Induksi Elektromagnetik. Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini. Induksi Elektromagnetik.

Transkripsi

1 Bab 13 Induki Elektromagnetik Pada uatu malam, ketika Ani edang belajar IPA. Tiba-tiba ayah Ani mendekat ambil bertanya keada Ani. Aa bedanya aru litrik yang ditimbulkan oleh ebuah baterai dengan aru litrik dari PLN? Dan menggunakan alat aakah aru litrik dari embangkit litrik yang bertegangan bear daat digunakan di rumah-rumah dengan tegangan kecil? Ani diam ejenak, terlihat dari wajahnya bahwa ia edang berikir ambil menyatakan tegangan yang ditimbulkan oleh baterai itu kecil ehingga jika keetrum tidak menyebabkan kecelakaan yang fatal edang untuk PLN ebaliknya bia terbakar dan meninggal. Oleh karena itu, untuk PLN metinya ada alat yang bia menurunkan tegangan. Bagaimana rini kerja alat terebut, untuk lebih jelanya bia kalian elajari ada Bab 13 ini. Peta Kone Untuk memermudah memahami materi ini, erhatikan eta kone berikut ini. Induki Elektromagnetik menjelakan Hubungan antara Gari Medan Magnet dengan GGL Induki Prini Kerja Prini Kerja Tranformator Karakteritik Trafo dan Peneraannya antara lain didaatkan jeninya 1. Dinamo DC 2. Dinamo AC 3. Generator Efiieni Trafo: P η 100% P 1. Trafo Ste-u 2. Trafo Ste-down Kata Kunci Setelah kalian memahami eta kone di ata, erhatikan kata-kata kunci berikut yang meruakan kunci dan cara memahami materi ini. Induki Elektromagnetik GGL Induki Gari Medan Magnet Generator Dinamo Tranformator Induki Elektromagnetik 283

2 A. Hubungan antara Pergerakan Gari Medan Magnet dengan Terjadinya Gaya Gerak Litrik Induki Kegiatan A. Tujuan Mengetahui medan magnet daat menghailkan aru litrik. B. Alat dan Bahan 1. Dua buah magnet batang 2. Galvanometer 3. Dua buah olenoida yang berbeda jumlah lilitannya C. Cara Kerja 1. Suunlah alat eerti ada gambar. 2. Gerakkan kutub utara magnet batang mauk ke dalam kumaran. Amatilah jarum galvanometer, lihat gambar (a), aa yang terjadi? 3. Diamkan magnet batang di dalam kumaran, amati galvanometer, aa yang terjadi? 4. Gerakkan kutub utara magnet batang keluar dari kumaran. Amati aa yang terjadi ada jarum galvanometer, lihat gambar (b). 5. Ulangi dengan menggerakkan magnet batang mauk-keluar teru meneru. Amati jarum galvanometer, aa yang terjadi. (a) (b) 6. Ulangi langkah-langkah terebut dengan mengganti magnet batang yang lebih kuat. Amati teru jarum galvanometer, aa yang terjadi. 284 IPA Teradu IX

3 7. Ulangi langkah-langkah terebut dengan mengganti olenoida yang lebih banyak jumlah lilitannya. Amati aa yang terjadi ada jarum galvanometer. 8. Aabila yang digerakkan mauk-keluar adalah kutub elatan magnet batang. Bagaimana arah enyimangan jarum galvanometer. D. Hail Pengamatan Bagaimana keimulan kalian dari kegiatan di ata jika dikaitkan engaruh medan dengan ergerakan galvanometer? Terjadinya GGL Induki Kalian telah mengetahui bahwa ada beberaa bentuk energi antara lain: energi kalor, energi kimia, energi cahaya, energi bunyi, dan energi litrik. Di antara bentuk-bentuk energi terebut, energi litriklah yang aling mudah diubah menjadi bentuk energi lain. Oleh karena itu, energi litrik banyak digunakan untuk keentingan manuia. Energi litrik dieroleh dari mein embangkit litrik yaitu generator. Generator menghailkan energi litrik dengan beda tegangan yang angat tinggi yaitu dalam orde megavolt, oleh ebab itu ebelum amai ke rumahrumah erlu ada alat enurun tegangan. Alat yang digunakan adalah trafo atau tranformator. Daar kerja trafo dan generator adalah induki elektromagnetik. Seorang ilmuwan dari Jerman yang bernama Michael Faraday ( ) memiliki gagaan daatkah medan magnet menghailkan aru litrik? Gagaan ini didaarkan oleh adanya enemuan dari Oerted bahwa aru litrik daat menghailkan medan magnet. Karena termotivai oleh gagaan terebut kemudian ada tahun 1822,Faraday memulai melakukan ercobaan-ercobaan. Pada tahun 1831 Faraday berhail membangkitkan aru litrik dengan menggunakan medan magnet. Induki Elektromagnetik 285

4 Alat-alat yang digunakan Faraday dalam ercobaannya adalah gulungan kawat atau kumaran yang ujung-ujungnya dihubungkan dengan galvanometer. Jarum galvanometer mula-mula ada oii nol. Kalian ati udah mengetahui, bahwa galvanometer adalah ebuah alat untuk menunjukkan ada atau tidaknya aru litrik di dalam rangkaian. Percobaan Faraday untuk menentukan aru litrik dengan menggunakan medan magnet, dilakukan antara lain eerti kegiatan di ata. Pada kegiatan terebut diketahui bahwa ketika kutub utara magnet bergerak ke dalam kumaran maka jarum galvanometer, menyimang ke kanan. Ketika magnet ditarik dari dalam kumaran maka jarum galvanometer menyimang ke kiri. Pada aat kutub elatan bergerak mauk ke dalam kumaran, jarum galvanometer akan menyimang ke kiri, edangkan ketika kutub elatan ditarik dari dalam kumaran, jarum galvanometer menyimang ke kanan. Dari hail ercobaan di ata maka daat diambil keimulan bahwa aru induki yang timbul dalam kumaran arahnya bolak-balik eerti yang ditunjukkan oleh enyimangan jarum galvanometer yaitu ke kanan dan ke kiri. Karena aru induki elalu bolak-balik, maka diebut aru bolak-balik (AC Alternating Current). Faraday menggunakan kone gari gaya magnet untuk menjelakan eritiwa di ata. Perhatikan Gambar 13.1! 1. Magnet didekatkan ada kumaran maka gaya yang melingkui kumaran menjadi bertambah banyak, ehingga ada kedua ujung kumaran timbul gaya gerak litrik (GGL). 2. Magnet dijauhkan terhada kumaran maka gari gaya yang melingkui kumaran menjadi berkurang, kedua ujung kumaran juga timbul GGL. 3. Magnet diam terhada kumaran, jumlah gari gaya magnet yang melingkui kumaran teta, ehingga tidak ada GGL. Keimulan ercobaan di ata adalah: Timbulnya gaya litrik (GGL) ada kumaran hanya aabila terjadi erubahan jumlah gari-gari gaya magnet. 286 IPA Teradu IX

5 S U Gambar 13.1 Gaya gerak litrik timbul akibat erubahan gari gaya magnet Gaya gerak litrik yang timbul akibat adanya erubahan jumlah gari-gari gaya magnet diebut GGL induki, edangkan aru yang mengalir dinamakan aru induki dan eritiwanya diebut induki elektromagnetik. Ada beberaa faktor yang memengaruhi bear GGL induki yaitu: 1. Keceatan erubahan medan magnet. Semakin ceat erubahan medan magnet, maka GGL induki yang timbul emakin bear. 2. Banyaknya lilitan Semakin banyak lilitannya, maka GGL induki yang timbul juga emakin bear. 3. Kekuatan magnet Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induki yang timbul juga emakin bear. Untuk memerkuat gejala kemagnetan ada kumaran daat dengan jalan memaukkan inti bei lunak. GGL induki daat ditimbulkan dengan cara lain yaitu: 1. Memutar magnet di dekat kumaran atau memutar kumaran di dekat magnet. Maka kedua ujung kumaran akan timbul GGL induki. 2. Memutu-mutu atau mengubah-ubah arah aru earah ada kumaran rimer yang di dekatnya terletak kumaran ekunder maka kedua ujung kumaran ekunder daat timbul GGL induki. Induki Elektromagnetik 287

6 3. Mengalirkan aru AC ada kumaran rimer, maka kumaran ekunder didekatkan daat timbul GGL induki. Aru induki yang timbul adalah aru AC dan gaya gerak litrik induki adalah GGL AC. 1. Dinamo B. Prini Kerja Dinamo dan Generator Kalian udah mengetahui bahwa terjadinya aru induki dan GGL induki antara lain dengan cara kutub magnet digerakkan di dekat kumaran atau kumaran digerakkan di dekat kutub magnet. Karena kita menggerakkan kutub magnet berarti terdaat energi gerak atau energi kinetik. Jadi, dalam roe terjadinya aru induki terdaat erubahan energi gerak menjadi energi litrik. Akibat gerakan magnet di dalam uatu kumaran menimbulkan aru induki yang ecara langung adanya energi lirik yang ditimbulkan. Beberaa contoh eralatan yang digunakan dalam kehiduan ehari-hari ebagai eneraan GGL induki di antaranya adalah generator dan dinamo. Bagian utama dinamo, lihat Gambar 13.2, adalah a. Sebuah kumaran (C) b. Sebuah cincin geer (A) c. Sikat (B) d. Magnet Gambar 13.3 Dinamo dengan rini kumaran berutar 288 IPA Teradu IX

7 2. Dinamo Aru Searah Sedangkan langkah-langkah kerja dinamo adalah ebagai berikut: a. Sebuah kumaran berutar dalam medan magnet. b. Tia-tia ujung kawat kumaran dihubungkan dengan ebuah cincin geer. c. Cincin geer terebut menemel ebuah ikat. d. Bila kumaran diutar maka dalam kumaran itu timbul GGL AC. GGL AC ini menimbulkan aru AC di dalam rangkaian dinamo. Dinamo aru bolak-balik daat diubah menjadi dinamo aru earah dengan menggunakan cincin belah atau komutator eerti ada motor litrik, lihat gambar 13.3! Kumaran U Sikat Cincin belah (komutator) Gambar 13.3 Dinamo aru earah Dinamo aru earah ada rininya ama dengan motor aru earah. Jadi dinamo aru earah daat diakai ebagai motor aru earah. Demikian ula ebaliknya. 3. Generator Bagian utama generator, lihat Gambar 13.4, adalah: a. Magnet Untuk generator embangkit tenaga litrik yang bear biaanya menggunakan lebih dari atu magnet yang berutar. Magnet yang digunakan biaanya magnet litrik. Induki Elektromagnetik 289

8 b. Rotor Rotor adalah bagian generator yang berutar. c. Stator Stator adalah bagian generator yang tidak berutar. Aru yang ditimbulkan oleh generator juga aru bolak-balik. Seerti yang kalian ketahui berama bahwa aru yang digunakan di rumah-rumah atau di abrik-abrik berifat aru bolak-balik, bukan? + U S S U Gambar 13.4 Generator aru bolak-balik yang menggunakan lebih dari atu magnet C. Prini Kerja Tranformator (Trafo) Tranformator adalah ebuah alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan aru bolakbalik. Tranformator ering diebut trafo. Sebuah tranformator terdiri ata ebuah inti bei. Pada inti bei digulung dua lilitan, yaitu kumaran rimer dan kumaran ekunder, lihat Gambar 13.5! 290 IPA Teradu IX

9 Sumber tegangan bolakbalik Kumaran ekunder Kumaran rimer Gambar 13.5 Tranformator Prini kerja tranformator adalah ebagai berikut. 1. Kumaran rimer dihubungkan keada umber tegangan Pada tahun 1831, Faraday yang hendak diubah bearnya. Karena tegangan rimer menemukan bahwa enghentian atau engaliran aru dalam alah itu tegangan bolak-balik, maka atu kawat ada cincin bei ini bear dan arah tegangan itu menyebabkan dorongan ingkat dari aru di kawat lainnya. Cincin berubah-ubah. yang ekarang jadi terkenal ini 2. Dalam inti bei timbul medan ebenarnya ama dengan tranformator modern yang tercita arahnya berubah-ubah ula. magnet yang bear dan 160 tahun kemudian. Perubahan medan magnet ini menginduki tegangan bolakbalik ada kumaran ekunder. Dari ebuah ercobaan daat ditunjukkan, bahwa: 1. Perbandingan antara tegangan rimer, V, dengan tegangan ekunder, V ama dengan erbandingan antara jumlah lilitan rimer, N, dan lilitan ekunder, N. 2. Perbandingan antara kuat aru rimer, I, dengan kuat aru ekunder, I, ama dengan erbandingan jumlah lilitan ekunder dengan lilitan rimer. Info MEDIA Induki Elektromagnetik 291

10 Efiieni Tranformator Dari kedua ernyataan terebut daat ditulikan ecara ingkat dengan eramaan ebagai berikut: V : V N : N I : I V : V I : I N : N Atau daat dituli: V N V I N I V N V I N I Ada dua hal erlu diahami untuk tranformator ini, yaitu: 1. Tranformator hanya digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan aru bolak-balik (AC) dan tidak untuk aru earah (DC). 2. Tranformator tidak daat memerbear daya litrik yaitu tidak daat memerbear banyaknya daya yang mauk ke dalam tranformator terebut. Kalian udah mengetahui eramaan-eramaan yang berlaku ada tranformator. Peramaan di ata dan didaarkan ata efiieni tranformator diangga eratu eren. Tetai kenyataan ehari-hari efiieni tranformator elalu kurang dari eratu eren. Mengaa demikian? Selama enggunaan tranformator, bearnya daya yang dikeluarkan oleh kumaran ekunder elalu lebih kecil dariada daya yang diterima oleh kumaran rimer. Hal ini diebabkan elama tranformator digunakan ada ebagian energi litrik yang berubah menjadi kalor. Dengan kata lain energi litrik yang keluar dari tranformator elalu lebih kecil dariada energi yang mauk ke dalam tranformator. Agar dieroleh efiieni mendekati 100% ada enggunaan tranformator, biaanya dilakukan caracara ebagai berikut: 1. Diberi bahan endingin. 2. Untuk mengurangi ana, membuat inti bei untuk tranformator berbentuk elat atau lemengan. 292 IPA Teradu IX

11 3. Mengalirkan udara dingin, mial dengan air conditioning atau kia angin. Selama 1 ekon, kumaran rimer tranformator menerima energi dari umber yang akan diubah ebear W V I t joule. Selama t ekon tranformator terebut juga melea energi melalui kumaran ekunder ebear W V I t joule. Efiieni tranformator, η, adalah erentae harga erbandingan antara bear energi yang dilea tranformator tia ekon ada kumaran ekunder dengan energi yang diterima tranformator etia ekon ada kumaran rimer. Energi tia ekon diebut daya. Oleh karena itu, efiieni daat dinyatakan dalam erbandingan daya ekunder, P dan daya rimer, P, kali 100 % dan daat dituli Efiieni daya ekunder daya rimer 100% P η P 100 % Karena P maka: η V I V I 100 % Contoh oal: Sebuah tranformator dihubungkan dengan tegangan 200 V daat menghailkan tegangan 40 V. Jika kumaran inut berjumlah 1100 lilitan. Beraakah kumaran oututnya? Penyeleaian: Diketahui: V 200 V V 40 V N 1100 lilitan Ditanya: N...? Jawab : V N V N Induki Elektromagnetik 293

12 200V 40V 1100 lilitan N 200 N (40 x 1100) lilitan N 220 lilitan D. Karakteritik Tranformator dan Peneraannya Ada dua tranformator, yaitu: 1. Tranformator te-u (tranformator enaik tegangan) 2. Tranformator te-down (tranformator enurun tegangan) Ciri-ciri kedua jeni trafo adalah: 1. Trafo te-u a. Jumlah lilitan kumaran rimer elalu lebih kecil dari jumlah lilitan kumaran ekunder, (N < N ) b. Tegangan rimer elalu lebih kecil dari tegangan ekunder, (V < V ) c. Kuat aru rimer elalu lebih bear dari kuat aru ekunder, (I > I ) 2. Trafo te-down a. Jumlah lilitan kumaran rimer elalu lebih bear dari jumlah lilitan kumaran ekunder, (I > N ) b. Tegangan rimer elalu lebih bear dari tegangan ekunder (V > V ) c. Kuat aru rimer elalu lebih kecil dari kuat aru ekunder, (I < I ) Salah atu contoh enggunaan tranformator adalah ada eawat enerima radio jeni tabung. 294 IPA Teradu IX

13 Rangkuman 1. Beberaa faktor yang memengaruhi gaya gerak litrik (GGL) induki: a. keceatan erubahan medan magnet b. banyaknya lilitan c. kekuatan magnet. 2. GGL induki daat ditimbulkan dengan cara: a. memutar magnet di dekat kumaran atau memutar kumaran di dekat magnet. b. mengubah arah aru earah ada kumaran rimer. c. mengalirkan aru AC ada kumaran rimer 3. Peneraan ggl induki ada generator dan dinamo. 4. Bagian-bagian dinamo: ebuah kumaran, ebuah cincin geer, ikat, dan magnet. 5. Bagian-bagian generator: magnet, rotor, dan tator. 6. Tranformator: alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan aru bolak-balik. 7. Peramaan-eramaan ada tranformator: N N 8. Efiieni tranformator η η P P V I 100% 100% Refleki Sekarang ini umumnya orang lebih uka membawa kartu kredit atau kartu ATM dariada membawa uang tunai dengan alaan lebih rakti dan lebih aman. Kartu kredit dan kartu ATM meruakan contoh eneraan rini induki elektromagnetik. Sebagai bahan refleki, jelakan cara kerja kartu kredit atau ATM berdaarkan rini induki elektromagnetik! Induki Elektromagnetik 295

14 Uji Kometeni A. Pilihlah atu jawaban yang benar dengan memberi tanda ilang (X) ada huruf a, b, c, atau d! 1. Aru induki adalah berua.... a. aru earah b. aru bolak-balik c. aru DC d. aru DC dan AC 2. Timbulnya gaya gerak litrik ada kedua ujung kumaran diebabkan terjadi erubahan.... a. tegangan b. jumlah gari gaya magnet c. jumlah lilitan d. aru litrik 3. Berikut ini yang bukan meruakan faktor yang memengaruhi bear GGL induki yaitu.... a. banyaknya lilitan b. keceatan erubahan medan magnet c. kekuatan magnet d. maalah lilitan kumaran 4. Aabila V tegangan rimer, V tegangan ekunder, I kuat aru rimer dan I kuat aru ekunder, maka hubungan yang benar adalah.... a. b. V I c. V d. V I I 296 IPA Teradu IX

15 5. Pada trafo te-u yang tidak benar adalah.... a. jumlah lilitan rimer lebih kecil dari jumlah lilitan ekunder b. tegangan rimer lebih kecil dari tegangan ekunder c. kuat aru rimer lebih kecil dari kuat aru ekunder d. kuat aru rimer lebih bear dari ada kuat aru ekunder 6. Berikut ini adalah rumu efiieni tranformator adalah.... a. E η 100% E b. c. d. η E E 100% V I η 100% η 100% 7. Fungi trafo te-down adalah.... a. menurunkan tegangan b. menaikkan tegangan c. menetakan tegangan d. mengubah-ubah tegangan 8. Yang meruakan ciri trafo te-u adalah.... a. N < N b. I < I c. V < V d. I > I 9. Ciri trafo te-u adalah.... a. N > N b. I > I c. I < I d. V > V 10. Tranformator adalah alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan.... a. bolak-balik b. bolak-balik dan earah c. earah aja d. ekunder aja Induki Elektromagnetik 297

16 B. Jawablah ertanyaan berikut dengan ingkat dan jela! 1. Sebuah trafo dihubungkan dengan tegangan 220 volt ehingga mengalir aru litrik 0,25 A. Jika kuat aru yang keluar dari trafo adalah 2 A, maka tentukan bear tegangan keluaran trafo terebut! 2. Sebuah tranformator dihubungkan dengan tegangan 200 V menghailkan tegangan 20 V. Jika kumaran inut 1000 lilitan, maka hitunglah jumlah lilitan kumaran outut! 3. Sebuah trafo menggunakan kumaran dengan erbandingan jumlah lilitan rimer dan ekunder 1:5. Trafo terebut dihubungkan dengan tegangan 30 volt. Jika daya keluaran trafo 50 watt, maka tentukan bear aru ekundernya! 4. Energi maukan dan keluaran dari ebuah trafo adalah joule dan 9000 joule. Tentukan efiieni trafo! 5. Sebuah trafo dihubungkan dengan umber 200 volt dan mengalir aru litrik ebear 0,2 amere. Bila tegangan (GGL) keluaran dan efiieninya maing-maing 100 volt dan 80 %. Tentukan kuat aru keluaran! Proyek Carilah informai tentang rini induki elektromagnetik ada kartu ATM atau kartu kredit diertai gambar yang mendukung informai terebut. Kumulkan dalam bentuk kliing dan multimedia untuk direentaikan di dean kela! 298 IPA Teradu IX