File

advertisement
Induksi
Elektromagnetik
perubahan medan magnetik dapat menimbulkan perubahan arus listrik
(Michael Faraday)
Fluks magnetik adalah banyaknya garis-garis medan magnetik yang
menembus permukaan bidang secara tegak lurus
GGL induksi timbul jika terjadi perubahan fluks magnetik di dalam
kumparan
INDUKSI
ELEKTROMAGNETIK
alat untuk mengubah tegangan listrik / arus listrik
bolak balik. Artinya transformator digunakan
untuk menaikkan atau menurunkan, baik
tegangan maupun arus listrik bolak balik.
Transformator
transformator
transformator STEP - UP
transformator STEP - DOWN
Standart Kompetensi
1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian
masalah dan produk teknologi
Kompetensi Dasar
2.3 Memformulasikan
konsep
induksi
Faraday
dan
arus
bolak
balik
serta
penerapannya.
Indikator
1. Memformulasikan konsep induksi elektromagnetik Faraday
2. Mengaplikasikan konsep induksi elektromagnetik Faraday pada persoalan fisika
sehari-hari, seperti transformator
80 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
Elektromagnetik
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
Michael
Faraday
menemukan
bahwa
perubahan
medan
magnetik
dapat
menimbulkan arus listrik, gejala yang demikian disebut induksi elektromagnetik.
οƒ˜ Fluk Magnetik
fluks magnetik adalah banyaknya garis-garis
medan
magnetik
yang
menembus
permukaan bidang secara tegak lurus.
Persamaan fluks magnetik:
πœ™ = B A cos πœƒ
Keterangan:
πœ™ = fluks magnetik (Wb)
B = kuat medan magnetik (T)
A = luasan yang ditembus garis medan magnetik (m2)
πœƒ = sudut antara B dengan garis normal
οƒ˜ GGL Induksi
ο‚·
GGL induksi timbul jika terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan,.
Perubahan fluks magnetik menyebabkan timbulnya beda tegangan pada ujungujung kemparan (adanya ggl induksi)
ο‚·
Jika ujung-ujung kumparan ini dihubungkan dengan rangkaian tertutup dengan
sebuah hambatan, pada rangkaian tersebut akan mengalir arus listrik. Arus
listrik yang mengalir tersebut disebut dengan arus induksi
ο‚·
Persamaan GGL induksi
πœ€π‘–π‘›π‘‘ = −𝑁
Δπœ™
Δ𝑑
Keterangan:
πœ€π‘–π‘›π‘‘ = ggl induksi (V)
N = jumlah lilitan kumparan
Δπœ™ = perubahan fluks magnetik (Wb)
Δ𝑑 = selang waktu (sekon)
Tanda negatif (–) menunjukkan arah arus induksi yang selalu menentang
penyebabnya.
81 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
Elektromagnetik
οƒ˜ GGL Induksi Akibat Perubahan Luas Bidang Kumparan
ο‚·
Sebuah kawat PQ dapat bergerak bebas menempel pada kawat berbentuk U,
yang ditembus oleh medan magnetik B secara tegak lurus dengan arah
menembus bidang kertas.
ο‚·
Kawat PQ digeser ke kanan dengan kecepatan v sehingga terjadi perubahan
luasan yang ditembus maka akan terjadi ggl induksi yang dirumuskan:
πœ€=BLv
Keterangan:
𝐿 = panjang kawat (m)
𝑣 = kecepatan gerak kawat PQ (m/s)
ο‚·
Arah gaya lorentz berlawanan arah dengan arah kecepatan kawat PQ
sehingga arah gaya lorentznya ke kiri karena kecepatan kawat PQ ke kanan.
ο‚·
Arah arus induksi pada kawat PQ adalah dari P ke Q sesuai dengan kaidah
tangan kanan kedua.
οƒ˜ Transformator
ο‚·
Transformator / Trafo adalah alat untuk mengubah tegangan listrik / arus listrik
bolak
balik.
Artinya
transformator
digunakan
untuk
menaikkan
atau
menurunkan, baik tegangan maupun arus listrik bolak balik.
ο‚·
Transformator
terdiri
atas
susunan
lempeng-lempeng besi (inti besi) tempat
kumparan dililitkan, yaitu kumparan primer
sebanyak Np lilitan dan kumparan sekunder
sebanyak Ns lilitan.
82 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
ο‚·
Elektromagnetik
Prinsip kerja transformator
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik
maka mengalir arus sehingga menimbulkan fluks magnetik yang berubah-ubah
di dalam kumparan primer.
Perubahan fluks magnetik di kumparan primer menyebabkan timbulnya fluks
magnetik di kumparan sekunder. Akibat adanya fluks magnetik di kumparan
sekunder menyebabkan timbulnya ggl induksi pada kumparan sekunder.
Ggl induksi pada kumparan sekunder menyebabkan timbulnya arus pada
kumparan sekunder.
ο‚·
Jenis transformator
(1) Transformator STEP-UP
yaitu transformator yang digunakan unktuk
menaikkan tegangan listrik bolak balik.
Jumlah lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer (Ns > Np)
Tegangan sekunder lebih besar daripada tegangan primer (Vs > Vp)
Example:
Pusat pembangkit listrik hanya mampu menghasilkan 25 kV padahal untuk
mentransmisi listrik jarak jauh dibutuhkan tegangan listrik yang mencapai
300 kV, sehingga dibutuhkan Transformator STEP-UP untuk menaikkan
tegangan mencapai 300 kV.
(2) Transformator STEP-DOWN
yaitu transformator yang digunakan unktuk
menurunkan tegangan listrik bolak balik.
Jumlah lilitan primer lebih banyak daripada lilitan sekunder (Np > Ns)
Tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder (V p > Vs)
Example:
TV memerlukan tegangan 110 volt, sedangkan listrik dari PLN 220 volt
maka diperlukan Transformator STEP-DOWN untuk menurunkan tegangan
listrik bolak balik 110 volt. Vontoh peralatan listrik yang memerlukan
Transformator STEP-DOWN adalah radio, komputer dll.
83 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
ο‚·
Hubungan antara tegangan, banyak lilitan dan kuat arus untuk transformator:
𝑣𝑝
𝑣𝑠
ο‚·
Elektromagnetik
=
𝑁𝑝
𝑁𝑠
=
𝐼𝑠
𝐼𝑝
Transformator ideal (efisiensinya, πœ‚ = 100%) adalah energi listrik pada
kumparan primer dipindahkan seluruhnya ke kumparan sekunder. Namun
pada kenyataannya, efisiensi transformator selalu kurang dari 100 % (tidak
semua energi listrik pada kumparan primer dipindahkan seluruhnya ke
kumparan sekunder). Hal ini disebabkan karena sebagian energi tersebut
berubah menjadi energi panas. Sehingga, energi listrik yang keluar dari
transformator selalu lebih kecil daripada energi yang masuk ke dalam
transformator.
Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya pada kumparan
sekunder (Ps) dengan daya pada kumparan primer (Pp):
𝑃
πœ‚ = 𝑃𝑠 π‘₯ 100 % =
𝑝
𝑉𝑠 . 𝐼𝑠
𝑉𝑝 .𝐼𝑝
π‘₯ 100 %
Keterangan:
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = banyaknya lilitan primer
Ns = banyaknya lilitan sekunder
Ip = kuat aris primer (A)
IS = kuat aris sekunder (A)
Ps = daya sekunder (J/s)
Pp = daya primer (J/s) atau (watt)
πœ‚ = efisiensi transformator
Contoh Soal
1. GGL induksi timbul karena ....
a. Pemasangan galvanometer pada sebuah rangkaian
b. Meletakkan penghantar feromagnetik dalam inti kumparan
c. Mengalirkan arus dalam penghantar yang berada di dalam medan
magnet
d. Menggerakkan penghantar dalam medan magnet sesuai dengan arah
garis
e. Menggerakkan penghantar dalam medan magnet sehingga memotong
garis-garis gaya magnet
84 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
Elektromagnetik
2. Pernyataan berikut ini yang tepat sesuai dengan prinsip terjadinya GGL
induksi adalah ....
a. Kekuatan magnet tidak berpengaruh terhadap nilai GGL induksi
b. Kecepatan
perubahan
garis
gaya
magnet
dalam
kekuatan
induksi
kumparan
memengaruhi nilai GGL induksi
c. Bentuk
magnet
akan
memengaruhi
sehingga
memengaruhi nilai GGL induksi
d. Jenis gerakan magnet dalam kumparan akan berpengaruh terhadap nilai
GGL induksi
e. Gerakan kumparan di sekitar magnet tidak berpengaruh terhadap nilai
ggl induksi
3. Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB
memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar.
Tentukan:
a) besar ggl induksi
b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ
c) arah kuat arus pada kawat PQ
d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
e) besar gaya Lorentz pada PQ
f) arah gaya Lorentz pada PQ
g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω
4. Perhatikan gambar dibawah.
Kawat PQ panjang 20 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 6 m/s.
Jika induksi magnet B = 0,5 Wb m−2 maka kuat arus yang melalui hambatan
R adalah...
85 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
a. 0,1 A
c. 0,3 A
b. 0,2 A
d. 0,5 A
Elektromagnetik
e. 0,6 A
5. Fungsi transformator step-down adalah ....
a. Menurunkan arus listrik
b. Menaikkan tegangan listrik
c. Menurunkan tegangan listrik
d. Mengubah tegangan AC ke DC
e. Mengubah energi listrik menjadi energi panas
6. Trafo step-up berfungsi untuk ....
a. Menurunkan tegangan listrik
b. Menaikkan tegangan listrik
c. Menaikkan arus listrik
d. Mengubah daya listrik
e. Menstabilkan tegangan listrik
7. Sebuah trafo mempunyai ciri-ciri sebagai berikut.
1) Jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder.
2) Kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder.
Berdasarkan ciri-cirinya, transformator tersebut berfungsi ....
a. Menaikkan arus listrik
b. Menurunkan tegangan listrik
c. Menaikkan tegangan listrik
d. Mengubah jenis energi listrik
e. Mengubah tegangan dari DC ke AC
8. Perhatikan pernyataan-pernyataan berkut ini!
(1) Lilitan kumparan sekunder lebih sedikit dibanding lilitan kumparan primer
(2) Arus listrik di kumparan primer lebih besar dibanding arus listrik di
kumparan sekunder
(3) Berfungsi menaikkan tegangan listrik
(4) Tegangan di kumparan sekunder lebih besar dibanding tegangan di
kumparan primer
86 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Induksi
Elektromagnetik
Pernyataan yang sesuai dengan ciri dan prisip kerja dari trafo step-up yaitu
....
a. (1), (2) dan (3)
d. (2), (3) dan (4)
b. (1) dan (3)
e. (3) dan (4)
c. (1), (3) dan (4)
9. Perhatikan gambar!
1) Trafo tersebut berfungsi menaikkan tegangan.
2) Tegangan di kumparan primer lebih besar dibanding tegangan di
kumparan sekunder.
3) Arus listrik di kumparan primer lebih besar dibanding arus listrik di
kumparan sekunder.
4) Lilitan di kumparan primer lebih banyak dibanding lilitan di kumparan
sekunder.
Pernyataan yang sesuai dengan gambar yaitu nomor ....
a. 1) dan 2)
d. 2) dan 3)
b. 1) dan 3)
e. 3) dan 4)
c. 1) dan 4)
10. Sebuah magnet batang digerakkan menjauhi kumparan uanh terdiri dari 600
lilitan, medan magnet yang memotong kumparan berkurang dari 9 x 10 -5 Wb
menjadi 4 x 10-5 Wb dalam selang waktu 0,015 sekon, besar GGL induksi
antara kedua ujung kumparan adalah..... (UN 2009)
a. 2 volt
c. 4 volt
b. 3 volt
d. 5 volt
e. 6 volt
11. Sebuah transformator memiliki tegangan primer 220 V. Jika transformator
tersebut menghasilkan tegangan sekunder 8 V, efisiensi trafo 80 %, dan
kuat arus sekunder 2 A, maka kuat arus primernya adalah ... (UAN 2002)
a. 1/2 A
c. 1/5 A
b. 1/3 A
d. 1/7 A
87 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 1/11 A
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Download