1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi

Transkripsi

1 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 Transformator 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 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 S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

2 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Michael Faraday menemukan bahwa perubahan medan magnetik dapat menimbulkan arus listrik, gejala yang demikian disebut induksi elektromagnetik. Fluk Magnetik fluks magnetik adalah banyaknya garis-garis medan magnetik yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus. Persamaan fluks magnetik: φ = B A cos θ Keterangan: φ = fluks magnetik (Wb) B = kuat medan magnetik (T) A = luasan yang ditembus garis medan magnetik (m 2 ) θ = sudut antara B dengan garis normal GGL Induksi GGL induksi timbul jika terjadi perubahan fluks magnetik di dalam kumparan,. Perubahan fluks magnetik menyebabkan timbulnya beda tegangan pada ujungujung kemparan (adanya ggl induksi) 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 Persamaan GGL induksi ε ind = N Δφ Δt Keterangan: ε ind = ggl induksi (V) Δφ = perubahan fluks magnetik (Wb) N = jumlah lilitan kumparan Δt = selang waktu (sekon) Tanda negatif ( ) menunjukkan arah arus induksi yang selalu menentang penyebabnya. 81 F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

3 GGL Induksi Akibat Perubahan Luas Bidang Kumparan 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. Kawat PQ digeser ke kanan dengan kecepatan v sehingga terjadi perubahan luasan yang ditembus maka akan terjadi ggl induksi yang dirumuskan: ε = B L v Keterangan: L = panjang kawat (m) v = kecepatan gerak kawat PQ (m/s) Arah gaya lorentz berlawanan arah dengan arah kecepatan kawat PQ sehingga arah gaya lorentznya ke kiri karena kecepatan kawat PQ ke kanan. Arah arus induksi pada kawat PQ adalah dari P ke Q sesuai dengan kaidah tangan kanan kedua. Transformator 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. 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 S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

4 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. 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 (Vp > 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 S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

5 Hubungan antara tegangan, banyak lilitan dan kuat arus untuk transformator: v p v s = N p N s = I s I p Transformator ideal (efisiensinya, η = 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): η = P s P p x 100 % = V s. Is V p.i p x 100 % Keterangan: Vp = tegangan primer (volt) Np = banyaknya lilitan primer Ip = kuat aris primer (A) Ps = daya sekunder (J/s) η = efisiensi transformator Vs = tegangan sekunder (volt) Ns = banyaknya lilitan sekunder IS = kuat aris sekunder (A) Pp = daya primer (J/s) atau (watt) 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 S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

6 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 kumparan memengaruhi nilai GGL induksi c. Bentuk magnet akan memengaruhi kekuatan induksi 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 F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

7 a. 0,1 A c. 0,3 A e. 0,6 A b. 0,2 A d. 0,5 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 S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

8 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 e. 6 volt b. 3 volt d. 5 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 e. 1/11 A b. 1/3 A d. 1/7 A 87 F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i