GGL Induksi dan Penerapan Induksi Elektromagnetik

GGL Induksi dan Penerapan Induksi Elektromagnetik – Pada topik ini kalian akan belajar tentang gaya gerak listrik (GGL) induksi. Tahukah kalian bagaimana dinamo dapat menyalakan lampu sepeda? Jawabannya akan kalian temukan pada topik ini.

GGL Induksi dan Penerapan Induksi Elektromagnetik
GGL Induksi dan Penerapan Induksi Elektromagnetik

Jika sepeda dikayuh, maka dinamo pada sepeda tersebut akan berputar. Putaran dinamo tersebut dapat menjadi sumber energi untuk menyalakan lampu sepeda. Peristiwa tersebut bekerja berdasarkan prinsip GGL induksi. Dinamo berisi kumparan (lilitan kawat) dan magnet. Ketika sepeda dikayuh, dinamo berputar sehingga magnet dalam dinamo juga berputar. Magnet yang berputar menyebabkan jumlah garis gaya magnet pada ujung-ujung kumparan berubah. Perubahan jumlah garis gaya magnet ini yang menyebabkan terjadinya arus listrik. Perhatikan ilustrasi berikut ini.

section-media

Ketika magnet didekatkan dengan kumparan, maka jumlah garis gaya yang masuk kumparan akan semakin banyak dan berlaku sebaliknya. Ketika magnet dijauhkan dari kumparan, maka jumlah garis gaya yang masuk ke kumparan akan semakin sedikit. Perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum galvanometer (alat pendeteksi dan pengukur arus listrik). Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab timbulnya GGL induksi adalah perubahan garis gaya magnet yang dilingkupi oleh kumparan.

Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Artinya, makin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul. Sebelum mempelajari GGL induksi lebih dalam, alangkah baiknya jika kita belajar tentang fluks magnetik terlebih dahulu.

Fluks Magnetik

Fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang. Secara matematis, fluks magnetik dinyatakan sebagai berikut.

section-media

Keterangan:
Ф = fluks magnetik (Wb);
B = medan magnet (T);
A =luas penampang (m2); dan
α = sudut antara B dan garis normal.

Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya arus listrik karena pengaruh medan magnet (GGL induksi). Besarnya GGL induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik dan dinyatakan dalam persamaan berikut.

section-media

Keterangan:
ε = ggl induksi (V);
ΔФ = perubahan fluks magnet (Wb);
N = jumlah lilitan;
B = medan magnet (T);
A = luas penampang (m2); dan
Δt = selang waktu (s).

Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa GGL induksi dipengaruhi 3 faktor.

1. Kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik), GGL makin besar ketika gerakan magnet dipercepat
2. Jumlah lilitan, semakin banyak jumlah lilitan maka arus yang mengalir akan besar juga
3. Medan magnet, semakin besar ukuran magnet (medan magnet akan besar juga) maka semakin besar arus yang dihasilkan.

Arah arus induksi yang melawan arah medan magnet diberi tanda negatif. Aturan arah arus induksi ini dikenal dengan aturan Lentz. Pernyataan Lentz adalah arus induksi sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan medan magnet yang yang arahnya melawan perubahan yang menimbulkannya.

Induksi Diri 

GGL induksi merupakan peristiwa timbulnya arus listrik dari medan magnet, sedangkan GGL induksi diri merupakan peristiwa munculnya medan magnet dari arus listrik, kemudian medan magnet tersebut kembali menghasilkan arus listrik. Ketika dalam kumparan mengalir arus listrik, maka akan timbul medan magnet, sehingga fluks magnetik di dalam kumparan juga berubah. Perubahan fluks magnetik ini menghasilkan GGL induksi diri, yang besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut.

section-media

Keterangan:
Ԑi = GGL induksi diri (V);
L =induktansi induktor (H);
i = perubahan arus listrik (A); dan
t = selang waktu (s).

Induktansi Induktor

Dalam menghitung GGL induksi diri, diperlukan besaran induktansi induktor (L). Besar Induktansi sebuah induktor dapat dihitung dengan rumus berikut.

section-media

Keterangan:
L = Induktansi induktor (H);
μ0 = permeabilitas ruang hampa (4π x 10-7 H/m = 1,257 x 10-6 H/m);
N = Jumlah lilitan;
A = Luas penampang kumparan (m2); dan
l = Panjang kumparan (m).

Energi Potensial Kumparan

Energi di dalam sebuah kumparan dirumuskan sebagai berikut.

section-media

Keterangan:
W =energi (J);
L =Induktansi induktor (H); dan
I = Kuat Arus Listrik (A).

Contoh soal

Sebuah magnet dengan kuat medan 1 T bergerak maju-mundur terhadap kumparan dengan jumlah lilitan 1000. Berapa GGL induksi yang terjadi tiap detik jika luas penampang kumparan adalah 25 cm2?
Penyelesaian
Diketahui:
B = 1T
N =1000
t= 1 s
A= 25 cm2 = 0.0025 m2
Ditanyakan: Ԑ ?
Jawab:

section-media

Jadi, besarnya GGL induksi yang terjadi setiap detik adalah 0,25 V.

Penerapan Induksi Elektromagnetik

Pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang GGL induksi yaitu peristiwa induksi elektromagnetik (medan magnet dapat menimbulkan arus listrik dan arus listrik dapat menimbulkan medan magnet yang kemudian juga menghasilkan arus listrik). Pada topik ini kalian akan belajar tentang penerapan induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.

Generator

Generator adalah alat yang dapat mengubah energi gerak (energi kinetik) menjadi energi listrik. Generator dibedakan menjadi dua jenis, yaitu generator arus bolak-balik dan generator arus searah. Perbedaan antara keduanya akan kalian pelajari sebagai berikut.

Generator Arus Bolak Balik

Generator arus bolak-balik (AC atau alternating current ) disebut juga alternator yang terdiri dari magnet, kumparan yang berinti besi, cincin luncur, dan sikat karbon. Prinsip kerjanya adalah ketika kumparan berputar, akan terjadi perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh kumparan tersebut, sehingga timbul arus listrik. Kemudian, arus listrik yang dihasilkan akan terhubung dengan cincin sikat karbon pada rangkaian di luar generator untuk didistribusikan ke rumah-rumah. Generator arus bolak-balik ini biasanya digunakan pada pembangkit listrik tenaga air dan pembangkit listrik tenaga angin.

Generator Arus Searah

Generator arus searah (DC atau direct current) juga bekerja dengan prinsip GGL induksi. Bedanya dengan generator arus bolak-balik adalah generator arus searah memiliki satu cincin yang dibelah sehingga dinamakan cincin belah atau komutator. Kedua sikat karbon bersentuhan dengan kedua cincin belah secara bergantian, sehingga salah satu sikat karbon selalu berpolaritas positif dan yang lain berpolaritas negatif. Hal ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir adalah searah (DC).

Dinamo Sepeda

Dinamo sepeda juga berperan sebagai generator. Magnet di dalam dinamo berperan sebagai rotor (bagian yang berputar), sedangkan kumparan berperan sebagai stator. Magnet yang berputar di dekat kumparan, akan menyebabkan perubahan garis gaya magnet, akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. Arus induksi yang mengalir dapat menyalakan lampu sepeda. Semakin kencang perputaran roda, maka semakin besar perubahan fluks magnet pada kumparan sehingga semakin besar pula arus induksi yang dihasilkan.

Transformator

Transformator atau sering disebut trafo adalah komponen untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak-balik. Ingat, trafo hanya bekerja untuk arus bolak-balik (AC), tidak untuk arus searah (DC). Transformator hanya dapat mengubah besarnya tegangan, bukan mengubah dayanya.

Transformator terdiri atas sebuah inti besi, kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut.

1. Kumparan primer dihubungkan kepada sumber tegangan yang akan diubah besarnya. Tegangan primer yang terdapat di dalam trafo adalah tegangan bolak-balik, sehingga besar dan arah tegangan itu berubah-ubah.
2. Dalam inti besi timbul medan magnet yang besar dan arahnya berubah-ubah pula. Perubahan medan magnet ini akan menginduksi tegangan bolak-balik pada kumparan sekunder, sehingga besarnya tegangan pada kumparan sekunder berbeda dengan besarnya tegangan mula-mula (pada kumparan primer).

Dari sebuah percobaan didapatkan kesimpulan bahwa:

1. Perbandingan antara tegangan primer (Vp), dengan tegangan sekunder (Vs) sama dengan perbandingan antara jumlah lilitan primer (Np), dan lilitan sekunder (Ns).
2. Perbandingan antara kuat arus primer (Ip), dengan kuat arus sekunder (Is), sama dengan perbandingan jumlah lilitan sekunder (Ns) dengan jumlah lilitan primer (Np).

Perbandingan-perbandingan tersebut dapat dituliskan sebagai persamaan berikut.

section-media

Pada umumnya, transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik PLN sebelum masuk ke peralatan elektronik. Beberapa alat yang menggunakan transformator adalah catu daya (power supply), adaptor, dan transmisi daya listrik jarak jauh.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *