan magnet ini menginduksi tegangan bolakbalik pada kumparan sekunder. 

Dari sebuah percobaan dapat ditunjukkan, bahwa:
1. Perbandingan antara tegangan primer, Vp, dengan tegangan sekunder, Vs sama dengan perbandingan antara jumlah lilitan primer, Np, dan lilitan sekunder, Ns.
2. Perbandingan antara kuat arus primer, Ip, dengan kuat arus sekunder, Is, sama dengan perbandingan jumlah lilitan sekunder dengan
lilitan primer.
Dari kedua pernyataan tersebut dapat dituliskan secara singkat dengan persamaan sebagai berikut:


Ada dua hal perlu dipahami untuk transformator ini, yaitu:
1. Transformator hanya digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak-balik (AC) dan tidak untuk arus searah (DC).
2. Transformator tidak dapat memperbesar daya listrik yaitu tidak dapat memperbesar banyaknya daya yang masuk ke dalam transformator tersebut. 

Efisiensi Tranformator
Kalian sudah mengetahui persamaan-persamaan yang berlaku pada transformator. Persamaan di atas dan didasarkan atas efisiensi transformator dianggap seratus persen. Tetapi kenyataan sehari-hari efisiensi transformator selalu kurang dari seratus persen. Mengapa demikian? Selama penggunaan transformator, besarnya daya yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder selalu lebih kecil daripada daya
yang diterima oleh kumparan primer. Hal ini disebabkan selama transformator digunakan ada sebagian energi listrik yang berubah menjadi kalor. Dengan kata lain energi listrik yang keluar dari transformator selalu lebih kecil daripada energi yang masuk ke dalam transformator. Agar diperoleh efisiensi mendekati 100% padapenggunaan transformator, biasanya dilakukan caracara sebagai berikut:
1. Diberi bahan pendingin.
2. Untuk mengurangi panas, membuat inti besi untuk transformator berbentuk pelat atau lempengan.
3. Mengalirkan udara dingin, misal dengan air conditioning atau kipas angin. 

Selama 1 sekon, kumparan primer tranformator menerima energi dari sumber yang akan diubah sebesar Wp = Vp Ip t joule. Selama t sekon transformator tersebut juga melepas energi melalui kumparan sekunder sebesar Ws = Vs Is t joule. Efisiensi tranformator, �� , adalah persentase harga perbandingan antara besar energi yang dilepas transformator tiap sekon pada kumparan sekunder dengan energi yang diterima transformator setiap sekon pada kumparan primer. Energi tiap sekon disebut daya. Oleh karena itu, efisiensi dapat dinyatakan dalam perbandingan daya sekunder, Ps dan daya primer, Pp, kali 100 % dan dapat ditulis 

Karakteristik Transformator dan Penerapannya

Ada dua transformator, yaitu:
1. Transformator step-up (transformator penaik tegangan)
2. Transformator step-down (transformator penurun tegangan)


Ciri-ciri kedua jenis trafo adalah:
1) Trafo step-up
a. Jumlah lilitan kumparan primer selalu lebih kecil dari jumlah lilitan kumparan sekunder, (Np < Ns)
b. Tegangan primer selalu lebih kecil dari tegangan sekunder, (Vp < Vs)
c. Kuat arus primer selalu lebih besar dari kuat arus sekunder, (Ip> Is)

2) Trafo step-down
a. Jumlah lilitan kumparan primer selalu lebih besar dari jumlah lilitan kumparan sekunder, (Ip> Ns)
b. Tegangan primer selalu lebih besar dari tegangan sekunder (Vp > Vs)
c. Kuat arus primer selalu lebih kecil dari kuat arus sekunder, (Ip< Is) 
Salah satu contoh penggunaan transformator adalah pada pesawat penerima radio jenis “tabung”.

Source: kelas-sains.com