Induksi Elektromagnetik

Induksi Elektromagnetik

Kumparan yang dialiri arus listrik berubah menjadi magnet disebut Elektromagnet.

Berbicara tentang magnet tidak terlepas dari pembicaraan tentang listrik. Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan.

Misalnya ;  bila sebuah kompas diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang dialiri  aruslistrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi tertentu

Induksi Elektromagnetik pada lilitan kawat di penghantar

Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan magnet. Ini berarti bahwa gerakan kompas seperti pada percobaan di atas  adalah akibat adanya medan magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.

Ada 3 (tiga) cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat medan magnet pada elektromagnet :

a. Membuat inti besi pada kumparan.

Cara ini dilakukan dengan jalan meletakkan sepotong besi di dalam kumparan yang dialiri listrik. Besi tersebut akan menjadi  magnet tidak tetap (buatan atau remanen). Karena inti besi menjadi magnet, maka inti besi itu akan menghasilkan medan magnet.
Dilain pihak kumparan juga akan menghasilkan medan magnet pada arah yang sama pada inti besi.

Hal ini akan menyebabkan terjadinya penguatan medan magnet. Penguatan medan magnet diperoleh dari penjumlahan medan magnet yang dihasilkan oleh besi dengan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan.

b. Menambah jumlah kumparan.

Tiap-tiap kumparan elektromagnet menghasilkan medan magnet. Dengan penambahan jumlah kumparan sudah tentu akan memperkuat medan magnet secara keseluruhan. Kuatnya medan elektromagnet merupakan jumlah dari medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing lilitan.

c. Memperbesar arus yang mengalir pada kumparan.

Besarnya arus yang dialirkan pada kumparan berbanding lurus dengan besarnya medan magnet. Setiap elektron yang mengalir pada penghantar menghasilkan medan magnet. Dengan demikian medan total  tergantung dari banyaknya elektron yang mengalir setiap detik atau kuat medan total ditentukan oleh besarnya arus yang mengalir pada kumparan.

PENDAHULUAN

MAGNET DAN LISTRIK 

Keterkaitan antara magnet dan listrik ditemukan pertamakali oleh salah seorangilmuan Fisika pada tahun 1820. Penemuan itu telah berhasil membuktikan bahwa aruslistrik dapat menimbulkan sebuah medan magnet. Berawal dari penemuan itu, parailmuan lain akhirnya berpikir bahwa ada kemungkinan besar hal sebaliknya jugadapat terjadi, yakni medan magnet menghasilkan arus listrik. Hingga pada tahun 1822salah seorang ilmuan Fisika lain akhirnya berhasil membuktikan bahwa keyakinansejumlah ilmuan itu benar, medan magnet juga dapat menghasilkan arus listrik.Hingga saat ini penemuan kedua ilmuan Fisika tersebut telah diterapkan di berbagaiaplikasi di dunia kelistrikan. Berikut adalah dua ilmuan Fisika tersebut beserta penemuan yang mereka lakukan.

Hans Christian Oersted

Pada tahun 1820, Oersted melakukansebuah percobaan terhadap aruslistrik pada sebuah kabel. Oerstedmeletakkan kabel tersebut tepatdiatas sebuah kompas kecil dimanakabel tersebut dihubungkan pada power supply (gb.a). Pada awalnyaia menduga bahwa arah jarum kompas tersebut akan memiliki arah yang sama denganarah arus listrik yang melewati kabel, namun kemudian Orsted dikejutkan oleh sebuahkejadian dimana arah jarum kompas tersebut malah berubah arah menjauhi arus listrik  pada kabel (gb.b). Tak hanya itu, Oersted juga menemukan bahwa setelah tidak adaarus listrik yang melewati kabel, gaya magnet yang bekerja pada kompas juga hilang.Dari peristiwa itu akhirnya Oersted menyimpulkan bahwa gaya magnet yang bekerja pada kompas tersebut disebabkan oleh arus listrik pada kabel yang terletak tepat dikompas itu. Berawal dari penemuan ini, akhirnya Oersted melahirkan salah satuhukum fisika yang dikenal dengan nama right hand rule, yakni hukum sederhanaunutk mengetahui arah medan magnet terhadap arah arus listrik. Selain itu Oersted

 

 juga berhasil mengemukakan sebuah penemuan lain yakni

Elektromagnetik,

sebuah penemuan tentang arus listrik pada kumparan yang dapat menimbulkan sebuahmagnet permanen yang lengkap dengan kutubnya.

Michael Faraday

Penemuan Oersted telahmembuat Faraday berpikir  bahwa jikalau arus listrik dapat meghasilkan medanmagnet, maka hal sebaliknya juga sangat mungkin dapatterjadi. Hingga pada tahun 1822, Farad menuliskan sebuah penemuan barunya pada buku catatannya yakni penemuan yang dapat mengubah magnet menjadi energilistrik. Percobaan demi percobaan ia lakukan hingga akhirnya penemuan itu berhasilia dapatkan setelah hampir sepuluh tahun.Penemuan Farrad itu ia dapatkan dari pengujian sebuah kabel yang melewati medanmagnet, dimana kabel itu dihubungkan pada Galvanometer. Namun ternyata kabel itutidak dapat begitu saja memiliki arus listrik, sekalipun sudah diletakkan di medanmagnet. Kabel itu ternyata harus digerakkan keatas atau kebawah hingga memutusgaris medan magnet. Farad kemudian menyimpulkan bahwa medan magnet dapatmenimbulkan mutan listrik jika terjadi pergerakan relative antara kabel dan magnet.Proses menghasilkan arus listrik pada rangkaian yang berasal dari magnet itulah yangdinamakan sebagai

Induksi Elektromagnetik 

.

 

MATERI

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK 

Kesimpulan Farad terait Elektromagnetik juga memperkenalkan suatu besaran yangdinamakan fluks magnetik. Fluks magnetik ini menyatakan jumlah garis-garis gayamagnet yang mempengaruhi Indusksi Elektromagnetik. Farad kemudianmenuliskannya dalam sebuah perumusan

Φ = B A cos θ

Φ= fluks magnetik (weber atau Wb)B = induksi magnetik (Wb/m²)A = luas penampang (m²)cos θ = Sudut antara induksi magnet dan normal bidangSehingga dari perumusan diatas dapat diketahui bahwa Induksi Elektromagnetik dapatdilaksanakan dalam berbagai metode yakni:a.Menggerakkan loop / penghantar di dalam medanmagnet sehingga menghasil perubahan luas penampang. b.Menggerakkan batang magnetterhadap kumparan sehinggamenghasilkan perubahan garisgaris gaya magnet (B).c.Kumparan / penghantar berputar padamedan magnet yang menghasilkan perubahan sudut. (θ).

 

■ GGL Induksi

Istilah GGL Induksi sering kita dengar dalam metode Induksi Elektromagnetik dengan menggerakkan batang magnet dalam kumparan. Ketika kutub utara batangmagnet digerakkan masuk kedalam kumparan, maka jumlah garis-garis gaya magnetyang terdapat pada kumparan akan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garisgaya pada ujung-ujung kumparan inilah yang dinamakan Gaya Gerak Listrik (GGL)Induksi.Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGLInduksi. Namun, jarum galvanometer yang dihubungkan pada kumparan hanya bergerak saat magnet digerakkan keluar masuk kumparan. Sehingga Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalamkumparan, maka di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.-

Penyebab Terjadinya GGL Induksi

a)Kutub utara batang magnet digerakkan masuk kedalam kumparan b)Kutub utara batang magnet digerakkan keluar dari dalam kumparanKetika kutub utara magnet batangdigerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat didalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkanGGL induksi pada ujung-ujung kumparan

 

c)Kutub utara batang magnet diam di dalam kumparanKetika kutub utara magnet batang diamdi dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalamkumparan tidak terjadi perubahan(tetap). Karena jumlah garis-garis gayatetap, maka pada ujung-ujungkumparan tidak terjadi GGL induksi.-

Faktor yang Mempengaruhi Besar GGL Induksi

a.Kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gayamagnet. b.Jumlah lilitan kumparan.c.Medan magnet.Faktor tersebut dirumuskan dalam sebuah persamaan

є = -N ( ΔΦ / Δt )

є = ggl induksi (volt) N = jumlah lilitan (tanda negative didapatkan dari pernyataan Hukum Lenz)ΔΦ / Δt = laju perubahan fluks magnetic-

Second Right-Hand Rule

Sesuai dengan hukum Lenz maka akan timbulinduksi magnet yang menantang sumber. Arahinduksi magnet (B) ini dapat digunakan untuk menentukan arah arus induksi yakni denganmenggunkan second right-hand rule, seperti pada gambar disamping. Ibu jari sebagai arah arus induksi, sedangkan empat harilain sebagai arah B.

■ GGL Induksi Pada Penghantar yang Bergerak Dalam Medan Magnet

 

Penghantar yang bergerak dalam medan magnet dengan kecepatan (v) akanmenyapu luasan yang terus berubah. Perubahan luas inilah yang menyebabkanterjadinya induksi magnetik pada ujung-ujung penghantar. Induksi magnetik ini jugadisebut sebagai GGL Induksi. Perumusan GGL Induksi yang terjadi pada penghantar yang bergerak dalam medan magnet dinyatakan sebagai berikut:

є = B

l v

sin θ

є = ggl induksi (volt)B = induksimagnet (Wb/m²)

l 

= panjang penghantar (m)

v

sin θ = kecepatan gerak penghantar terhadap medan magnet (m/s)

- Fourth Right-Hand Rule

Ketika Induksi Elektromagnetik diperoleh dengancara menggerakkan loop, maka arah dari aruslistrik yang dihasilkan dapat ditentukan denganmenggunkan Fourth Right-Hand Rule (sepertigambar samping). Ibu jari sebagai arah gerak  penghantar, empat jari lain sebagai arah induksimagnet, sedangkan telapak sebagai arah GayaLorentz.

■ GGL Induksi Pada Generator

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, ada tiga metode yang dapat dilakukanuntuk melakukan induksi elektromagnetik. Salah satunya adalah dengan memutar  penghantar / kumparan pada medan magnet. Prinsip inilah yang digunakan dalam pross kerja generator. metode ini adalah induksi magnet yang dihasilkan dari perubahan sudut. Besar GGL Induksi dapat ditentukan dari rumus sebagai berikut:

є = N B A ω

є = ggl induksi (volt) N = jumlah lilitanB = induksi magnet (Wb/m²)

 

A = luas penampang (m²)ω = kecepatan sudut penghantar (rad/s)

■ Induksi Diri Pada Selenoida

Pada Elektromagnetik kitamengenal bahwa selenoida ataukumparan yang dialiri arus listrik dapatmenimbulkan sebuah medan megnet permanent lengkap degan kutubnya.Sehingga jika terjadi perubahan aruslistri yang mengaliri selenoida maka pada kumparan juga akan terjadi perubahan fluksmagnetik. Perubahan fluks magnetik inilah yang disebut sebagai induksi diri. Olehkarena itu selenoida disebut sebagai induktor.Besar perubahan fluks magnetik sebanding dengan perubahan arus listrik padaselenoida tersebut, sehingga dapat dirumuskan:

є = -L ( Δi / At)

є = ggl induksi diri (volt)Δi / Δt = perubahan kuat arus tiap satuan waktuL = induktansi diri (henry)Kemudian L dapat dirumuskan lebih lanjut dalam persamaan

L = ( μ N² A ) /

l 

μ = 4π.10 Wb/A/m N = jumlah lilitanA = luas penampang inductor 

l 

= panjang inductor (m)

■ Transformator

Transformator dirancang dari dua kumparan untuk dapat menimbulkan induksitimbal balik. Induksi timbale balik pada travo akan menimbulkan arus induksi padakumparan sekundernya. Kuat arus dan tegangan yang dihasilkan tergantung pada jumlah lilitan. Pada transformator dinyatan pada rumus berikut ini

 

I = Kuat ArusV = TeganganN = Jumlah lilitsnAPLIKASI

PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK 

Induksi Elektromagnetik telah digunakan untuk memenuhi berbagai kebutuhanmanusia di segala sektor, termasuk didalamnya adalah sektor industri maritim.Berikut ini adalah beberapa aplikasi penerapan Induksi Elektromagnetik di kehidupansehari-hari.

■ Aplikasi di Industri Maritim

Pernahkah kita bertanya bagaimana kitadapat menggunkan listrik di kapal,sekalipun kapal tersebut tidak mendapatkan pasokan listrik dari perusahaan pembangkit listrik sepertiPLN? Jawabannya adalah, kapal tesebut menggunakan generator sebagai sumber  penghasil listriknya. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa prinsip kerjagenerator adalah menggunkan metode Induksi Elektromagnetik. Generator merubahenergi kinetik menjadi energi listrik.Generator listrik memiliki jumlah kumparan penghantar yang banyak dandiletakkan di medan magnet yang sangat kuat. Kumparan ini adalah bagian darigenerator yang bergerak, dan disebut sebagai rotor. Sedangkan magnet disebutsebagai bagian generator yang diam atau disebut stator. Kemudian kumparan ini berputar di medan magnet dan memotong garis gaya medan magnet sehinggaterjadilah GGL Induksi. Kumparan penghantar itu disambungka pada rangkaiantertutup sehingga GGL Induksi tersebut menghasilkan arus listrik 

Aplikasi di Kehidupan Sehari-hari

 

Kita pasti sudah sering mendengar peralatan elektronik  bernama travo. Travo digunakan sebagai alat untuk meurunkan (step down travo) dan menaikkan tegangan(step down travo). Travo adalah alat dengan prinsip kerjatransformater yang menggunakan InduksiElektromagnetik. Hampir semua peralatan elektronik memasang komponen transformator pada rangkaian didalamnya.DAFTAR PUSTAKADamari, Ari. Handayani, Sri. 2009.

 Fisika SMA Kelas XII 

. Jakarta : Depdiknas.Physics, Prinsiple and Problems. Ohio : Glencoe ScienceWikipedia.org dan sumber internet lain