Hai Quipperians, ayo siapa diantara Quipperians yang pernah melihat komponen listrik yang disebut trafo? Pada zaman dahulu, trafo banyak ditemukan pada rangkaian lampu TL. Dalam Fisika, trafo umum dikenal sebagai trafo.
Adanya trafo berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tegangan listrik. Tahukah Anda bahwa mekanisme kerja trafo didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik, lho. Lalu, apa yang dimaksud dengan induksi elektromagnetik? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!
Memahami Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik pada suatu kumparan atau penghantar akibat adanya perubahan fluks magnet. Perubahan fluks magnet disebabkan oleh pergerakan kumparan atau konduktor dalam medan magnet.
Induksi elektromagnetik merupakan prinsip dasar yang digunakan pada beberapa komponen elektronika seperti trafo, dinamo, dan generator.
Lingkup Induksi Elektromagnetik
Ruang lingkup pembahasan induksi elektromagnetik dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu ggl induksi, induktansi diri, dan aplikasi induksi elektromagnetik. Nantinya, setiap kelompok akan dibagi menjadi beberapa diskusi. Berikut pembahasan lengkapnya!
ggl induksi
Ggl induksi atau gaya gerak listrik induksi adalah gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada kumparan akibat perubahan medan magnet disekitarnya. Artinya, ggl induksi mengandung fluks magnet dalam jumlah tertentu.
Fluks magnet sendiri adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang medan tertentu. Secara matematis, fluks magnet diformulasikan sebagai berikut.
Rumus Fluks Magnetik: Φ = AB cos θ
Deskripsi rumus:
Φ = fluks magnet (Wb)
A = luas lapangan (m2)
B = induksi magnetik (Wb/m2)
θ = sudut yang dibentuk oleh luas permukaan bidang dan induksi magnet
Saat membahas ggl induksi, ada dua hukum dasar yang bisa digunakan, yaitu hukum Faraday dan hukum Lenz.
hukum Faraday
Hukum Faraday ditemukan oleh seorang ilmuwan Inggris, yaitu Michael Faraday. Mula-mula, Faraday memindahkan magnet batang ke dalam kumparan, tetapi jarum galvanometer menyimpang ke kanan.
Ketika magnet batang digerakkan keluar dari kumparan, jarum galvanometer bergerak ke kiri.
Dari penelitian tersebut, Faraday menyatakan bahwa pergerakan magnet di dalam kumparan telah menghasilkan ggl induksi yang besarnya sebanding dengan laju perubahan fluks magnet dan jumlah lilitan.
Secara matematis, besarnya ggl induksi Faraday dirumuskan sebagai berikut.
Deskripsi rumus:
ε = ggl induksi (V)
N = jumlah putaran
laju perubahan fluks magnet (Wb/s).
Jika laju perubahan fluks magnet terjadi dalam waktu yang sangat singkat hingga mendekati nol, maka persamaannya menjadi:
Dengan:
laju perubahan fluks magnet (Wb/s).
hukum Lenz
Hukum Lenz ditemukan oleh Heinrich Lenz, seorang fisikawan Rusia. Hukum ini membahas tentang arah arus induksi pada kumparan akibat perubahan fluks magnet.
Menurut Lenz, arus induksi yang terbentuk pada kumparan akan menghasilkan medan magnet. Arah medan magnet berlawanan dengan arah perubahan fluks magnet semula. Formula dasar Hukum Lenz sama dengan Hukum Faraday, yaitu
Untuk Φ = AB cos θ diperoleh:
Jika sebuah batang penghantar dengan panjang l digerakkan dalam medan magnet B dengan kecepatan v, maka ggl induksi yang muncul sebanding dengan ketiga besaran tersebut. Secara matematis, diformulasikan seperti di bawah ini.
ε = Bv
Dengan:
ε = ggl induksi (V)
B = medan magnet (T)
l = panjang konduktor (m)
v = kecepatan konduktor (m/s)
Induktansi Diri
Induktansi diri adalah induktansi yang disebabkan oleh adanya ggl induksi pada suatu kumparan akibat pengaruh medan magnet. Secara matematis, hubungan antara ggl induksi dan induktansi diri dirumuskan sebagai berikut.
Deskripsi Rumus
L = induktansi diri (H)
∆I/∆t = laju perubahan kuat arus listrik terhadap waktu (A/s)
Besarnya induktansi diri dipengaruhi oleh jumlah lilitan kumparan, fluks magnet, dan kuat arus listrik yang dapat dinyatakan secara matematis seperti di bawah ini.
Deskripsi Rumus :
L = induktansi diri (H)
N = jumlah putaran
Φ = fluks magnet (Wb)
I = kuat arus listrik (A)
Komponen elektronik yang menghasilkan induktansi dikenal sebagai induktor. Energi yang tersimpan dalam induktor sebanding dengan induktansi diri dan arus.
Deskripsi Rumus:
W = energi induktor (J)
L = induktansi diri (H)
SAYA = kuat arus listrik (A)
Aplikasi Induksi Elektromagnetik
Prinsip induksi elektromagnetik banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada transformator dan generator. Bagaimana penerapan induksi elektromagnetik seperti pada transformator dan generator? Yuk, lihat selengkapnya!
Transformator
Di awal artikel Quipper Blog ini sudah sedikit membahas tentang transformer atau transformator. Transformator adalah alat elektronik yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC.
Secara umum trafo dibagi menjadi dua yaitu trafo step up dan trafo step down. Apa perbedaan antara keduanya?
- Transformator melangkah
- Transformator mengundurkan diri
Trafo step up adalah trafo yang berfungsi untuk menaikkan tegangan. Transformator ini memiliki lilitan sekunder yang lebih banyak dari lilitan primernya, sehingga tegangan sekunder (Vs) akan lebih besar dari tegangan primer (Vp).
Trafo step down adalah trafo yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik. Ciri-ciri trafo step down adalah jumlah lilitan sekundernya lebih sedikit dari jumlah lilitan primernya, sehingga tegangan sekundernya akan lebih kecil dari tegangan primernya (Vs
Rumus yang berlaku untuk transformator adalah sebagai berikut.
Deskripsi Rumus
VP = tegangan listrik primer (V)
VS = tegangan listrik sekunder (V)
NP = jumlah lilitan primer
NS = jumlah lilitan sekunder
SAYAP = kuat arus primer (A)
SAYAS = kuat arus sekunder (A)
Generator
Generator adalah mesin yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Secara umum genset terbagi menjadi dua yaitu genset AC dan DC. Generator AC adalah generator yang mampu menghasilkan arus AC.
Di dalam generator ini terdapat kumparan yang terdiri dari banyak belitan, sebuah rotor, magnet permanen, cincin logam dan sikat logam. Energi listrik yang dihasilkan generator berasal dari arus induksi akibat perubahan fluks magnet saat kumparan berputar.
Karena putaran kumparan dipengaruhi oleh medan magnet, maka akan timbul gaya yang disebut gaya Lorentz. Secara matematis tegangan induksi atau ggl yang dihasilkan oleh generator ini dinyatakan sebagai berikut.
Rumus Tegangan Listrik: ε = NBA𝜔 sin θ
Deskripsi Rumus
ε = ggl induksi atau tegangan (V)
N = jumlah putaran
B = medan magnet (T)
A = luas permukaan kumparan (m2)
𝜔 = kecepatan sudut kumparan (rad/s)
𝜃 = sudut yang dibentuk oleh medan magnet dan medan kumparan
Sedangkan generator DC merupakan generator yang menghasilkan listrik arus searah
Contoh Masalah Induksi Elektromagnetik
Agar Anda lebih memahami materi kali ini, mari kita lihat contoh soal di bawah ini.
Contoh Soal 1
Sebuah kumparan memiliki induktansi diri 0,4 H. Di dalam kumparan, arus listrik berubah dari 300 mA menjadi 200 mA dalam 0,1 detik. Berapakah ggl induksi yang dihasilkan oleh kumparan?
Dikenal
L = 0,4H
∆SAYA = 200 – 300 = -100 mA = -0,1 A
t = 0,1 detik
Ditanya : ε =…
Menjawab :
Untuk menentukan ggl induksi yang dihasilkan oleh kumparan, gunakan persamaan berikut.
Jadi, ggl induksi yang dihasilkan adalah 0,4 V.
Contoh Soal 2
Pak Dika mempunyai trafo step down yang dapat mengubah tegangan 100 V menjadi 25 V. Jika lilitan sekundernya 200, berapa lilitan primernya?
Dikenal:
Vps = 100V
VS = 25V
NS = 200
Ditanya: Nps =…?
Menjawab
Anda dapat menentukan jumlah lilitan primer dengan persamaan transformator umum berikut.
Jadi, jumlah putaran pertama adalah 800 putaran.
Contoh Soal 3
Sebuah koil memiliki total 500 putaran. Jika setiap detik terjadi perubahan fluks magnet sebesar 0,8 Wb, tentukan ggl induksi yang dihasilkan!
Dikenal :
L = 150 cm2 = 1,5 x 10-2 M2
N = 500
∆t = 1
∆ Φ = 0,8 Wb
Ditanya: ε =…?”
Menjawab
Untuk menentukan ggl induksi, gunakan persamaan di bawah ini.
Jadi, ggl induksi yang dihasilkan pada koil adalah -400 Volt.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk melihat materi lengkapnya, buruan gabung dengan Quipper Video. Salam Quippers!