Download - Induksi Elektromagnetik
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