MANUSIA PEMBELAJAR AKAN MENGAJAR DENGAN HATI: INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pada teori kemagnetan, kita telah mengetahui pengamatan yang dilakukan Oersted bahwa ketika kawat penghantar dialiri listrik maka akan menimbulkan medan magnet di sekitarnya.

Listrik dapat menimbulkan medan magnet dalam kawat penghantar atau kumparan.

Apakah medan magnet dapat menimbulkan arus listrik ?

Pengamatan tersebut dilakukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Dia melakukan pengamatan “apakah medan magnet dapat menimbulkan arus listrik?”. Adapun pengamatan yang dilakukan oleh Michael Faraday adalah menggunakan batang magnet, kumparan dan Galvanometer. GALVANOMETER adalah alat ukur yang dapat mendeteksi keberadaan arus listrik yang relatif kecil didalam sebuah kawat penghantar (kumparan). Berikut ini adalah ilustrasi pengamatannya :

Gambar 1 : Sebuah magnet batang secara kasat mata akan mengeluarkan medan magnet yang ditandai dengan adanya garis-garis gaya magnetik. Adapun garis gaya magnetik keluar dari kutub utara menuju kutub selatan. Sedangkan ketika posisi jarum Galvanometer belum menyimpang seperti gambar 1, itu menunjukkan arus listrik belum terdeteksi.

Magnet digerakkan mendekati kumparan

Gambar 2 : Sebuah magnet batang yang mengeluarkan garis-garis gaya magnet digerakkan mendekati kumparan, maka yang terjadi jarum Galvanometer akan menyimpang.

Ketika kutub magnet bergerak memasuki (mendekati) kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke salah satu arah. Ketika magnet berhenti sejenak di dalam kumparan, jarum galvanometer kembali menunjuk nol. Ketika magnet kita tarik keluar, jarum galvanometer menyimpang kearah sebaliknya.

Menyimpangnya jarum galvanometer menunjukkan bahwa ketika magnet bergerak mendekati dan menjauhi kumparan, pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial yang menyebabkan timbulnya arus listrik pada kumparan. Beda potensial yang ditimbulkan disebut GGL induksi (gaya gerak listrik).

Berbedanya arah penyimpangan jarum galvanometer pada saat magnet mendekati dan menjauhi kumparan menunjukkan bahwa arus yang timbul adalah arus bolak-balik (AC) yang biasa disebut arus induksi.

Gejala terjadinya GGL atau arus listrik pada suatu penghantar atau kumparan akibat mengalami perubahan jumlah garis - garis gaya magnet (Fluks Magnetik) yang menembus bidang kumparan disebut sebagai peristiwa INDUKSI ELEKTROMAGNETIK.

Kita dapat membangkitkan GGL induksi dengan cara berikut:

1) Menggerakkan magnet keluar masuk kumparan

2) Memutar magnet di dekat kumparan (prinsip Dinamo)

3) Memutar kumparan dalam magnet (prinsip Generator)

4) Memutus-mutus arus listrik yang melalui kumparan. (Prinsip Trafo)

Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Artinya, semakin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul. Adapun yang dimaksud FLUKS adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang. Jika GGL induksi lebih besar, kuat arus induksi yang timbul juga lebih besar.

Ada berapa faktor yang menentukan besar GGL induksi yang diketahui dari besar penyimpangan jarum galvanometer. Jika melakukan percobaan ini secara teliti, kita akan dapat menyimpulkan bahwa besar GGL induksi bergantung pada tiga faktor, yaitu:

1) Jumlah lilitan pada kumparan

2) Kecepatan gerak magnet keluar-masuk kumparan

3) Kekuatan magnet batang yang digunakan.

Induksi elektromagnetik saat ini sudah banyak dimanfaatkan untuk keperluan hidup sehari-hari. Orang pertama yang menyelidiki dan menemukan hal tersebut adalah MICHAEL FARADAY.

1. DINAMO SEPEDA

Dinamo sepeda menggunakan magnet permanen yang diputar dekat

kumparan yang diam yang dililitkan pada inti besi. Akibat putaran magnet garis garis gaya magnet yang memotngn kumparan berubah - ubah sehingga menimbulkan GGL Induksi pada ujung - ujung kumparan sehingga menghasilkan arus induksi. Makin cepat cepat di kayuh, makin besar laju perubahan garis - garis magnetnya sehingga arus listrik induksi yang dihasilkan makin besar.

2. GENERATOR

Generator merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.
Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan, generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu gerator AC (alternating current) dan generator DC (direct current). Generator AC menghasilkan arus bolak-balik dan generator DC menghasilkan arus searah. Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.

a) GENERATOR AC

Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan

(solenoida), cincin geser, dan sikat. Pada generator, perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. Oleh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC.

GGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara:

1) memperbanyak lilitan kumparan,

2) menggunakan magnet yang lebih kuat,

3) mempercepat perputaran kumparan, dan

4) menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.

b) GENERATOR DC

Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun

pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini karena cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).

3. TRANSFORMATOR

Transformator atau trafo adalah alat yang digunakan untuk merubah besar tegangan listrik AC.

Prinsip kerja Transformator :

Dengan menghubungkan kumparan primer ke sumber listrik AC, maka arus listrik yang mengalir pada kumparan primer selalu berubah, sehingga kutub magnet juga selalu berubah. Meskipun kutub magnet pada kumparan primer terus berubah, garis-garis gaya magnetik tetap keluar dari kumparan primer yang memberi imbas (menginduksi) kumparan sekunder. Alhasil, kumparan sekunder terus mengalami perubahan garis gaya magnet sehingga menghasilkan listrik secara terus –menerus (arus listrik sekunder).

Jenis Transformator

Trafo ada dua jenis, yaitu:

• Trafo Step-Up : berfungsi untuk menaikkan tegangan

• Trafo Step-Down : berfungsi untuk menurunkan tegangan

Trafo step-up memiliki ciri :

• Lilitan kumparan primer lebih sedikit dari pada lilitan kumparan sekunder.

• Tegangan primer lebih kecil daripada tegangan sekunder.

• Arus listrik primer lebih besar daripada arus listrik sekunder.

Trafo step-down memiliki ciri:

• Lilitan kumparan primer lebih banyak dari lilitan kumparan sekunder.

• Tegangan primer lebih tinggi daripada tegangan sekunder.

• Arus listrik primer lebih kecil daripada arus listrik sekunder.

Secara Matematis dituliskan :

Secara teori, Daya primer sama besar dengan Daya sekunder (P_p = P_s). Atau apabila tegangan primer bernilai lebih besar daripada tegangan sekunder, maka arus listrik akan bernilai lebih kecil daripada arus sekunder. Namun, pada kenyataannya akan ada daya listrik yang akan hilang per waktunya. Dalam arti setiap trafo memiliki efisiensinya untuk memperkecil daya yang hilang. Semakin besar efisiensi sebuah trafo, maka semakin kecil daya yang hilang. Jadi secara matematis :