Aplikasi Induksi Print

Aplikasi Induksi Elektromagnetik dalam Teknologi

Listrik Magnet

Nirwan Anggana

(0905907)

Jurusan Pendidikan Fisika

Fakultas Pendidikan MIPA

Universitas Pendidikan Indonesia

2013

1

PENDAHULUAN

Michael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris,

membuat hipotesis (dugaan) bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan

arus listrik. Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam

kumparan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang.Jika kutub utara magnet

digerakkan mendekati kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan.Jika

magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidak menyimpang.

Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer

menyimpang ke kiri.Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa

pada kedua ujung kumparan terdapat arus listrik.Peristiwa timbulnya arus listrik

seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik. Adapun beda potensial yang timbul

pada ujung kumparan disebut gaya gerak listrik (GGL) induksi.

Terjadinya GGL induksi dapat dijelaskan seperti berikut.Jika kutub utara magnet

didekatkan ke kumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak.

Perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum

galvanometer.

Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan keluar dari kumparan.

Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer berlawanan dengan penyimpangan

semula.Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab timbulnya GGL induksi

adalah perubahan garis gaya magnet yang di lingkupi oleh kumparan.

Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi

energi listrik.Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi

listrik.Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah

generator dan dinamo.Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet.

Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah

garis-garis gaya magnet dalam kumparan perubahan tersebut menyebabkan terjadinya

GGL induksi pada kumparan.

Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam

bentuk energi gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus

menerus dengan pola yang berulang secara periodik.

APLIKASI INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Tugas Listrik Magnet_2013

2

1. Generator

Generator listrik adalah mesin yang dapat mengubah energi kinetik menjadi

energi listrik. Mesin ini bekerja berdasarkan gejala induksi elektromagnetik yang

ditemukan oleh Faraday. Berdasarkan arus listrik yang dihasilkan, generator dibedakan

menjadi dua, yaitu generator arus bolak-balik dan generator arus searah. Generator

arus boalak-balik adalah generator yang menghasilkan arus listrik bolak-balik,

sedangkan generator arus searah adalah generator arus searah. Perbedaan antara

kedua generator terletak pada bentuk dan jumlah cincin luncur. Dalam praktik, sumber

energi kinetik berasal dari tenaga air(PLTA), tenaga uap (PLTU), tenaga nuklir(PLTN),

tenaga panas bumi dan lain-lain.

1.1. Generator Arus Bolak-balik

Dalam gambar terlihat ujung-ujung kumparan dihubungkan dengan dua

buah cincin luncur. Kumparan dan cincin berputar mengelilingi sumbu

putaran.Cincin selalu bersinggungan dengan sikat dari bahan penghantar.

Kumparan berada di dalam medan magnetik dari sebuah magnet permanen yang

kuat, sehingga setiap saat selama kumparan itu berputar jumlah garis medan

magnetik atau fluks magnetik yang dikurung oleh kumparan selalu berubah.

Pada saat bidang kumparan sejajar dengan garis-garis medan magnetik, fluks

magnetik yang dikurung oleh kumparan sama dengan nol.

Mulai saat itu, fluks magnetik yang dikurung oleh kumparan semakin

bertambah sampai mencapai harga maksimum sebesar Фmaks = AB, ketika garis-

garis medan magnetik tegak lurus bidang kumparan. Sesuai dengan hasil

percobaan Faraday, pada kumparan timbul ggl dan arus induksi, yang mengalir

ke lampu melalui sikat yang selalu bersinggungan dengan cincin. Sesudah itu

fluks magnetik yang dikurung oleh kumparan semakin berkurang dari harga

maksimum sampai menjadi nol, yaitu ketika bidang kumparan kembali sejajar

dengan garis-garis medan magnetic.

Pada kumparan timbul ggl dan arus induksi yang besarnya setiap saat

berubah-ubah, dari nol sampai mencapai harga maksimum dan kembali lagi

menjadi nol. Keadaan itu terjadi kalau kumparan berputar menempuh sudut

180°. GGL induksi yang dihasilkan berbentuk gelombag sinusoida yang besarnya

dapat dinyatakan sebagai

ε = NABω sin ωt = εm sin ω


3

Untuk memperbesar ggl induksi maksimum atau untuk menghasilkan

arus listrik induksi yang besar dapat dilakukan dengan cara:

Menggunakan kumparan yang terdiri dari banyak lilitan

Menggunakan magnet yang lebi kuat

Menggunakan inti besi lunak pada kumparan

Memutar kumparan lebih cepat

1.2. Generator arus searah

Pada dasarnya prinsip generator arus searah atau DC (direct current)

sama dengan generator arus bolak-balik. Perbedaannya ialah pada cincin

kolektor. Generator arus searah menggunakan cincin kolektor yang dibelah

menjadi dua bagian yang sama, kemudian diletakkan dengan isolator. Gambar

dibawah ini memperlihatkan bagan

generator arus searah.

Kumparan diputar , ggl induksi pada ujung-ujung kumparan berarah

dari nol ke maksimum, lalu kembali ke nol. Setelah kumparan tepat , sikat-


Generator DC

4

sikat bersinggungan dengan isolator sehingga pada rangkaian luar tidak ada

arus listrik.

Pada putaran berikutnya terjadi lagi ggl induksi dengan arah yang tetap.

Bentuk kolektor dibuat sedemikian rupa sehingga pada rangkaian luar ggl

induksi tetap seperti semula.

Grafik ggl searah (DC)

Dengan demikian, arah ggl induksi dan arus listrik induksi pada rangkaian luar

searah.

2. Transformator

2.1. Tegangan pada Transformator

Transformator atau kadang disebut trafo adalah alat untuk mengubah besarnya

tegangan listrik. Transformator bekerja berdasarkan perubahan induksi magnetik pada

sebuah kumparan yang diinduksikan pada kumparan lain.


5

Apabila terjadi perubahan medan magnetik pada salah satu kumparan

transformator, perubahan medan magnetik itu dapat menghasilkan ggl induksi ataupun

arus induksi pada kumparan yang lain. Untuk mendapatkan perubahan medan

magnetik pada kumparan transformator, arus masukan (input) harus berubah-ubah

terhadap waktu atau merupakan arus bolak-balik. Jadi transformator dapat difungsikan

jika tegangan masukan (input) merupakan tegangan bolak-balik.

Kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan atau tegangan masukan

disebut kumparan primer, sedangkan kumparan yang menghasilkan tegangan keluaran

disebut tegangan sekunder. Kedua kumparan dililitkan pada inti besi.

Kumparan primer yang dilalui arus listrik bolak-balik menghasilkan medan

magnetik yang berubah-ubah yang diinduksikan pada kumparan sekunder. Karena

medan magnetik yang dilingkupi kumparan sekunder juga berubah-ubah, pada

kumparan sekunder timbul ggl induksi sebagai tegangan keluaran (output).

Hubungan tegangan masukan dan keluaran dituliskan secara matematis sebagai

berikut

Keterangan:

= tegangan masukan (input)

= tegangan keluaran (output)

= jumlah lilitan kumparan primer

= jumlah lilitan kumparan sekunder


6

Jadi, pada transformator tegangan masing-masing kumparan sebanding dengan

jumlah lilitan. Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih kecil daripada kumparan

primer, tegangan keluaran lebih kecil daripada tegangan masukan. Transformatornya

disebut step down atau penurun tegangan.

Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada kumparan primer,

tegangan keluaran lebih besar daripada tegangan masukan. Transformatornya disebut

step up atau pelipat tegangan.

Pada transformator ideal, daya listrik yang diberikan pada kumparan primer

sama dengan daya listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder, sebab tak ada

energi yang diubah menjadi kalor.

Apabila tegangan masukan dan tegangan keluaran masing-masing dan ,

kuat arus listrik pada kumparan primer dan sekunder besarnya dan maka:

Atau Karena

maka:

Jadi pada transformator ideal kuat arus yang mengalir pada masing-masing

kumparan berbanding terbalik dengan jumlah lilitan.

Pada kenyataannya tidak ada transformator yang ideal. Hal itu disebabkan

karena selama proses induktansi fluks magnetik dari kumparan primer ke kumparan

sekunder selalu terjadi perubahan fluks magnetik menjadi kalor, sehingga daya listrik

yang dihasilkan pada kumparan sekunder selalu lebih kecil daripada daya listrik

masukan pada kumparan primer.

Atau


7

Hilangnya energi listrik pada

transformator diakibatkan oleh

timbulnya arus pusaran atau arus Eddy

pada teras besi. Arus pusaran adalah

arus listrik yang alirannya membentuk

lingkaran-lingkaran tegak lurus pada

fluks magnetik. Arus pusaran dalam

penghantar menimbulkan kalor. Hal itu

menyebabkan kerugian energi listrik.

Untuk memperkecil kerugian energi listrik karena berubah menjadi kalor, teras

besi dibuat berlapis-lapis. Setiap lapisan dilapisi isolator. Dengan menyusun lapisan-

lapisan teras besi sejajar arah fluks magnetik, apabila terjadi perubahan fluks magnetik

maka arus pusaran yang timbul mempunyai lingkaran-lingkaran arus yang kecil.

Sehingga dapat memperkecil kerugian energi listrik.

2.2. Efisiensi Transformator

Efisiensi atau daya guna transformator adalah perbandingan antara daya listrik

keluaran ( ) dengan daya listrik masukan ( ).

Efisiensi biasanya dinyatakan dengan persentase, Jadi:

x 100 atau

Transformator dikatakan ideal jika tak ada energi listrik yang hilang.

Sehingga memiliki efisiensi 100 %.

3. Dinamo

Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus

bolak-balik (AC).

Prinsip kerja dinamo

sama dengan


Gamba

8

generator yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di

dalam kumparan.

Bagian dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut

stator.

Perbedaan antara dinamo DC dengan dinamo AC terletak pada cincin yang

digunakan. Pada dinamo arus searah menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi

dua yang disebut cincin belah (komutator). Cincin ini memungkinkan arus listrik yang

dihasilkan pada rangkaian luar Dinamo berupa arus searah walaupun di dalam dinamo

sendiri menghasilkan arus bolak-balik. Adapun, pada dinamo arus bolak-balik

menggunakan cincin ganda (dua cincin). Alat

pembangkit listrik arus bolak balik yang

paling sederhana adalah dinamo sepeda.

Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor

adalah roda sepeda. Jika roda berputar,

kumparan atau magnet ikut berputar.

Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-

ujung kumparan dan arus listrik mengalir. Makin cepat gerakan roda sepeda, makin

cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik

yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL

induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat,

menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan

inti besi lunak di dalam kumparan.

4. Aplikasi Induksi pada Sound Sistem

Gambar dibawah ini memperlihatkan beberapa komponen sound sistem. Dari

komponen ini, yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu mikrofon dan

tape recorder. Keluaran

dari setiap komponen

dihubungkan ke


9

pengeras suara yang memperkuat sinyal mengirimkan ke loudspeaker, sehingga dapat

didengar. Atau sinyal dapat disalurkan langsung ke tape recorder untuk direkam.

Mikropon dan tape recorder dihubungkan dengan penguat suara ke loudspeaker

4.1. Aplikasi Induksi pada Mikrofon

Mikrofon terdiri dari sebuah kumparan kecil

yang dihubungkan dengan membran dan

dipasang dekat dengan sebuah magnet

permanen kecil. Ketika gelombang suara

datang kemudian menggetarkan membran,

kumparan ikut bergetar didaerah medan

magnet hingga menghasilkan ggl induksi

pada kumparan tersebut. Besarnya

frekuensi ggl induksi bergantung pada frekuensi gelombang suara yang diterima

membran. Ggl ini berupa sinyal yang dapat diperkuat dan dikirimkan melalui

panghantar ke loudspeaker, atau dikirim ke sebuah tape recorder untuk direkam dalam

pita.

Kaset yang dipergunakan pada tape

recorder untuk audio dan video

mengandung lapisan tipis oksida

magnetik pada pita plastik tipis.

Selama rekaman berlangsung,

tegangan sinyal audio dan video

dikirim ke head rekam yang

berfungsi sebagai elektromagnet kecil yang memagnetisasi sebagian kecil dari pita yang

pada saat itu sedang berada di celah sempit dari head. Seperti Gambar diatas.

Sedangkan pada proses main ulang, perubahan medan magnet pada pita yang bergerak

melewati celah menimbulkan perubahan medan magnet pada head besi lunak, yang

menimbulkan induksi pada kumparan. Ggl induksi merupakan sinyal keluaran yang


Bagan mikropon yang bekerja menggunakan induksi

10

dapat diperkuat dan di kirim ke loudspeker. Pada audio dan video recorder, biasanya

digunakan sinyal analog yang amplitudonya berubah secara kontinu terhadap waktu.

Perbedaan tingkat magnetisasi pada pita disetiap titik mencerminkan variasi amplitudo

sinyal audio atau video.


Aplikasi Induksi Print

Documents

Transcript of Aplikasi Induksi Print