x x x x x x x x x x x x x x x

Transkripsi

1 Standar Kometei : Menerakan kone kelitrikan dan kemagnetan dalam berbagai enyeleaian maalah dan roduk teknologi. Kometeni Daar Memformulaikan kone induki Faraday dan aru bolak-balik, erta eneraannya ndikator Memformulaikan kone induki elektromagnetik Mengalikaikan kone induki elektromagnetik Faraday ada eroalan fiika ehari-hari eerti generator litrik, keala kaet, inductor dan tranformator Memformulaikan aru dan tegangan bolakbalik erta arameter-arameternya Memecahkan eroalan rangkaian yang berkaitan dengan nduki elektromagnetik ada tranformator Memformulaikan ermaalahan efiieni dan kehilangan daya ada tranformator PEDLM MTER. Hukum Coulomb. FLUKS MGETK Fluk magnetic () didefiniikan ebagai jumlah gari gaya magnetic yang menembu tegak luru uatu bidang kumaran. Berdaarkan oerai vector, fluk magnetic didefiniikan ebagai erkalian calar antara vector induki magnetic B dengan vector lua bidang. B Bearnya fluk magnetic adalah : B.. co = fluk magnetic (Wb) B = medan magnet (T) = gari normal = udut = lua bidang (m ) B. GGL DUKS Jika ebuah kawat luru di gerakkan dengan kelajuan tertentu memotong dalam medan magnet homogen, maka antar ujung-ujung enghantar timbul beda otenial yang diebut gaya gerak litrik (GGL) induki. Jika ujungujung kawat dihubungkan dengan ehingga terbentuk rangkaian tertutu, maka dalam kawat akan mengalir aru litrik yang diebut aru induki. (Secara mikrokoik, elektron yang berada dalam enghantar mendaat gaya magnetik, ehingga mengalirlah aru induki ada enghantar) P Q F x x v x Jika kawat B yang anjangnya (L) digerakkan dengan keceatan v dalam medan magnet (B) yang arahnya mauk bidang, maka muatan oitif dalam kawat akan mendaatkan gaya ke ata dan electron mendaatkan gaya ke bawah, ehingga timbul gaya Lorent ke kiri (rah Gaya Lorentz yang timbul ini bereuaian dengan Hukum Len). rah aru induki earah dengan arah gerak muatan oitif, yaitu ke ata. Bearnya GGL induki ada ujung-ujung kawat B adalah : B. L. v. in Pada kawat B akan mengalir aru induki yang bearnya : R = GGL induki (olt) B = induki magnet (T) L = anjang kawat (m) v = keceatan gerak kawat (m/) = aru induki () R = hambatan kawat PQ ( = ohm) = udut antara v dan B C. HUKUM FRDY Perhatikan gambar kema ercobaan Faraday berikut : B Litrik hal : 8

2 Batang magnet di maukkan ke dalam kumaran, dan elama gerakan magnet batang jarum galvanometer menyimang dari kedudukan emula. Pada aat magnet berhenti bergerak, jarum galvanometer kembali ke kedudukan emula. Pada aat magnet ditarik, jarum galvanometer menyimang lagi dari kedudukan emula, tetai arahnya berlawanan dengan ada aat magnet mendekati kumaran. ni menunjukkan bahwa dalam rangkain terjadi aru litrik (aru induki) akibat beda tegangan yang diebut GGL induki. Hukum Faraday menyatakan bahwa : GGL induki yang terjadi ada ujung-ujung kumaran bearnya berbanding luru dengan ceat erubahan fluk magnetik yang melingkuinya. Jadi bearnya GGL induki ada ebuah kumaran dengan buah lilitan adalah : = banyak lilitan kumaran d = laju erubahan fluk magnetik dt D. HUKUM LES Hukum Faraday hanya menunjukkan bearnya GGL induki ada kumaran, dan belum daat menunjukkan arah aru induki dalam kumaran. Hukum Len berbunyi : ru induki mengalir ada enghantar atau kumaran dengan arah berlawanan dengan gerakan yang menghailkannya atau medan magnet yang ditimbulkannya melawan erubahan fluk magnet yang menimbulkannya. Perhatikan gambar kumaran dan magnet batang berikut : Jika kutub U magnet batang di dekatkan kumaran B, maka akan terjadi ertambahan gari gaya magnet arah B yang dilingkui kumaran. Seuai dengan hukum Len, maka akan timbul gari gaya magnet baru arah B untuk menentang ertambahan gari gaya magnet terebut. Gari gaya magnet baru arah B ditimbulkan oleh aru induki ada kumaran. d dt t Jika kutub U magnet batang dijauhkan, maka akan terjadi kebalikannya. Contoh Soal B U Penghantar berhambatan 10 ohm berbentuk U diletakkan dalam medan magnet 0,4 T. Di ata enghantar diletakkan kawat luru anjangnya 10 S cm dan digerakkan ke kanan, ehingga timbul aru induki 0,05. Hitunglah keceatan gerak kawat! Jawab : B. L. v = R R. R 0,05.10 jadi v 1, 5 m/ B. L 0,4.0,1 Uji Kometeni 1. Sebuah enghantar bergerak memotong medan magnet 15 T dengan udut 45 o elama 0, detik. Jika lua fluk yang terotong 0,08 m, hitunglah GGL induki yang timbul!. Sebuah kawat hambatannya 0 ohm digerakkan dalam medan magnet, T dengan keceatan 0, m/ tegak luru medan magnet. Hitung : a. GGL induki yang timbul b. Kuat aru induki 3. Sebuah magnet digerakkan menjauhi kumaran yang jumlah lilitannya 1000 buah elama 0,001 detik ehingga timbul GGL induki 1,5 mengailkan fluk magnetic 0,00004 Wb. Tentukan fluk magnetic ebelumnya! 4. Sebuah kawat luru PQ anjangnya 1 cm digerakkan tegak luru dalam medan magnet 0,6 T dengan keceatan,5 m/. Jika hambatan kawat 0,03 ohm, tentukan gaya lorent yang dialami kawat PQ! 5. Sebuah kawat melingkar berhambatan 8 ohm diletakkan di dalam fluk magnetic yang berubah terhada waktu = (t-6) 3 dengan dalam atuan Wb dan t dalam atuan detik. Tentukan aru yang mengali dalam kawat ada t = 5! 6. Sebuah toroide ideal dan hama memunyai 1000 lilitan dan jari-jarinya 0,5 m. Sebuah kumaran yang teridir dari 5 lilitan di lilitkan ada toroide terebut. Penamang lintang toroide 0,00 m dan aru litrik ada kawat toroide berubah dari 7 menjadi 9 dalam waktu 1 detik. Hitunglah GGL induki yang timbul ada kumaran! 7. Darah mengangkut ion melalui ebuah ia berdiameter mm ada medan magnet 0,08 T dan engukuran ada voltmeter ebear 0,1 m. Tentukan keceatan aliran darah terebut. 8. Sebuah kumaran dengan 600 lilitan dan induktani diri 40 mh mengalami erubahan aru litri 10 menjadi 4 dalam waktu 0,1 detik. Hitung beda otenial antar ujung-ujung kumaran! 9. Sebuah kumaran terdirri ata 1000 lilitan dengan tera kayu berdiameter 4 cm. Kumaran terebut berhambatan 400 ohm dihubungkan eri dengan galvanometer yang hambatan dalamnya 00 ohm. Jika medan magnet 0,015 T yang dililiti kumaran dengan gari medan ejajar batang kayu tiba-tiba dihilangkan, maka jumlah muatan litrik yang melalui galvanometer! 10. Sebuah olenoide hambatannya 80 ohm berjari-jari 4 cm terdiri 80 lilitan dan ditematkan tegak luru medan magnet 0,5 T. Kumaran diutar dengan ceat ehingga dalam waktu 0,1 ermukaannya menjadi ejajar dengan gari Litrik hal : 9

3 gaya magnet. Tentukan energi yang dileakan dalam kumaran! E. PEERP DUKS ELEKTRO- MGETK Peneraan gejala induki elektromagnetik daat dijumai ada eralatan generator litrik, dynamo, keala kaet, induktor dan tranformator. 1. Generator litrik Generator adalah uatu alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi litrik. Generator ada dua jeni yaitu generator aru earah (DC) atau dynamo dan generator aru bolak-balik (C) atau alternator. GGL induki yang dihailkan generator akibat gerakan atau utaran kawat kumaran dalam medan magnet dengan umbu kumaran tegak luru medan magnet. Jika kumaran dengan buah lilitan diutar dengan keceatan udut, maka GGL induki yang dihailkan oleh generator adalah : Prini kerja trafo memindahkan energi litrik ecara induki melalui kumaran rimer ke kumaran kunder. Trafo ada dua jeni, yaitu trafo te-u dan te-down. Trafo te-u berfungi untuk menaikkan tegangan C umber, jumlah lilitan kumaran kunder lebih banyak dibandingkan jumlah lilitan rimer. Trafo te- d d ( B..co ) dt dt. B...int GGL induki akan makimum jika t = 90 o atau in t = 1, ehingga :. B.. mak = GGL induki (olt) mak = GGL induki makimum( volt) = jumlah lilitan kumaran B = induki magnet (T) = lua bidang kumaran (m ) = keceatan udut kumaran (rad/) t = waktu () =.t = udut ( o ) Generator bekerja berdaarkan rini induki elektromagnetik yaitu dengan memutar uatu kumaran dalam medan magnet ehingga timbul GGL induki. Perhatikan, erbedaan antara generator C dan DC terletak ada bagian komonen yang berhubungan dengan ujung kumaran yang berutar. Dinamo menggunakan ebuah cincin belah (komutator), edangkan alternator menggunakan dua buah cincin li.. Tranformator Tranformator atau trafo meruakan alat untuk mengubah (memerbear atau memerkecil) tegangan C berdaarkan rini induki elektromagnetik. Perhatikan gambar tranformator berikut: Litrik hal : 30

4 down berfungi untuk menurunkan tegangan C umber, jumlah lilitan kundernya lebih edikit. Trafo menimbulkan GGL ada kumaran kunder karena medan magnet yang berubah-ubah akibat aliran aru litrik bolak-balik ada kumaran rimer yang berakibat berubah-ubah ula medan magnet yang timbul ada kumaran rimer. Dikarenakan kumaran rimer dan ekunder dililitkan ada bahan ferromagnetik maka ada kumaran ekunder juga dilingkui medan magnetik yang berubah-ubah. kibatnya (berdaarkan hukum Faraday) ada ujung-ujung kumaran ekunder timbul ggl induki. Dalam hal ini bei lunak di dalam tranformator berfungi Sebagai medium yang daat menguulkan garigari gaya magnetik agar tidak menyebar keluar dari kumaran rimer mauun ekunder. Tetai dikarenakan bahan terebut juga ebagai enghantar maka adanya juga timbul ggl ecara mikrokoik yang diebut dengan ru EDDY. ru inilah yang menyebabkan Bei terebut menjadi ana dan meruakan faktor yang merugikan dikarenakan membuang energi litrik dalam bentuk ana. Untuk meminimalkan kerugian ini diilihlah bahan ferromagnetik yang tidak terlalu baik menghantarkan litrik (FERRT) Hubungan antara tegangan dan jumlah lilitan trafo adalah : Efiieni trafo bearnya daat dihitung dengan eramaan : P P.. x100% x100% kumaran daat membangkitkan GGL induki ada kumaran terebut. Bearnya induktani diri induktor ebear : L = induktani diri induktor (Henry = H) = - 1 = erubahan fluk magnetic = erubahan kuat aru litrik () = jumlah lilitan induktor = lua enamang induktor (m ) l = anjang induktor (m) Bearnya GGL induki yang dihailkan oleh induktor adalah : = GGL induki (olt) = erubahan kuat aru litrik () t = elang waktu () t... L o.. L l L t = laju erubahan aru litrik (/) nduktor daat menyiman energi (Pada aat induktor ada aru litrik maka dalam induktor ada medan magnet, ketika aru litrik dalam konduktor menjadi nol, maka medan magnetun hilang. Medan magnet yang emula ada menjadi tidak ada atau berubah inilah yang daat menimbulkan ggl induki diri atau yang artinya induktor mamu menyiman energi litrik) ebear : Pada trafo ideal dengan efiieni 100%, akan memiliki daya rimer dan daya kunder yang ama bear. Jadi ada trafo ideal berlaku : W 1 B. l. B.... L.... o o P. P. = tegangan rimer/inut (olt) = tegangan kunder/outut (olt) = tegangan rimer = tegangan kunder P = daya rimer (Watt) P = daya kunder (Watt) = kuat aru rimer () = kuat aru kunder () = efiieni trafo (%) 3. nduktor nduktor meruakan kumaran yang memiliki banyak lilitan kawat. nduktor memiliki induktani diri, yaitu gejala kelitrikan yang menyebabkan erubahan aru litrik ada W = energi inductor (J) L = induktani diri (H) = kuat aru litrik () = jumlah lilitan B = induki magnet (T) = lua enamang inductor (m ) l = anjang inductor (m) = volume inductor (m 3 ) o = ermeabilita ruang hama/udara nduktani Silang nduktani ilang diebut juga induktani timbalbalik, yaitu gejala kelitrikan akibat dua buah kumaran yang aling didekatkan. Jika alah atu kumaran mengalir aru litrik yang berubah baik bear mauun arahnya, maka akan timbul GGL induki ada kumaran kedua. GGL induki ada kumaran kedua. Bila ecara tiba-tiba aru ada kumaran rimer diutu, maka akibat induktani ilang dengan kumarab ekunder, ada ujungujung kumaran rimer timbul ggl induki balik yang Litrik hal : 31

5 nilainya bergantung ada jumlah lilitan ada maing-maing kumaran. Bearnya induktani ilang kedua kumaran adalah : Bearnya GGL induki ada umaran ertama dan kedua maing-maing adalah : M = induktani ilang (H) ermeabelita ruang hama o M 1 = jumlah lilitan kumaran ertama = jumlah lilitan kumaran kedua = lua enamang kumaran l = anjang kumaran (m) 1 = kuat aru kumaran ertama () = kuat aru kumaran kedua () Contoh Soal Sebuah generator menghailkan tegangan ebear 170. Jika armatur generator berutar dengan frekueni 60 Hz ada medan magnetic 0,3 T dan lua bidang kumaran 0,03 m, hitunglah banyak lilitan kumaran! Jawab : =.B.. =.B..(f) 170 =.0,3.0, = 50 buah lilitan. o. 1.. l 1 1 M t t 1 1 M t t 7 Uji Kometeni 1. Sebuah kumaran 00 lilitan berbentuk eregi anjang dengan anjang 10 cm dan lebar 5 cm. Kumaran berumbu utar tegak luru medan magnetic ebear 0,5 T dan diutar dengan keceatan udut 60 rad/. Hitung GGL induki makimum!. Sebuah trafo efiieninya 90%. Jika daya kumaran rimer 0 W, beraa daya kumaran kunder? 3. Sebuah trafo ideal memiliki jumlah lilitan rimer dan kunder maing-maing 00 dan 600 lilitan. Hitung kuat aru kumaran rimer ebuah trafo jika kuat aru kumaran kunder 8! a jeni trafo terebut? 4. Sebuah trafo ideal dengan kumaran rimer 90 lilitan, tegangannya 40. Jika jumlah lilitan kunder 15 buah, tentukan tegangan kunder dan jeni trafonya! 5. Trafo te-down digunakan ada tegangan 0 memberikan aru 5. Beraa tegangan yang dihailkan bila aru yang keluar ebear 5? 6. Sebuah eawat radio membutuhkan tegangan 1, dihubungkan dengan trafo te-down dengan tegangan dan kuat aru inut maingmaing 40 dan 0,5. Jika efiieni trafo 70%, tentukan kuat aru oututnya! 7. Efiieni trafo 97,5% tegangan rimernya 400 dengan kuat aru. Tentukan daya keluaran trafo terebut! 8. Sebuah trafo te-u mengubah tegangan 100 menjadi 0. Efiieni trafo 80% dihubungkan dengan lamu 60 W/0. Jika lamu menyala normal, tentukan kuat aru ada kumaran rimer! 9. Kumaran 000 lilitan mengalir aru 40 dan menimbulkan fluk, Wb. Hitung induktani diri kumaran terebut! 10. Kumaran 1000 lilitan dan anjangya 1 m dengan lua enamang 0,00 m, tentukan induktani diri kumaran terebut! 11. Sebuah kumaran anjangnya 80 cm jarijarinya cm terdiri 150 lilitan. Jika kumaran dialiri aru 40, tentukan energi yang teriman dalam kumaran terebut! 1. Solenoide anjangnya 0 cm terdiri 00 lilitan lua enamangnya 0,000 m mengalir aru 3. Tentukan energi di tengah-tengah olenoide terebut! 13. Sebuah kumaran induktaninya 1, H. Setelah dimaukkan bahan feromagnetik, induktaninya menjadi 600 H. Beraa ermeabelita relatif bahan feromagnetik terebut? 14. Solenoide anjangnya 70 cm 1000 lilitan dialiri aru 0. Energi yang teriman, J. Beraa lua olenoide terebut? 15. Sebuah olenoide 300 lilitan anjangnya 1 m luanya, m. Hitung induktani ilangnya jika ada uat olenoide terebut di lilitkan kumaran 10 lilitan! 16. Dua kumaran aling berdekatan. GGL ada kumaran ertama 70 menyebabkan aru bertambah 10 etia ekonnya. Pertambahan aru ini menimbulkan GGL induki ada kumaran kedua ebear 140. Hitung induktani ilangkedua kumaran terebut! 17. Pada uat ebuah olenoide diberi kumaran. Ternyata dalam waktu 0,5 ekon aru ada olenoide yang emula 4 berbalik arah. Jika induktani ilang 0,007 H, beraa GGL dalam kumaran? ELUS 1. GGL induki timbul karena. a. erubahan fluk magnetic b. erbedaan tegangan c. gaya lorent d. gaya gerak enghantar e. beda otenial. Seotong kawat enghantar anjangnya l digerakkan di dalam medan magnet ecara tegak luru ehingga timbul GGL induki. Jika keceatan gerak kawat dinaikkan kali emula dengan arah teta dan anjang kawat diubah ¼ nya, maka GGL indukinya menjadi. a. 0,5 Litrik hal : 3

6 b. 0,50 c. d. 3 e Sebuah enghantar anjangnya 0 cm digerakkan tegak luru medan magnet 0,4 T timbul GGL induki 0,5. Keceatan gerak enghantar. M/. a. 50,5 b. 5,5 c. 18,5 d. 1,5 e. 6,5 4. Kawat PQ anjangnya 0 cm hambatannya 0,1 ohm digerakkan tegak luru medan magnet 0,05 T dengan keceatan 0 m/. Gaya Lorent yang dialami kawat adalah a. 0,0 b. 0, c. d. 0 e GGL induki timbul karena adanya erubahan fluk magnet, bukan emata-mata akibat gerakan enghantar dalam medan magnet adalah ernayataan a. Faraday b. Oerted c. Ohm d. Len e. mere 6. Timbulnya GGL induki karena erubahan udut antara gari gaya dan arah bidang gerakan adalah rini kerja dari. a. adator b. trafo c. generator d. inductor e. motor 7. Perubahan fluk etia detik ebear 0,003 T terjadi karena ebuah magnet batang digerakkan menjauhi kumaran 50 lilitan. Bear GGL induki adalah a. 0,075 b. 0,06 c. 0,045 d. 0,03 e. 0, Kawat enghantar B diletakkan membujur ada umbu Y ada ebuah koordinat XYZ digerakkan ke arah umbu X+, ehingga aru litrik mengalir ada kawat ke arah umbu Y-. Hal ini diebabkan karena medan magnet yang earah dengan umbu. a. Z+ b. Z- c. Y+ d. X+ e. X- 9. Sebuah trafo te down bekerja ada jaringan,5 k dan daat memberi aru 80. Perbandingan jumlah lilitan kumaran rimer dan kunder adalah 0:1. Jika efiieni trafo 100%, bearnya tegangan kunder, aru rimer dan daya yang dihailkan trafo maing-maing adalah a. 15, 4, 10 kw b. 10, 4, 15 kw c. 10, 4, 15 kw d. 0,, 100 kw e. 15, 4, 10 kw 10. Perbandingan lilitan rimer dan kunder trafo 6:1. Bila aru ada kumaran rimer 3, aru ada kumaran kunder adalah a. 18 b. 9 c. 6 d. e Kumaran rimer trafo 70 buah daat menaiikan tegangan 0 menjadi Berarti jumlah lilitan kunder adalah buah. a. 14 b. 140 c. 175 d. 350 e Trafo jumlah lilitan rimer dan kundernya 400 dan 80 buah lilitan dihubungkan dengan tegangan umber 110. Trafo akan menghailkan tegangan ebear a. 11 b. c. 44 d. 66 e Perhatikan ernyataan berikut : 1) jumlah lilitan olenoide ) lua enamang 3) anjang 4) kuat aru Faktor yang berengaruh terhada bearnya induktani diri olenoide adalah a. 1, 4 b. 1,,3 c. 1,,4 d.,3,4 e. 1,,3,4 14. Perhatikan ernyataan berikut : 1) jumlah lilitan olenoide ) laju erubahan fluk magnetik 3) hambatan luar Faktor yang berengaruh terhada bearnya GGL induki kumaran adalah a. 1 b. 1, c. d.,3 e Sebuah Solenoide yang lua enamangnya 0,5 m, terdiri 900 buah lilitan edangkan anjang olenoide 9π cm. Toroide diletakkan di dalam medan magnet yang berubah-ubah. nduktani diri toroide adalah mh. a. 0,1 b. 0,01 c. 0,001 d. 0,0001 e. 0, Dua kumaran induktani ilangnya 1,5 H. Bear GGL induki ada kumaran kunder 500, berarti ada kumaran rimer arunya berubah dari 0 hingga 10 dalam waktu. Litrik hal : 33

7 a. 0,015 b. 0,05 c. 0,035 d. 0,045 e. 0, Sebuah olenoide anjangnya 6,8 cm dan luanya 5 cm terdiri 300 lilitan dialiri aru. Energi yang teriman dalam olenoide. J a. 0,0009 b. 0,0018 c. 0,00009 d. 0,00045 e. 0, Fluk magnetic yang diabngkitkan kumaran tii beraru 3 adalah 0,6 Wb. Dalam waktu 0,4 aru dalam kumaran berbalik arah. GGL induki kumnaran. a. 0 b. 1,5 c. d. 3 e Dua buah olenoide dan B anjang dan lua enamangnya ama. Jika olenoide 800 lilitan memiliki induktani 0,64 mh, maka olenoide B 500 lilitan memiliki induktani ebear. MH a. 0,5 b. 0,3 c. 0,5 d. 0,64 e ru yang melalui kumaran berubah dengan laju / elama 5. Jika total erubahan fluk magnetic yang melalui kumaran 10 mwb, maka induktani diri kumaran adalah mh a. 0,5 b. 1 c. d. 5 e. 0,4 Litrik hal : 34