MAGNET JARUM Besi lunak saklar kumparan kumparan lampu Sumber arus Oleh : DRS. BRATA,M.Pd. SMAN1 KRA
Jika arus listrik dapat menimbulkan medan magnet, apakah medan magnet juga dapat menimbulkan arus listrik?
Percobaan Faraday (1831) magnet kumparan Galvanometer Galvanometer Jarum galvanometer menyimpang hanya jika magnet digerakkan dalam kumparan. Pada saat magnet digerakkan ( keluar- masuk )dalam kumparan jarum pada galvanometer menyimpang. Penyimpangan jarum galvanometer menunjukkan bahwa di dalam kumparan mengalir arus listrik. Arus listrik seperti ini disebut arus induksi. Arus listrik timbul karena pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial. Beda potensial ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi)
Penyebab timbulnya ggl induksi Garis 2 gaya magnet Garis2 gaya magnet kumparan galvanometer Timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan disebabkan karena adanya perubahan garis gaya magnetik yang memotong kumparan.
Faktor-faktor yang menentukan besar ggl Kumparan (N) Magnet (B) ammeter 1) Banyak lilitan kumparan ( N ), 2) Kecepatan keluar masuk magnet dari dan ke dalam kumparan ( V ) dan, 3) Kuat magnet yang digunakan ( B )
Ada 2 Hukum dalam Induksi elektromagnet 1. Hukum Faraday : Besarnya GGL Induksi ( Ei ) dalam suatu penghantar sebanding dengan cepat perubahan fluks magnet ( Φ / t )yang melingkunginya sehingga didapat hubungan bahwa: Ei =- N Φ / t dimana N jumlah lilitan penghantar
2. Hukum Lenz Arah arus induksi (I )dalam suatu sistym/penghantar sedemikian hingga timbul sesuatu yang melawan penyebabnya X x x Q x x x x I X x x x x x x F v X x x x x x x X x x P x x x x B Penghantyar PQ bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B secara tegak lurus, maka pada penghatar PQ terdapat arus induksi yang arahnya dari P menuju Q
Besarnya ggl induksi /beda potensial pada penghatar PQ (Ei) Ei = -lvb dimana l = panjang PQ(m) Jika penghantar PQ mempunyai hambatan R Maka besarnya arus induksi I= Ei / R Besarnya gaya lorentz F= B²l²v / R
GGL Induksi Diri (Es) saklar baterai Lampu/filamen/ kumparan Perhatikan rangkaian listrik berikut. Pada saat saklar dibuka dan ditutup maka pada lampu/ kumparan terjadi perubahan kuat arus I. Pada saat lampu hendak nyala dan hendak mati jika kita amati masih ada nyala kecil, yang berarti masih ada arus listrik, aruslistrik ini disebut Arus induksi sendiri Is Karena ada arus maka ada beda potensial. Beda potensial inilah yang disebut GGL Induksi Diri (Es)
Besarnya GGL Induksi Diri(Es) Besarnya GGL Induksi Diri sebanding dengan cepat perubahan kuat arus I. tiap satu satuan waktu t. sehingga didapat hubungan: Es = - L I/ t. dimana L adalah Induktansi diri dari kumparan dengan satuan henry = H
INDUKTANSI DIRI ( L ) Besaran yang hanya dimiliki oleh induktor/kumparan Besarnya sebanding dengan fluks magnet dan berban ding terbalik dengan kuat arus yng melalui kumparan, sehingga didapat hubungan : L = N Φ/I
INDUKTANSI DIRI PADA SOLENOIDA / TOROIDA L = - N Φ/i Φ=BxA, B=μ i N/L L = -μ A N²/L Dimana: μ = 4. 10 wb/am A = Luas penampang kumparan, N = Jumlah lilitan dan L= panjang kumparan
ENERGI YANG TERSIMPAN DALAM INDUKTOR Besar energi yang tersimpan dalam induktor/ kumparan ( W ) sebanding dengan kwadrat kuat arus yang melalui induktor ( i² ) W = ½ L i² ( dalam joule = J )
Penerapan/Penggunaan Hukum Induksi Elektromagnetik Dinamo / generator arus bolak-balik (Alternator) Contoh model generator
Prinsip Kerja Generator Sikat-sikat Cincin Cara Kerja
GGL INDUKSI YANG DIHASILKAN OLEH GENERATOR AC Ei = - N Φ/ t Ei = NBA sin t Ei max = NBA ( dalam volt ) Dimana: N= jumlah lilitan, B = medan magnet, A= luas penampang lilitan dan = kecepatan sudut putaran kumparan
Tegangan listrik / GGL Induksi yng dihasilkan oleh Generator AC adalah Merupakan fungsi SINUSOIDA Memenuhi persamaan : Tegangan E= Emax sin t Kuat arus I = Imax sin t
Dinamo Sepeda ( Arus searah / DC ) Dinamo sepeda menggunakan roda untuk memutar magnet. Ggl induksi yang timbul pada dinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Semakin cepat roda berputar semakin terang nyala lampunya. Kumparan Magnet Ke lampu
Transformator ( Trafo ) Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari suatu nilai tertentu ke nilai yang kita inginkan.
Prinsip Kerja Trafo Arus bolak-balik menyebabkan terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan primer. Perubahan medan magnetik pada kumparan sekunder menghasilkan ggl induksi. Perubahan medan magnet pada kumparan primer diteruskan oleh inti besi lunak ke kumparan sekunder.
Persamaan Transformator V p N p N s V s I p I s Pada transformator perbandingan jumlah lilitan pada kumparan sama dengan perbandingan tegangannya. V V p s N N p s Untuk trafo ideal daya yang hilang diabaiakan sehingga berlaku : P p P s V V p s I I S p N N p s
Efisiensi Trafo ( ) Efisiensi transformator adalah perbandingan antara energi listrik yang keluar dengan energi listrik yang masuk. Dalam praktek efiisiensi trafo tidak pernah mencapai 100%, namun dapat mencapai 99% = Ps/Pp x 100% = Es.Is/Ep.Ip x 100% Es = Vs Ep = Vp
Penggunaan transformator dalam kehidupan sehari-hari Digunakan dalam alat-alat elektronika Ada beberapa alat elektronika yang bekerja pada tegangan lebih rendah dari tegangan yang disediakan oleh PLN, dan ada yang bekerja pada tegangan yang lebih tinggi. Untuk menyesuaikan tegangan yang bekerja pada alat elektronika tersebut diperlukan transformator.
Transmisi daya listrik jarak jauh Transmisi daya listrik dari pembangkit listrik ke konsumen menggunakan tegangan tinggi. Untuk itu diperlukan transformator peningkat (step-up) dan transformator penurun (step-down).
PLTU Jaringan tranmisi tegangan tinggi
Gardu penurun tegangan dari 150 KV menjadi tegangan menengah 20 kv Jaringan transmisi tegangan menengah Gardu penurun tegangan dari 20 kv menjadi 220 V Siap digunakan oleh konsumen
Contoh Soal 1.Sebuah kumparan terdiri dari 500 lilitan dan memiliki hambatan 10 ohm. Kumparan melingkupi fluks magnet berubah ubah terhadap waktu dengan persamaan Φ=(t + 2 )² weber dengan t dalam sekon. Tentukan kuat arus yang mengalir melalui kumparan pada saat a. t=0 dan b. t=2 s 2. x x x x x x Sebuah kawat L = 10 cm ber x x x x x x gerak dalam medan magnet x x x x x x x B= 0,60 T dengan kece L=10 x x cmx x x xv patan v =2,5 m/s secara tegak lurus seperti gambar. Tentukan besar dan arah arus pada kawat Ldengan hambatan 5 ohm
Lanjutan Contoh Soal 3. Arus dalam suatu kumparan dengan induksi diri 90 mh berubahterhadap waktu sebagai I = t² - t ( dalam satuan SI ). Tentukan besar GGL Induksi diri pada saat a. t = 1 s dan t = 4 s. B. kapan GGL bernilai nol 4. Sebuah kumparan berbentuk toroida memiliki luas penampang 5,0 cm² dan jari-jari r=10 cm dan mempunyai lilitan 200. Tentukanlah a. Induktansi diri toroida. B. Energi yang tersimpan pada toroida jika dialiri arus listrik 6.0 A
Lanjutan Contoh Soal 5. Sebuah Generator listrik terdiri sebuah loop bujur sangkar 10 lilitan dengan rusuk 50 cm. Loop kemudian diputar dengan 60 putaran per sekon. Berapakah besar induksi magnet yang diperlukan agar Generator dapat menghasilkan ggl maksimum sebesar 150 volt. 6. Sebuah transformator step up mengubah tegangan 25 volt menjadi 250 volt. Bila efisiensinya 80 % dan kumparan sekunder dihubungkan lampu 250 volt, 50 watt. Tentukan kuat arus yang mengalir pada kumparan primer dan skunder.
S
Soal ULHA INDUKSI ELEKTROMAGNET 1. Sebuah kumparan terdiri dari 50 lilitan, padanya terjadi perubahan fluks magnet dari 1,25 x 10 ² Wb menjadi 2,5 x 10 ² Wb dalam waktu 0,5 sekon. Berapakah GGL Induksi pada ujung-ujung kumparan. 2. Sebuah Induktor mempunyai 500 lilitan dialiri arus listrik 2,5 A sehingga membangkitkan fluks magnet 2 x 10 ³ Wb. Berapakah Induktansi diri dari Induktor tersebut. 3. Sebuiah trafo step up mengubah tegangan listrik 50 volt menjadi 200 volt. Jika efisiensi trafo 75 % dan daya yang hilang 150 watt. Hitung kat arus primer dan kuat arus sekundernya S
Lanjutan soal Ulha 4. Suatu Solenoida panjang 0,5 m terdiri dari 1000 lilitan beraliran arus listrik 10 A, jika luas kumparan 1 cm². Hitunglah! A. Induktansi diri solenoida. B. besar energi yang tersimpan pada solenoida. 5. Suatu Generator dengan kumparan 400 lilitan berbentuk persegi panjang (5 x 20 ) cm² dengan sumbu putar tegak lurus medan magnet 0,5 T. Jika kumparan diputar dengan kecepatan sudut 50 rad/s. Hitunglah tegangan maksimum yang dihasilkan oleh Generator
ARUS DAN TEGANGAN BOLAK- BALIK LIHAT file lain : Pada Power point ARUS DAN TEGANGAN BOLAK-BALIK dan RANGKAIAN ARUS DAN TEGANGAN AC