HUKUM AMPERE&TRANSFORMATOR*

ReviewHukum Biot Savart merupakan hukum yang umum digunakan untuk menghitungkuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik. Apapun bentuk konduktor dan berapapun arus yang mengalir, maka kuat medan magnet di sekitar arus tersebut selalu memenuhi hukum Biot-Savart.*

Namun, kita tidak selalu mudah arus menentukan kuat medan magnet di sekitar arus dengan hukum Biot-Savart. Untuk bentuk kawat yang rumit, maka integral pada hukum Biot-Savart tidak selalu dapat diselesaikanAdakah metode alternatif untuk menentukan kuat medan magnet di sekitar arus listrik ???*

*

Hukum AmpereHubungan antara arus i dan medan magnet B dapat didefinisikan sebagai :

Yang dikenal sebagai hukum Ampere.

Dengan adalah keliling lingkaran, maka persamaan (9.1) dapat ditulis menjadi :

Aplikasi Hukum AmpereKawat Lurus PanjangSelenoidaToroida*

Medan Magnet (B) di Dekat Sebuah Kawat Yang PanjangGaris-garis B untuk sebuah kawat silinder lurus yang panjang yang mengangkut sebuah arus i merupakan lingkaran-lingkaran konsentris yang berpusat pada sumbu kawat dan B pada suatu jarak r dari sumbu ini adalah diberikan oleh :*

Contoh 1 :

Kawat listrik vertikal di dinding sebuah gedung membawa arus dc sebesar 25 A ke atas. Berapa medan magnet pada titik 10 cm di utara kawat ini.*

Dua Penghantar Yang SejajarGaya F per satuan panjang l pada konduktor yang membawa arus i2 adalah :

*

Contoh 2Sebuah kawat horizontal panjang mengangkut arus i1 sebesar 100 A. Di atas kawat tersebut terdapat sebuah kawat halus sejajar dengannya yang mengangkut arus i2 sebesar 20 A dengan berat 0,0050 N/m. Berapa jauhkah kawat kedua ini direntangkan di atas kawat pertama jika kita ingin menopang kawat kedua tersebut dengan tolakan gaya magnet ?

*

Contoh 3Kawat horizontal membawa arus i1 = 80 A dc. Berapa besar arus i2 yang harus dibawa kawat paralel kedua yang berada 20 cm di bawahnya sehingga kawat tidak jatuh karena gravitasi ? Kawat yang lebih rendah memiliki massa 0,12 g per meter panjangnya.

*

Medan Magnet pada SelenoidaSelenoida merupakan kawat yang digulung dengan sumbu yang samaTiap lilitan kawat pada selenoida akan menghasilkan arah medan magnet yang seragam, sehingga didapatkan medan magnet yang kuat ditengah-tengah selenoidaPerubahan arah arus listrik yang mengalir dalam selenoida akan memberikan perubahan arah medn magnet*

Medan Magnet pada SelenoidaMedan magnet B untuk sebuah solenoida diberikan oleh persamaan :*

Definisi Fluks MagnetikfFluks B untuk medan magnet B didefinisikan sebagai:

Contoh 4Sebuah solenoida mempunyai panjang 1 m dan diameter dalam 3 cm. Solenoida tersebut mem-punyai lima lapisan lilitan yang masing-masing terdiri dari 850 lilitan dan mengangkut sebuah arus sebesar 0,5 A.Berapakah B pada pusat solenoida tersebut ?Berapakah fluks magnet B untuk sebuah penampang solenoida pada pusatnya ?

Medan Magnet pada ToroidaGambar di samping ini memperlihatkan sebuah toroida yang dapat digambarkan sebagai sebuah solenoida yang dibengkokkan menjadi bentuk sebuah donat.

Medan magnet B untuk sebuah toroida diberikan oleh:

TransformatorTransformator bekerja berdasarkan prinsip. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer Induksi elektromagnetik menimbulkan fluks magnet, yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.*

Hubungan Primer - SekunderRumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalahKarena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapatsedemikian hingga *

Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

*

Kerugian dalam TransformatorKerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder.Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)

*

Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapis.

*

Efisiensi TranformatorEfisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus

Karena adanya kerugian pada transformator, maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%*

Jenis Jenis TransformatorStep-Up Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.

*

Step-Down Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

*

Autotransformator Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer.Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendahTetapi, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1.5 kali lipat)*

Autotransformator variabel Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah*

Transformator isolasi Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.Transformator pulsa Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.

*

Transformator tiga fase Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta ().*

Sumberhttp://id.wikipedia.orghttp://fisika-indonesia.blogspot.com/2010/10/hukum-ampare.htmlhttp://www.kelas-sains.com/2013/02/Induksi-elektromagnetik-materi-ipa-ix.htmlhttp://lestaridwie.blogspot.com/http://astro1.panet.utoledo.edu/

*