FISIKA LAPORAN PENGAMATAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK (LILITAN & TRANSFORMATOR) Oleh: Wisnu Pramadhitya Ramadhan/36/XII-MIPA 6 SMA NEGERI 2 BOGOR Jl. Keranji Ujung No.1 Budi Agung, Bogor 16165; No Telp: (0251) 8318761 Website: www.sman2kotabogor.sch.id
Hukum faraday menyatakan bahwa tegangan induksi memiliki kesebandingan dengan kecepatan induksi, luas induksi dan besar medan magnet maka dilakukan percobaan induksi elektromagnetik. Percobaan ini membuktikan bahwa semakin besar variasi B (jumlah magnet), V (kecepatan induksi) maka semakin besar pula ggl induksi yang diperoleh. Hal ini sesuai dengan persamaan ε yaitu sebanding dengan B dan V. I. Tujuan 1. Untuk mengamati fenomena kelistrikan dari gejala induksi elektromagnetik pada kumparan. 2. Untuk mengamati fenomena kelistrikan yang terjadi pada transformator. II. Dasar Teori Hukum faraday yang menyatakan bahwa tegangan induksi memiliki kesebandingan dengan kecepatan induksi, luas induksi dan besar medan magnet maka dilakukan percobaan induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik adalah besar arus listrik yang ditimbulkan oleh perubahan medan magnet (fluks magnet). Arus induksi adalah arus listrik yang dihasilkan induksi elektromagnetik dan gaya gerak listrik induksi (ggl induksi) adalah tegangan yang dihasilkan oleh arus induksi. Menurut hukum Lenz menjelaskan bahwa arus induksi yang dalam kumparan menghasilkan medan magnet yang berlawanan arah dengan medan magnet yang menghasilkan arus induksi tersebut. Dalam percobaan Faraday, menjelaskan bahwa menggerakan magnet keluar-masuk kumparan menyebabkan penyimpangan pada jarum galvanometer. Dalam hukumnya, besar ggl induksi yang timbul dalam suatu rangkain sama dengan laju perubahan fluks magnet yang terjadi pada rangkaian tersebut, oleh karena itu ggl induksi berhubungan dengan laju perubahan fluks magnet, menghasilkan persamaan berikut: 1
Ggl induksi dapat dihasilkan dengan cara: pertama menggerakan magnet keluar-masuk kumparan; kedua memutar magnet di depan kumparan; ketiga memutus-hubungkan arus listrik pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder; keempat dengan mengalirkan arus listrik AC pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder. Dalam pengamatan kali ini digunakan cara pertama dan keempat. Cara keempat merupakan prinsip dasar cara kerja transformator (selanjutnya disebut trafo). Dalam induksi elektromagnetik, ggl induks dipengaruhi oleh perubahan lajur fluks magnet, oleh karena itu, ggl induks juga dipengaruhi perubahan luas bidang kumparan, perubahan medan magnet, dan perubahan orientasi sudut kumparan terhadap medan magnet. Ggl induksi uga dipengaruhi oleh kawat yang bergerak dalam medan magnet (mengakibatkan perubahan luas bidang kumparan). 2
Menghasilkan ggl induksi dengan cara mengalirkan arus listrik AC ke kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder merupakan prinsip dasar kerja trafo. Trafo adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik arus AC. Komponen trafo terdiri atas kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti besi. Cara kerja trafo adalah dengan cara mengalirkan arus listrik AC yang mempengaruhi perubahan arus listrik pada kumparan primer, maka fluks magnet pada kumparan sekunder juga berubah-ubah. Perubahan fluks magnet pada kumparan sekunder menghasilkan ggl induksi dan arus induksi. Selanjutnya terjadilah perpindahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder tanpa ada kontak langsung. Trafo dibagi menjadi dua jenis, yaitu trafo step up dan step down, di mana trafo step up berfungsi sebagai penaik tegangan dan step down sebagai penurun tegangan, dengan persamaan trafo sebagai berikut: III. Alat & Bahan 1. Multimeter analog (ampere meter & volt meter) 2. Kumparan 500 & 1000 lilitan 3. Magnet batang 4. Sirkuit/papan rangkaian 5. Kabel konektor 3
IV. Langkah Kerja 1. Rangkaian disusun seperti gambar di samping dengan kumparan 500 lilitan. Multimeter dipindah ke ampere meter. 2. Magnet batang digerakan secara masuk-keluar kumparan. 3. Jarum ampere meter diamati. --------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. Rangkaian disesuaikan dengan gambar di samping dengan dua kumparan: 500 dan 1000 lilitan. 2. Ujung rangkaian dengan 1000 lilitan dihubungkan dengan listrik AC 3-12V. 3. Ujung rangkaian 500 lilitan dihubungkan dengan voltmeter. 4. Sebagai percobaan, kumparan ditukar untuk pengamatan lebih lanjut. V. Hasil Pengamatan Saat magnet diletakkan di atas kumparan dalam keadaan diam, jarum amperemeter juga diam. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada arus listrik yang timbul dalam kumparan. Saat magnet digerakkan masuk-keluar kumparan, jarum amperemeter juga ikut bergerak. Hal ini menunjukkan bahwa ada arus listrik yang timbul dalam kumparan yang disebut GGL induksi. Ini sesuai dengan hukum faraday, di mana perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik. Lalu ketika magnet batang digerakan lebih cepat dari sebelumnya, arus yang terlihat di amperemeter naik, ini membuktikan bahwa kecepatan magnet batang berbanding lurus dengan besar listrik yang ditimbulkan. Ini sesuai dengan apa yang dikatakan faraday bahwa laju perubahan medan magnet mempengaruhi besar ggl induksi yang dihasilkan. Pada percobaan selanjutnya, transformator yang telah dirangkai diuji. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. 4
Pada percobaan pertama transformator, lilitan primer berjumlah 1000 lilitan, sedangkan sekunder berjumlah 500 lilitan. Rangkai tersebut dialiri listrik AC dengan voltase 3-12V, voltmeter menunjukan penurunan tegangan pada lilitan sekunder namun penurunan ini tidak menunjukan ketidakserasian dengan hasil sesuai teori. Oleh karena itu, penurunan tegangan pada transformator disebut transformator step down. Pada percobaan kedua, lilitan ditukar di mana lilitan primer berjumlah 500 dan sekunder berjumlah 1000. Rangkaian dialiri listrik AC bertegangan 3-12V. Dampak yang dihasilkan adalah voltmeter menunjukan kenaikan tegangan pada lilitan sekunder namun lagi-lagi angka yang dihasilkan tidak sesuai dengan angka hasil teori. Kenaikan tegangan menjadikan transformator ini disebut transformator step up yang berarti menaikan tegangan. VI. Kesimpulan 1. Sebuah magnet batang yang digerak-gerakan dalam kumparan akan menimbulakn arus listrik. Arus listrik yang ditimbulkan dari fenomena ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi). Jika gaya magnet diperkuat maka tegangan yang ditimbulkan semakin besar dan apabila laju perubahan medan magnet diperbesar maka tegangan yang ditimbulkan semakin besar. 2. Melalui prinsip induksi elektromagnetik lahirlah sebuah transformator, sebuah alat listrik yang dapat memindahkan energy listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya. Apabila jumlah lilitan primer lebih besar dari jumlah lilitan sekunder, tegangan yang dihasilkan di lilitan sekunder lebih kecil daripada di lilitan primer, rangkaian ini disebut step down. Berlaku sebaliknya apabila jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, tegangan yang dihasilkan di lilitan sekunder lebih besar daripada jumlah tegangan di lilitan primer, rangkaian tersebut disebut step up. 5