Pada saat magnet bergerak terhadap kumparan, pada ujung-ujung kumparan timbul tegangan listrik dan pada penghantar timbul arus listrik. peristiwa tersebut dinamakan induksi elektromagnetik. generator AC INDUKSI ELEKTROMAGNETIK penerapan induksi elektromagnetik faktorfaktor yang menentuka n besarnya GGL generator transformator jumlah lilitan kumparan kecepatan magnet digerakkan kekuatan magnet generator DC transformator step up transformator step down Standart Kompetensi 4. Memahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari Kompetensi Dasar 4.3 Menerapkan konsep induksi elektromagnetik untuk menjelaskan prinsip kerja beberapa alat yang memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik. Indikator 1. Memahami definisi induksi elektromagnetik 2. Menjelaskan terjadinya induksi elktromagnetik 3. Menyebutkan faktor-faktor yang menentukan besarnya GGL 4. Menjelaskan penerapan induksi elektromagnetik 9 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Definisi Induksi Elektromagnetik Setelah Oersted berhasil menemukan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet, Michael Faraday (1791 1867) seorang ilmuwan dari jerman melanjutkan percobaan untuk menyelidiki apakah medan magnet dapat menghasilkan arus listrik. Dari percobaan yang dilakukan faraday diperoleh kesimpulan bahwa, pada saat magnet bergerak terhadap kumparan, pada ujung-ujung kumparan timbul tegangan listrik dan pada penghantar timbul arus listrik. Peristiwa tersebut dinamakan Induksi Elektromagnetik. Tegangan yang dihasilkan disebut tegangan induksi dan arus listrik yang dihasilkan disebut arus induksi. Terjadinya induksi Elektromagnetik Ketika kutub utara magnet digerakkan memasuki kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke salah satu arah (misalnya ke kanan). Jarum galvanometer segera kembali menunjuk ke nol (tidak menyimpang) ketika magnet tersebut didiamkan sejenak di dalam kumparan. Ketika magnet batang dikeluarkan, maka jarum galvanometer akan menyimpang dengan arah yang berlawanan (misalnya ke kiri). Jarum galvanometer menyimpang disebabkan adanya arus yang mengalir dalam kumparan. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial ketika magnet batang digerakkan masuk atau keluar dari kumparan. Beda potensial yang timbul ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi). 10 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
Ketika magnet batang digerakkan masuk, terjadi penambahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan (galvanometer menyimpang atau ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet diam sejenak maka jarum galvanometer kembali ke nol (tidak ada arus yang mengalir). Ketika batang magnet dikeluarkan terjadi pengurangan jumlah garis gaya magnetik yang memtong kumparan (galvanometer menyimpang dengan arah berlawanan). Jadi, akibat perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan, maka pada kedua ujung kumparan timbul beda potensial atau ggl induksi. Arus listrik yang disebabkan oleh perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan disebut arus induksi. Faktor-faktor yang Menentukan Besarnya GGL Besarnya ggl induksi tergantung pada tiga faktor, yaitu: (1) banyaknya lilitan kumparan (makin banyak jumlah lilitan kumparan, makin besar juga ggl induksinya), (2) kecepatan keluar-masuk magnet dari dan keluar kumparan (makin cepat magnet digerakkan, makin besar juga ggl induksinya), (3) kuat magnet batang yang digunakan. Contoh Soal 1. Arus listrik yang terjadi akibat perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut a. arus lemah c. arus kuat b. arus induksi d. arus searah 2. Berikut ini yang tidak mempengaruhi besar GGL induksi adalah a. besarnya magnet c. jumlah lilitan b. hambatan kawat d. kecepatan gerakan magnet Kaji Soal 1. Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya ggl induksi elektromagnetik : (1) Jumlah lilitan kawat pada kumparan (2) Arah garis gaya magnet dalam kumparan (3) Kecepatan gerak magnet atau kumparan (4) Arah lilitan kawat pada kumparan Pernyataan yang benar adalah nomor.. a. 1 dan 3 c. 1 dan 4 b. 2 dan 4 d. 2 dan 3 11 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
2. Arus induksi terjadi jika... a. Kumparan diletakkan berdampingan dengan magnet b. Kumparan diletakkan dalam medan magnet c. Magnet diletakkan dalam kumparan d. Magnet digerakkan mendekati dan menjauhi kumparan 3. Peristiwa timbulnya pada kawat yang digerakkan di sekitar magnet dinamakan... a. Gaya elektromagnetik c. induksi elektromagnetik b. Medan magnet d. influensi elektromagnetik 4. Jika magnet batang dikeluar masukkan dengan cepat, maka jarum pada galvanometer menunjukkan arus lebih besar. Demikian pula jikka lilitan pada kumparan semakin banyak, arus listrik yang terjadi juga semakin besar. Sebaliknya keluar masuknya batang magnet diperlambat atau lilitan kumparan dikurangi maka gerak jarum berkurang. Kesimpulannya... a. GGL tergantung pada kecepatan perubahan garis gaya pada kumparan b. GGL induksi tidak tergantung pada kecepatan perubahan garis-garis gaya pada kumparan c. GGL induksi tergantung pada banyaknya lilitan pada kumparan d. GGL induksi tergantung pada kecepatan perubahan garis-garis gaya maupun banyaknya lilitan pada kumparan 5. Bila magnet tidak bergerak terhadap kumparan maka dalam kumparan tidak akan timbul gaya listrik induksi, karena... a. Dalam kumparan tidak terdapat medan magnet b. Dalam kumparan tidak terdapat magnet induksi c. Tidak ada perubahan banyaknya garis-garis gaya dalam kumparan d. Magnet kehilangan kemagnetannya 6. Gaya gerak listrik induksi terjadi karena... a. Ada garis gaya magnetik yang teratur b. Ada garis gaya magnetik yang tidak teratur c. Ada perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan d. Ada kumparan yang dilalui oleh garis gaya magnetik 7. Besarnya GGL induksi tidak dipengaruhi oleh... a. Jumlah lilitan kumparan c. Kecepatan gerak magnet terhadap kumparan b. Kuat meda magnet d. Bentuk magnet 12 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
Penerapan Induksi Elektromagnetik Beberapa peralatan yang prinsip kerjanya memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik, antara lain: generator dan transformator. Dinamo/Generator Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Ada dua jenis generator, yaitu : a. Generator arus bolak-balik (AC) atau alternator adalah suatu alat yang dapat menghasilkan arus dan tegangan listrik bolak balik. b. Generator arus searah (DC) adalah suatu alat yang dapat menghasilkan arus dan tegangan listrik searah. Example: dinamo sepeda. Perbedaan antara generator arus bolak-balik dengan arus searah hanya terletak pada bentuk cincin luncur yang berhubungan dengan kedua ujung kumparan. Pada generator arus bolak-balik terdapat dua buah cincin luncur, sedangkan pada generator arus searah terdapat sebuah cincin yang terbelah di tengahnya (cincin belah atau komutator). Bagian generator yang berputar disebut rotor, sedangkan bagian generator yang tidak berputar disebut stator. Transformator Transformator atau trafo adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak balik. Ada dua jenis trafo, yaitu (1) Trafo step up (penaik tegangan) Karakteristik / ciri: Tegangan primer (Vp) lebih kecil daripada tegangan sekunder (Vs) Kuat arus primer (Ip) lebih besar daripada kuat arus sekunder (Is) Banyaknya lilitan primer (Np) lebih kecil daripada banyaknya lilitan sekunder (Ns). (2) Trafo step down (penurun tegangan) Karakteristik / ciri: Tegangan primer (Vp) lebih besar daripada tegangan sekunder (Vs) Kuat arus primer (Ip) lebih kecil daripada kuat arus sekunder (Is) Banyaknya lilitan primer (Np) lebih besar daripada banyaknya lilitan sekunder (Ns). 13 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
Rumus-rumus transformator: Vp = Np = Is Vs Ns Ip Keterangan: Vp = tegangan primer (volt) Np = banyaknya lilitan primer Ip = kuat arus primer (A) Vs = tegangan sekunder (volt) Ns = banyaknya lilitan sekunder Is = kuat arus sekunder (A) Efisiensi transformator: η = Ws Wp x100 % η = Ps Pp x100 % η = keterangan: Vs. Is Vp. Ip x100 % η = efisiensi (%) Pp = daya primer (watt) Wp = energi listrik yang masuk transformator (Joule) Ws = energi listrik yang keluar transformator (Joule) Ps = daya sekunder (watt) Contoh Soal 1. Alat berikut yang menerapkan GGL induksi adalah a. generator, dynamo, akumulator, transformator b. generator, dynamo, inductor Ruhmkorf, transformator c. generator, motor listrik, transisitor, transformator d. adaptor, dynamo, resistor, catu daya 2. Perbedaan antara generator AC dengan DC adalah a. generator AC menggunakan cincin belah b. generator DC menggunakan dua cincin c. generator AC menggunakan interuptor d. generator DC menggunakan komutator 14 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
3. Trafo yang terdapat pada pesawat TV digunakan untuk. a. menaikkan tegangan 220 AC b. menstabilkan tegangan 220 AC c. menurunkan tegangan 220 AC d. menyearahkan tegangan 220 AC menjadi DC 4. sebuah trafo jumlah lilitan primer dan sekundernya masing-masing 500 dan 400 lilitan. Jika tegangan primernya 220 v, tegangan sekundernya? (176 volt) 5. sebuah transformator dengan lilitan kumparan primernya 2.000 dan lilitan kumparan sekundernya 1.000 mempunyai efisiensi 80 %. Daya yang dipasang pada kumparan primer 3.000 watt. Hitunglah daya pada kumparan sekundernya? (240 watt) Kaji Soal 1. Berikut ini merupakan ciri dari transformator step-up.. a. tegangan primer lebih besar dibandingkan tegangan sekunder b. jumlah lilitan primer lebih sedikit dibandingkan kumparan sekunder c. arus pada kumparan primer lebih kecil dibandingkan arus pada kumparan sekunder d. daya kumparan sekunder lebih besar dibandingkan daya kumparan primer 2. Pada sebuah transformator terdapat jumlah kumparan primer 1200 dan jumlah kumparan sekunder 1000. Jika arus primer 4 A, maka besar kuat arus sekunder adalah a. 2 Ampere c. 4 Ampere b. 3 Ampere d. 4,8 Ampere 3. Ketika merancang sebuah transformator, agar dihasilkan tegangan sekunder 220 Volt dari tegangan primer 110 volt, maka perbandingan jumlah lilitan sekunder dengan lilitan primer adalah: a. 2 : 3 c. 3 : 2 b. 6 : 12 d. 12 : 6. 4. Data perbandingan lilitan sekunder dan lilitan primer adalah sebagai berikut: I. Np = 1, Ns = 2 ; III. Np = 2, Ns = 2 II. Np = 2, Ns = 3 IV. Np = 3, Ns = 1 Yang merupakan jenis transformator step-down adalah a. I c.ii b. III d. IV 15 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i
5. Sebuah transformator mempunyai 300 lilitan primer dan 150 lilitan sekunder. Bila trafo tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 200 volt, maka besar tegangan yang keluar dari trafo adalah a. 10 volt c. 100 volt b. 300 volt d. 450 volt 6. Sebuah transformator mempunyai kumparan primer dan sekunder dengan jumlah lilitan masing-masing 500 dan 5000, dihubungkan dengan jaringan bertegangan arus bolak-balik 220 V. Berapakah tegangan keluarannya.. a. 220 volt c. 1100 volt b. 2200 volt d. 22.000 volt 7. Pada transformator di atas, tegangan listrik yang keluar sebesar 20 V. Tegangan listrik yang masuk adalah. a. 8 V b. 30 V c. 45 V d. 75 V 8. Perbandingan jumlah lilitan primer dan lilitan sekunder sebuah transformator 2 : 5, tegangan sekunder 120 volt. Tegangan primernya adalah. a. 12 V c. 40 V b. 48 V d. 300V 9. Daya pad kumparan primer dari sebuah trafo step up adalah 300 watt. Bila daya pada kumparan sekunder 225 watt, efisiensi trafo tersebut adalah... a. 25 % c. 75 % b. 30 % d. 85 % Daftar Pustaka Kanginan, Marten. 2007. IPA Fisika untuk SMP Kelas IX. Bandung. Erlangga. http://arsyadriyadi.blogspot.com/2012/06/induksi-elektromagnetik.html http://soalipasmpn22.blogspot.com/2012/02/soal-induksi-elektromagnetik.html http://harianto7910.wordpress.com/2010/09/01/soal-ulangan-harian-elektromagnetikkls-ix-semester-genap-tp-20092010/ 16 F i s i k a S MP IX ( 2 )/S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i