MAKALAH FISIKA DASAR II TENTANG “INDUKTANSI” DISUSUN OLEH NAMA : SYIFA AULIA NIM : 1111820011 DOSEN PEMBIMBING : MATSUANI, S.Pd. M.Pd. TEKNIK ELEKTRONIKA PROGRAM EKSTENSI KELAS KARYAWAN INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA JL. RAYA PUSPIPTEK SERPONG, KOTA TANGERANG SELATAN, BANTEN 15314 2019 KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis dengan judul Induktansi. Dalam pengerjaan karya tulis, penulis mengerjakannya dengan harapan dapat membagi ilmu yang dituliskan dalam karya tulis ini juga memenuhi tuntutan akademisi . Walaupun isi dari karya tulis hanya sebatas kemampuan penulis dalam menyajikan suatu materi, penulis berharap bahwasannya dapat bermanfaat bagi orang banyak. Dalam menulis karya tulis ini saya mendapatkan bantuan dari penjelasan Bapak Matsuani, S.Pd., M.Pd selaku dosen pembimbing. 1. Bapak Matsuani, S.Pd., M.Pd. selaku dosen pembimbing dalam mata kuliah Fisika Dasar II atas perhatian dan arahannya kepada penulis dalam mengerjakan karya tulis. 2. Rekan-rekan prodi Teknik Elektro angkatan 2018 yang sudah membantu sedikit banyaknya dari pengerjaan karya tulis ini. Dalam penyusunan makalah ini tidak lepas dari tantangan dan hambatan. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran dari pembaca makalah ini, supaya dalam penyusunan selanjutnya lebih baik lagi. Akhirnya dengan segala kerendahan hati saya menyadari bahwa hanya kepada Allah SWT jualah kami menyerahkan segalanya. Semoga kita semua mendapat curahan rahmat dan ridho dari-Nya, Amin. Tangerang, 30 Maret 2019 Penulis 2 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................ 2 DAFTAR ISI .......................................................................................................... 3 BAB I ...................................................................................................................... 4 1.1 Latar belakang ........................................................................................ 4 1.2 Rumusan masalah .................................................................................. 4 1.3 Tujuan ...................................................................................................... 5 1.4 Metode penulisan .................................................................................... 5 BAB II .................................................................................................................... 6 2.1 Pengertian Induktansi ............................................................................ 6 2.2 Induktansi Diri ....................................................................................... 8 2.3 Induktansi Bersama ............................................................................. 10 2.4 Hukum Faraday ................................................................................... 12 2.5 Penerapan Hubungan Induktansi dalam Kehidupan Sehari-hari .. 16 BAB III ................................................................................................................. 19 3.1 Kesimpulan ........................................................................................... 19 3.2 Saran ...................................................................................................... 19 DAFTAR PUSTAKA........................................................................................... 20 3 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Fisika dasar II merupakan salah satu mata kuliah dalam perguruan tinggi Institut Teknologi Indonesia sebagai pondasi pembelajaran tentang fenomena fisis yang terjadi, termasuk tentang elektro atau elektronika. Dalam jurusan Teknik elektro, wajib adanya pembekalan dari matakuliah Fisika dasar II untuk memudahkan pemahaman dalam menempuh keahlian dibidang elektronika atau Teknik elektro, salah satunya mengenai Induktansi. Induktansi ini memiliki beberapa penerapan (aplikasi) pada kehidupan masyarakat ataupun menjadi teknologi sendiri dalam perkembangan di ranah industri. Disamping materi, sebagai mahasiswa Institut Teknologi Indonesia pembuatan karya tulis di haruskan untuk memenuhi nilai indeks prestasi dalam mata kuliah Fisika dasar II sebagai syarat menempuh gelar Sarjana Teknik 1.2 Rumusan masalah Dalam pembuatan makalah ini, ada beberapa rumusan masalah diantaranya adalah : 1. Apa yang dimaksud dengan Induktansi? 2. Apa saja jenis - jenis Induktansi? 3. Apakah bunyi Hukum Faraday I dan II? 4. Apa saja contoh Penerapan Hubungan Induktansi dalam Kehidupan Sehari-hari? 4 1.3 Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini diantaranya : 1. Agar mahasiswa mempunya bekal dalam pemahaman keahlian di bidang Teknik elektro. 2. Agar mahasiswa mengerti dasar dari fenomena fisis yang terjadi sekitar bidang elektro. 3. Agar mahasiswa memiliki indeks prestasi dari matakuliah Fisika dasar II. 1.4 Metode penulisan Metode penulisan makalah ini menggunakan metode pustaka dengan mengumpulkan data dari referensi buku ataupun jejaring internet. 5 BAB II PEMBAHASAN a. Pengertian Induktansi Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya GGL1di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian (self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tetangga yang dihubungkan secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik. Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubahubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul GGL induksi. GGL induksi yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan GGL induksi diri. b. Induktansi Diri Induktansi Diri adalah Apabila arus berubah melewati suatu kumparan atau solenoida, terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan yang akan menginduksi GGL pada arah yang berlawanan. Gambar 1. Macam-macam Kumparan. GGL terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks. Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks magnet akan 1 GGL adalah singkatan Gaya Gerak Listrik 6 menginduksi GGL dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus tersebut. Dapat disimpulkan bahwa GGL induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan : Dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif menunjukkan bahwa GGL yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan GGL satu volt bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik. Contoh Soal : 1. Sebuah Induktor atau kumparan memiliki besar induktansi diri H, arus yang melewati kumparan mengalami perubahan dari 1 A menjadi 2 A dalam 0,2 detik. Besar gaya gerak listrik yang timbul pada kumparan adalah? Jawab: Rumus besar gaya gerak listrik (GGL) yang timbul pada kumparan jika menerima besar arus yang berubah adalah Besar gaya gerak listrik yang timbul adalah 2. Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 2,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 50 mA. Berapakah besar 7 GGL induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,4 sekon kuat arus menjadi nol? Jawab : Diketahui : L = 2,5 H I1 = 50 mA I2 = 0 Δt = 0,4 s Ditanya : = 5 × 10-2 A ε =…? Pembahasan : 3. Kuat arus listrik pada suatu rangkaian tiba-tiba turun dari 10A menjadi 2A dalam waktu 100 ms. Selama peristiwa itu mucul tegangan induksi dalam kumparan sebesar 32 Volt. Tentukalah induktansi yang ada dalam rangkaian tersebut! Jawab: Besaran yang diketahui. Induktansi diri dalam kumparan adalah 4. Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 500 mH. Dalam 10 ms dalam kumparan terjadi perubahan arus listrik dari 40 mA menjadi 100 mA. TentukanlahGGLyang muncul dalam kumparan tersebut! Jawab: Besaran yang diketahui. Ggl yang timbul dalam kumparan adalah 8 5. Sebuah solenoida berisikan udara memiliki lilitan sebanyak 100 lilitan dengan luas penampang 10 cm persegi. Jika panjang solenoida 1m, tentukanlah induktansi diri pada kumparan tersebut! Jawab: Besaran yang diketahui. Induktansi diri pada kumparan adalah 1. Induksi Diri Sebuah Kumparan Perubahan arus dalam kumparan ditentukan oleh perubahan fluks magnetik 0 dalam kumparan. Besarnya induksi diri dari sebuah kumparan ialah: L= 𝑁Φ 𝐼 Dimana: L = Induksi diri kumparan (H) I = Arus (A) N = Jumlah lilitan 𝜙 = Fluks magnetic kumparan 2. Induktansi Diri Selenoida dan Toroida Besarnya induktansi seleonida dan toroida dapat kita ketahui dengan mengunakan persamaan berikut: 𝐿= 𝜇 𝐴𝑁 2 𝑙 Dimana: L = Induksi diri kumparan (H) N = Jumlah lilitan 9 L = Panjang solenoida (𝑚2 ) N = Jumlah lilitan 𝜇 = Permeabilitas Vakum (Wb/Am) Contoh Soal: 1. Sebuah induktor terbuat darai kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 cm2. Hitunglah: a. Induktansi Induktor b. Energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2 A! Diketahui: N = 50 Lilitan I = 5 cm = 5 x 10-2 m A = 1 cm2 = 10-4 m2 Ditanya: a. L = …? b. U jika I = 2 A = …? Pembahasan: a. Induktansi Bersama Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 2, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksiGGLpada kumparan tersebut. 10 Gambar 2. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain. Menurut Hukum Faraday, besarGGLε2 yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε2 harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1, dapat dinyatakan: Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama. Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah lilitan, dan jarak pisahnya. Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry (1797 - 1878). Pada situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksiGGLpada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan bernilai sama, yaitu: Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut. 11 b. Hukum Faraday Pengertian Hukum Faraday dan Bunyi Hukum Faraday – Hukum Faraday adalah Hukum dasar Elektromagnetisme yang menjelaskan bagaimana arus listrik menghasilkan medan magnet dan sebaliknya bagaimana medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada sebuah konduktor. Hukum Faraday inilah yang kemudian menjadi dasar dari prinsip kerja Induktor, Transformator, Solenoid, Generator listrik dan Motor Listrik. Hukum yang sering disebut dengan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday ini pertama kali dikemukakan oleh seorang Fisikawan Inggris yang bernama Michael Faraday pada tahun 1831. Induksi Elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik (ggl) di dalam suatu kumparan bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor pada kumparan tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnet. Sedangkan yang dimaksud dengan Fluks banyaknya jumlah garis gaya yang melewati luasan suatu bidang yang tegak lurus garis gaya magnetik. 12 Percobaan Faraday Gambar 3. Percobaan Faraday Dalam percobaan Faraday atau sering dikenal dengan istilah Eksperimen Faraday ini, Michael Faraday mengambil sebuah magnet dan sebuah kumparan yang terhubungkan ke galvometer. Pada awalnya, magnet diletakkan agak berjauhan dengan kumparan sehingga tidak ada defleksi dari galvometer. Jarum pada galvometer tetap menunjukan angka 0. Ketika magnet bergerak masuk ke dalam kumparan, jarum pada galvometer juga bergerak menyimpang ke satu arah tertentu (ke kanan). Pada saat magnet didiamkan pada posisi tersebut, jarum pada galvometer bergerak kembali ke posisi 0. Namun ketika magnet digerakan atau ditarik menjauhi kumparan, terjadi defleksi pada galvometer, jarum pada galvometer bergerak menyimpang berlawanan dengan arah sebelumnya (ke kiri). 13 Pada saat magnet didiamkan lagi, jarum pada galvometer kembali ke posisi 0. Demikian juga apabila yang bergerak adalah Kumparan, tetapi Magnet pada posisi tetap, galvometer akan menunjukan defleksi dengan cara yang sama. Dari percobaan Faraday tersebut juga ditemukan bahwa semakin cepat perubahan medan magnet semakin besar pula gaya gerak listrik yang di induksi oleh kumparan tersebut. Catatan : Galvometer adalah alat uji yang digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Bunyi Hukum Faradayz Berdasarkan percobaan yang dilakukannya tersebut, Michael Faraday menyimpulkannya dengan dua pernyataan seperti berikut ini yang juga sering disebut dengan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday 1 dan Hukum Induksi Elektromagnetik Faraday 2. Hukum Faraday 1 “Setiap perubahan medan magnet pada kumparan akan menyebabkan gaya gerak listrik (GGL) yang diinduksi oleh kumparan tersebut.” Hukum Faraday 2 “TeganganGGLinduksi di dalam rangkaian tertutup adalah sebanding dengan kecepatan perubahan fluks terhadap waktu.” Namun ada juga mengabungkan kedua hukum Faraday tersebut menjadi satu pernyataan yaitu : “Setiap perubahan medan magnet pada kumparan akan menyebabkan gaya gerak listrik (GGL) Induksi yang sebanding dengan laju perubahan fluks.” Hukum Faraday tersebut dapat dinyatakan dengan rumus dibawah ini : ɛ = -N (ΔΦ/Δt) 14 Keterangan : ɛ =GGLinduksi (volt) N = Jumlah lilitan kumparan ΔΦ = Perubahan fluks magnetik (weber) ∆t = selang waktu (s) Tanda negatif menandakan arah gaya gerak listrik (ggl) induksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya Gaya Gerak Listrik (GGL) Berikut dibawah ini adalah beberapa faktor yang dapat mempengaruhi besar kecilnya Gaya Gerak Listrik (GGL). 1. Jumlah lilitan pada kumparan, semakin banyak lilitan pada kumparan semakin besar tegangan yang diinduksikan. 2. Kecepatan gerak medan magnet, semakin cepat garis gaya medan magnet atau fluks yang mengenai konduktornya semakin besar pula tegangan induksinya. 3. Jumlah garis gaya medan magnet atau fluks, semakin besar jumlah garis gaya medan magnet atau fluks yang mengenai konduktor, semakin besar juga tegangan induksinya. Contoh Kasus Hukum Faraday Sebuah kumparan terdiri dari 50 lilitan, fluks magnet dalam kumparan berubah sebesar 5 x 10-3 weber dalam selang waktu 10ms (milidetik). Hitunglah Gaya Gerak Listrik atauGGLinduksi pada kumparan tersebut. Penyelesaian Diketahui : Jumlah Lilitan (N) Selang waktu (Δt) = 50 = 10ms = 10 x 10-3 second 15 ΔΦ GGL induksi (ɛ ) = 5 x 10-3 weber = ??? Jawaban : ɛ ɛ ɛ ɛ = -N (ΔΦ/∆t) = -50 (5 x 10-3 wb / 10 x 10-3) = -50 (0,5) = -25V Jadi Gaya Gerak Listrik Induksinya adalah -25V. c. Penerapan Hubungan Induktansi dalam Kehidupan Sehari-hari 1. Generator Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik Ada dua jenis generator, yaitu: a. Generator arus bolak-balik (AC) atau alternator b. Generator arus searah (DC) Perbedaan antara generator arus bolak-balik dengan arus searah hanya terletak pada bentuk cincin luncur yang berhubungan dengan kedua ujung kumparan. Pada generator arus bolak-balik terdapat dua buah cincin luncur, sedangkan pada generator arus searah terdapat sebuah cincin yang terbelah di tengahnya (cincin belah atau komutator). Ggl atau arus induksi pada alternator dapat diperbesar dengan empat cara: 1. Memakai kumparan dengan lilitan lebih banyak. 2. Memakai magnet yang lebih kuat. 3. Melilit kumparan pada inti besi lunak. 4. Memutar kumparan lebih cepat. 16 Contoh generator arus bolak-balik: a. Dinamo Sepeda b. Generator AC pembangkit listrik Gambar 4. Generator 2. Transformator Transformator atau trafo adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari suatu nilai ke nilai tertentu. Trafo terdiri dari pasangan kumparan primer dan sekunder yang terpisah dan dililitkan pada inti besi lunak. Ada dua jenis trafo, yaitu: a. Trafo step up (penaik tegangan) b. Trafo step down (penurun tegangan) 17 Gambar 5. Trafo Step Up Dan Step Down 3. Alat Pemicu Jantung ( Elektrokardiogram/EKG) Gambar 6. Elektrokardiogram (EKG) Pacu jantung (pacemaker) adalah sebuah alat tenaga baterai yang ditanamkan dengan pembedahan ke dada dan mengirimkan sinyal untuk mengatur detak jantung. Ini direkomendasikan bagi pasien yang memiliki masalah jantung yang menyebabkan jantungnya berdetak terlalu cepat atau terlalu lambat sehingga menimbulkan beragam gejala, seperti pingsan, pusing ringan, napas pendek, dan mudah lelah. 18 BAB III PENUTUP 1.1 Kesimpulan 1. Mahasiswa dapat mempelajarai bahwasannya semua ruang yang memiliki gaya magnet merupakan suatu Induktansi 2. Mahasiswa mengetahui fenomena fisis dari Induktansi dengan ilmu elektronika diantaranya adalah peristiwa Induktansi Sendiri dan Induktansi Bersama, juga penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. 1.2 Saran Dalam penyusunan makalah ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, maka dari itu saran dan bimbingan dari para bapak dosen selaku pembina, saya harapkan demi kesempurnaan karya penulis selanjutnya. 19 DAFTAR PUSTAKA https://www.academia.edu/36623343/Makalah_Kalkulus_II_Bab_Fungsi_ diakses pada tanggal 19 Maret 2019 http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electronic_component_inductors.jpg Diakses pada tanggal 25 Maret 2019 http://fisikazone.com/induktansi/ Diakses pada tanggal 25 Maret 2019 https://teknikelektronika.com/pengertian-hukum-faraday-bunyi-hukum-faraday/ Diakses pada tanggal 29 Maret 2019 https://wibawairvan.blogspot.com/2013/12/penerapan-induksi-elektromagnetikdalam.html Diakses pada tanggal 29 Maret 2019 https://id.wikipedia.org/wiki/Induksi_elektromagnetik Diakses pada tanggal 30 Maret 2019 https://teorifisikadasar.blogspot.com/2016/12/contoh-soal-induktansi-diridan.html Diakses pada tanggal 30 Maret 2019 https://nadeadn.wordpress.com/2014/04/30/contoh-soal-dan-pembahasaninduktansi/ Diakses pada tanggal 30 Maret 2019 Mikrajudin, Abdullah, 2017, Buku Fisika Dasar II, Kampus Ganesa Bandung Douglas C. Giancoli, 2001, Fisika Jilid 2, Erlangga Jakarta 20
