MAKALAH
FISIKA DASAR II
HUKUM LENZ & TRANSFORMATOR
Dosen Pembimbing : Noor Lianti Megasari , S.Si.,M.Si.
Penyusun :
Imam Arifin ( 13.543.0016 )
Andi Purwanto ( 13.543.0045 )
Achmad Syamsi Chikita ( 13.543.0101 )
Salim Nur Imansyah ( 13.543.0000 )
Fakultas Teknik Elektro
( Informatika dan Komputer )
Kelas 2A Sore
UNIVERSITAS PANCA MARGA PROBOLINGGO
Jl. Yos Sudarso Pabean Dringu, Telp. (0335) 422715, Fax. (0335) 427923
Tahun Akademik 2013 - 2014
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga kami dapat menyusun makalah ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Dalam makalah ini kami membahas mengenai "Hukum Lenz dan Tranformator"
Makalah ini dibuat dengan beberapa bantuan dari berbagai pihak untuk membantu menyelesaikan tantangan dan hambatan selama mengerjakan makalah ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini yang merupakan salah satu tugas dari mata kuliah teknik Elektro.
Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada makalah ini. Oleh karena itu, kami berharap pembaca untuk memberikan saran serta yang dapat memberi semangat lebih bagi kami. Kritik konstruktif dari pembaca sangat kami harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya.
Akhir kata semoga makalah ini dapat memberi manfaat bagi semua orang.
Probolinggo, April 2014
Teknik Elektro
HUKUM LENS
Pada tahun 1835 seorang ilmuwan jenius yang dilahirkan di Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) menyatakan bahwa:
"arus induksi elektromagnetik dan gaya akan selalu berusaha untuk saling meniadakan (gaya aksi dan reaksi)"
Sebagai contoh, jika suatu penghantar diberikan gaya untuk berputar dan memotong garis-garis gaya magnetik, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi (hukum faraday). Kemudian jika pada ujung-ujung penghantar tersebut saling dihubungkan maka akan mengalir arus induksi, dan arus induksi ini akan menghasilkan gaya pada penghantar tersebut (hukum ampere-biot-savart). Yang akan diungkapkan oleh Lenz adalah gaya yang dihasilkan tersebut berlawanan arah dengan arah gerakan penghantar tersebut, sehingga akan saling meniadakan.
Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.
Hukum Faraday hanya menunjukkan besarnya GGL induksi pada kumparan, dan belum dapat menunjukkan arah arus induksi dalam kumparan.
Hukum Lens berbunyi : "Arus induksi mengalir pada penghantar atau kumparan dengan arah berlawanan dengan gerakan yang menghasilkannya" atau "medan magnet yang ditimbulkannya melawan perubahan fluks magnet yang menimbulkannya".
a. Jika kutub U magnet batang di dekatkan kumparan AB, maka akan terjadi pertambahan garis gaya magnet arah BA yang dilingkupi kumparan.
b. Sesuai dengan hukum Lens, maka akan timbul garis gaya magnet baru arah AB untuk menentang pertambahan garis gaya magnet tersebut.
c. Garis gaya magnet baru arah AB ditimbulkan oleh arus induksi pada kumparan.
d. Jika kutub U magnet batang dijauhkan, maka akan terjadi kebalikannya.
sehingga didapat persamaan sebagai berikut :
Apabila ggl induksi dihubungkan dengan suatu rangkaian tertutup dengan hambatan tertentu, maka mengalirlah arus listrik. Arus ini dinamakan dengan arus induksi. Arus induksi dan ggl induksi hanya ada selama perubahan fluks magnetik terjadi.
Hukum Lenz menjelaskan mengenai arus induksi, yangberarti bahwa hukum tersebut berlaku hanya kepada rangkaian penghantar yang tertutup. Hukum ini dinyatakan oleh Heinrich Friedrich Lenz (1804 - 1865), yang sebenarnya merupakan suatu bentuk hukum kekekalan energi. Hukum Lenz menyatakan bahwa:
"ggl induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetnya berlawanan dengan asal perubahan fluks".
Perubahan fluks akan menginduksi ggl yang menimbulkan arus di dalam kumparan, dan arus induksi ini membangkitkan medan magnetnya sendiri.
Gambar 2. Penerapan Hukum Lenz pada arah arus induksi.
Gambar 2. menunjukkan penerapan Hukum Lenz pada arah arus induksi. Pada Gambar 2(a) dan 2(d), magnet diam sehingga tidak ada perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan. Pada Gambar 2(b) menunjukkan fluks magnetik utama yang menembus kumparan dengan arah ke bawah akan bertambah pada saat kutub utara magnet didekatkan kumparan. Arah induksi pada Gambar 2(c), 2(e), dan 2(f ), juga dapat diketahui dengan menerapkan Hukum Lenz.
Sehingga didapat rumus :
Contoh Soal 1 :
Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan?
Penyelesaian:
Diketahui:
Φ1 = 0,5 Wb
Φ2 = 0,1 Wb
N = 200 lilitan
R = 4Ω
Δt = 5 sekon
Ditanya: I ... ?
Pembahasan :
Ggl induksi dihitung dengan persamaan:
tanda (-) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Arus yang mengalir melalui kumparan adalah:
I = ε/R = 16/4 = 4 A
TRANSFORMATOR
Transformator atau Trafo adalah komponen pasif yang dibuat dari kumparan-kumparan kawat laminasi, trafo memiliki kumparan primer dan kumparan sekunder. Perbandingan jumlah lilitan serta diameter kawat pada kumparan kumparan primer dan sekunder akan mempengaruhi perbandingan besarnya arus dan tegangan.
Prinsip kerja trafo menggunakan asas induksi resonansi antar kumparan primer dan sekunder. Apabila pada kumparan primer di aliri arus AC maka akan timbul medan magnit yang berubah-ubah fluktansinya, akibatnya kumparan sekunder yang berada pada daerah medan magnit akan membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) atau tegangan induksi. Hal ini apabila tegangan primer di putus maka akan hilang tegangan sekundernya.
Apabila tegangan sekunder lebih besar dari tegangan primernya, maka Transformator tersebut berfungsi sebagai penaik tegangan (Step up), akan tetapi apabila tegangan sekunder lebih kecil dari tegangan primernya maka Transformator berfungsi sebagai penurun tegangan (Step down)
Ada kalanya dibutuhkan kondisi tegangan primer sama besar dengan tegangan sekunder, hal ini Transformator berfungsi sebagai penyesuai "Matching"
1. Identifikasi Jenis –jenis Transformator, dilihat dari pemakaiannya digolongkan kedalam 3 jenis :
Transformator inti udara dipakai pada rangkaian frekuensi tinggi.
Transformator inti ferit dipakai pada rangkaian frekuensi menengah
Transformator inti Besi dipakai pada rangkaian frekuensi rendah.
Trafo Inti Udara Trafo inti Udara, banyak dipakai sebagai alat
Interface Rangkaian matching Impedansi
dalam rangkaian Elektronik Frekuensi Tinggi.
Gambar 63 : Simbol Trafo Inti Udara
Gambar 64 : Simbol Trafo Inti Ferit
Gambar 65 : Trafo Inti Ferit
IF Trafo (MF Trafo)
Trafo inti Ferit, banyak dipakai sebagai alat Interface Rangkaian matching Impedansi dalam rangkaian Elektronik Frekuensi menengah.
Trafo Inti Besi Trafo IT - OT
Gambar 67 : Simbol Trafo Inti Besi Gambar 66 : Trafo Into Besi
( IT 191 – OT 240 )
Trafo inti Besi, banyak dipakai sebagai alat Interface, Step Up, Step Down Rangkaian matching Impedansi, Matching Voltage dalam rangkaian Elektronik Frekuensi rendah.
2. Laminasi kawat dan inti Trafo dari bahan tidak pejal dan Beban Trafo
a. Transformator Beban R
BEBERAPA CONTOH TRAFO INTI BESI
Trafo Daya Step Down 220-12 V/ 1 A
Gambar 69 : Macam-macam Contoh Trafo Inti Besi.
Gambar 70 : Contoh Trafo Daya Step Down.
Keterangan, sebelum ada beban maka apabila Primer Trafo diberi tegangan sebesar Vp maka idealnya Ip = 0 (tidak ada arus primer).
Akibat kerugian-kerugian arus pusar (eddy Current) di inti trafo, pada peristiwa terjadinya resonansi antara lilitan primer dan lilitan sekunder trafo menyebabkan arus kecil mengalir pada primer trafo meskipun belum ada beban sekunder.
Karena dalam lilitan kawat primer dan sekunder sama-sama di lilit dalam sebuah selongsong (koker), maka perlu diberi laminasi agar tidak terjadi hubung singkat/ Short Circuit.
Laminasi yang tipis dan kurang kuat bisa menyebabkan terjadinya hubung singkat antar lilitan, timbul panas berlebih dan trafo rusak.
Untuk memperkecil panas yang timbul akibat arus pusar maka inti trafo dibuat dari plat besi tipis-tipis/berlapis berbentuk huruf E dan I saling berhadapan berbalik, tidak dari besi pejal hal ini untuk membuat trafo mendekati ideal.
Pembolak-balikan Induksi dalam inti ini menyebabkan terjadinya kerugian histerisis, disamping ada kerugian thermal/panas akibat arus pusar.
3) Trafo sebagai konversi Step Up dan Step Down :
a). Bila VS < VP maka Trafo berfungsi sebagai Step Down.
Vp.ns
Vs =
Np
b). Bila VS > VP Trafo sebagai Step Up
Ip : Is = Vs : Vp Is = Vp.Ip
Vs
Perbandingan Transformasi P : S, maka apabila diketahui perbandingan Transformasi P : S = 5 : 1 maka apabila diketahui arus primer sebesar 200 mA besarnya arus sekunder = 5 . 200 mA = 1.000 mA = 1 A.
Atau dapat ditulis Perbandingan Transformasi = 1 : n
Kerugian-kerugian tembaga = I2p . Zp + I2s . Zs
Impedansi Input Zi = ( RB / n2)
b. Transformator Beban Kapasitor
1 : n
Pada beban Kapasitor maka besarnya Impedansi input dapat di hitung dengan rumus
Xc
Zi =
n2
Gambar 71 : Trafo Beban C
1
Xc =
2 .π.f.C
Transformasi yang terjadi pada beban Kapasitif, merupakan kebalikan dengan apa yang terjadi pada Resistor.
c. Transformator beban Induktor
1: n
Pada beban Induktor maka besarnya Impedansi input dapat di hitung dengan rumus
LB XL
Zi =
n2
Gambar 72 : Trafo Beban L XL = 2 .π.f.LB
Transformasi yang terjadi pada beban Induktor, sama yang terjadi dengan apa yang terjadi pada Resistor, Induksi diri ti transfer dengan cara yang sama.
Contoh Soal
1). Trafo memiliki tegangan primer 200 Volt, arus primernya 500 mA apabila arus sekundernya 2 A hitunglah :
a). Tegangan sekunder (Vs) = ?
b). Berapa besar Transformasinya T = ?
1). a. VS = ( 200 V. 500. 10-3) / 2
= 50 Volt.
b. Transformasinya = 500 mA : 2 A
= 500 : 2000
= 1 : 4
Rangkuman
1). Trafo bekerja berdasarkan Transfer Induksi diri pada Primer ke sekunder, untuk trafo ideal konstanta k = 1.
2). Trafo ada 3 jenis, inti udara untuk frekuensi tinggi, inti ferit untuk frekuensi radio/frekuensi menengah dan inti besi untuk frekuensi rendah.
3). Kawat-kawat trafo menggunakan laminasi untuk menjaga tidak terjadinya hubung singkat antar lilitan kawat penghantar.
4). Inti trafo dibuat dari bahan plat besi berlapis, untuk mengurangi kerugian-kerugian adanya arus pusar (Eddy Current) berupa panas, disamping adanya kerugian histerisis akibat adanya aliran medan karena lamel-lamel posisinya dibolak-balik, dan ada rugi-rigi tembaga.
5). Untuk Trafo ideal besarnya perbandingan tegangan Primer dan sekunder sama dengan perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder, daya primer sama besar dengan daya sekunder.
6). Besarnya impedansi input Trafo sangat ditentukan oleh jenis bebannya, Resistor, Kapasitor atau Induktor dan masing-masing memiliki rumus tersendiri untuk menentukan besarnya impedansi.
7). Peningkatan suhu/thermal pada Trafo akan mengakibatkan berubahnya ukuran fisik kumparan dan luas penampang inti, sehingga kenaikan suhu mengakibatkan penurunan nilai induktansi diri trafo.
8). Untuk Trafo yang tegangan sekundernya lebih besar dari tegangan primer disebut Step Up, sedangkan bila tegangan sekundernya lebih kecil dari tegangan primernya dinamakan Step Down.
9). Trafo disamping untuk menaikkan/menurunkan tegangan, juga dipakai sebagai penyesuai impedansi antar rangkaian.
DAFTAR PUSTAKA
http://komputerdalampembelajaran.blogspot.sg/2013/05/normal-0-false-false-false-en-us-x-none.html
http://id.swewe.com/word_show.htm/?34925_1&Lenz
http://tugasanaksekolah.wordpress.com/2011/11/05/hukum-lenz/
http://belajarelektronikadasar.wordpress.com/2013/04/11/transformator-trafo/
http://djukarna.wordpress.com/2013/10/21/transformator/
http://www.masuklis.com/2013/12/pengertian-transformator-dan-prinsip.html
http://genius.smpn1-mgl.sch.id/file.php/1/ANIMASI/fisika/Transformator/index.html
