OLEH I GUSTI NGURAH HARI YUDA
I. INDIKATOR PEMBELAJARAN
1
Menjelaskan eksprimen Faraday terkait dengan induksi elektromagnetik.
2
Menghitung besarnya GGL Induksi pada suatu kasus tertentu
3
Menjelaskan fenomena induksi elektromagnetik akibat gerakan sebuah konduktor di dalam medan magnet.
4
Menenetukan arah arus induksi untuk konduktor yang bergerak horizontal dalam medan magnet.
5
Menurunkan persamaan GGL Induksi untuk konduktor yang bergerak horizontal dalam medan magnet.
INDIKATOR PEMBELAJARAN
6
Menjelaskan fenomena arus eddy pada induksi elektromagnetik.
7
Menentukan arah arus induksi dalam suatu selenoide yang mendapat pengaruh medan magnet.
8
Menjelaskan fenomena medan listrik induksi pada induksi elektromagnetik.
9
Menentukan besarnya medan listrik induksi akibat pengaruh medan magnet.
10
Menghitung besarnya GGL Induksi pada sebuah generator pembangkit listrik.
II. URAIAN MATERI Eksperimen Faraday
A
Eksperimen Faraday membuktikan bahwa perubahan menimbulkan GGL yang disebut dengan GGL Induksi (EMF)
= −
C
B medan
LIHAT VIDEO LIHAT ANIMASI
magnet
Konduktor Bergerak
= . = . . = .
CARA 1
CARA 2
∆ = − ℎ
∆ = −
∆= − Konduktor yang bergerak dalam medan magnet
= − = −1 (.) = −. (.) = −. = −..
Arus Eddy Arus Eddy merupakan suatu fenomena munculnya arus listrik pada sebuah konduktor yang bergerak di bawah pengaruh medan magnet
Fenomea Arus Eddy
Sistem Kerja Rem Magnetik Sebagai Aplikasi Arus Eddy
Hukum Lens Hukum Lens menyatakan bahwa Arah arus induksi adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet induksi menentang perubahan fluks. Adapun arah perubahan fluks magnet sama dengan arah magnet yang digerakkan pada loop Posisi magnet awal di bawah loop
Posisi magnet awal di atas
LIHAT ANIMASI
loop
Medan Listrik Induksi
=
arah arus induksi
Konduktor Perubahan medan magnet
Selanjutnya, di mana jika sebuah muatan listrik q berpindah sejauh jarak pendek dS, maka sejumlah kecil usaha yang dilakukan oleh muatan tersebut dinyatakan dengan
=. =..
GGL induksi dalam hal ini berada dalam suatu areal tertutup, di mana terjadi perubahan medan magnet, sehingga besarnya usaha dinyatakan dengan
= .. = . Oleh karena itu, maka
= . = = .
Oleh karena besarnya GGL Induksi ( ) berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik ( ), maka akan didapat persamaan baru sebagai berikut
/
=. =. . =.
Dalam suatu kumparan (selenoid), A merupakan luas penampang kumparan yang besarnya , sehingga persamaan sebelumnya akan menjadi
= .
= .2 = 2 Terbukti secara matematis bahwa medan listrik induksi dihasilkan dari laju perubahan medan magnet.
Aplikasi Induksi Elektromagnetik GENERATOR LISTRIK Generator listrik merupakan alat yang dapat mengubah energi gerak/mekanik menjadi energi listrik.
GENERATOR AC (ALTERNATOR)
= − d(cos) = − =sin
GENERATOR DC
LIHAT ANIMASI
TRANSFORMATOR (TRAFO) Transformator merupakan suatu alat pengubah tegangan yang banyak digunakan untuk berbagai keperluan, seperti industri, sistem transmisi listrik, catu daya tegangan rendah, dll. Adapun cara kerjanya adalah dengan menginduksi kumparan sekunder melalui kumparan primer. Oleh karena itu, transformator ini akan berfungsi sebagaimana mestinya bila pada tegangan primer dialirkan arus bolak-balik (AC)
=
PENGGUNAAN TRAFO PADA SISTEM SAKLAR OTOMATIS
EFISIENSI TRAFO Seperti yang kita ketahui bahwa sebagian energi listrik yang ditransformasi pada trafo akan berubah menjadi kalor/panas bergantung pada efisiensi trafo tersebut, sehingga dapat disimpulkan bahwa efisiensi suatu trafo tidak pernah mencapai 100% (kondisi ideal)
= 100% Untuk meningkatkan efisiensi suatu trafo, maka hal yang harus dilakukan adalah minimalisir kalor/panas pada trafo dengan menggunakan inti besi yang berlapislapis, di mana setiap lapis diberikan sekat/pembatas berupa isolator.
INDUKTOR RUHMKORFF Induktor Ruhmkorff adalah suatu alat pembangkit tegangan tinggi pada sistem pengapian mesin berbahan bakar bensin. Alat ini bekerja menggunakan prinsipprinsip induksi elektromagnetik untuk membangkitkan tegangan yang sangat tinggi, sehingga mampu memicu loncatan bunga api. Bunga api ini kebudian dimanfaatkan untuk pembakaran di dalam mesin.
Sebuah generator pembangkit listrik menghasilkan f luks megnetik dengan persamaan . Jika jumlah lilitan kumparan generator tersebut adalah 2000 lilitan, tentukanlah besarnya GGL Induksi yang dihasilkan generator tersebut. Jawaban: Diketahui : : N = 2000 Ditanya : Jawaban :
=5+7
=5+7
=⋯? = −
= −2000 .5 = −10000
Sebuah batang konduktor dengan panjang 20 cm digerakkan secara horizontal dari kiri ke kanan dalam sebuah medan magnet homogen yang besarnya 50 T. Jika kecepatan gerakan batang 0,5 m/s, tentukanlah besarnya GGL Induksi yang timbul, arah arus induksinya, dan besarnya gaya yang diperlukan agar batang dapat bergerak konstan dalam medan magnet Diketahui : L = 20 cm = 0,2 m : B = 50 T : v = 0,5 m/s Ditanya : = .........? (b) Arah arus induksi...? (c) F = .........? Jawaban :
= . . = 50 .0,2 .0,5 = 5
(b) Arah arus induksinya adalah dari ujung bawah batang ke
ujung atas batang (c)
=
..
Sebuah generator pembangkit listrik berputar dengan kecepatan linier 20 m/s. Jika jari-jari rotor generator adalah 0,5 meter, banyak lilitan kumparan 2000, dan luas penampang kumparan 1 m2 berapakah besarnya medan magnet yang harus diberikan agar generator dapat menghasilkan listrik maksimum 1000 volt (asumsikan generator bersifat ideal). Diketahui : v = 20 m/s r = 0,5 meter N = 1000
= 1000 Jawaban : = . . . .() 1000 = 2000 . .1 . .sin 1000 = 2000 . B . 40 . sin (40t) = . .()
Jelaskan apa yang dimaksud dengan induksi elektromagnetik berdasarkan eksperimen Faraday!
Sebuah kumparan dengan 500 lilitan berputar di antara dua magnet permanen. Jika besarnya fluks magnetik pada sebarang waktu adalah tentukan besarnya GGL Induksi yang timbul pada detik ke-20
=4 +6−8
Jelaskan timbulnya GGL Induksi saat sebuah konduktor bergerak dalam medan magnet homogen.
Perhatikan gambar berikut
Sebuah konduktor dengan panjang AB bergerak horizontal ke kanan dengan kecepatan v dalam medan magnet homogen. Tentukanlah arah arus induksinya.
Berdasarkan soal No.4, turunkanlah persamaan GGL Induksinya.
Konduktor yang bergerak secara terus menerus dalam pengaruh medan magnet akan menjadi panas. Jelaskanlah fenomena munculnya panas ini. Sebuah magnet batang digerakkan mendekati penampang suatu kumparan (selenoide), seperti gambar berikut.
Berdasarkan gambar tersebut, tentukanlah arah arus induksinya menggunakan Hukum Lens
Sebuah magnet batang digerakkan mendekati kumparan (selenoide) yang diameter penampangnya 10 cm. Jika medan magnet berubah-ubah terhadap waktu dinyatakan dengan B = 6t + 3, tentukanlah besarnya medan listrik induksi pada kumparan.
Sebuah generator pembangkit listrik terdiri dari sebuah kumparan yang diameternya 98 cm dan jumlah lilitannya sebanyak 500, Jika medan magnet homogen yang ada di tempat itu sebesar 50 T dan kecepatan putar kumparannya 720 rpm, tentukanlah persamaan GGL Induksi pada generator tersebut