Hai Quipperian, hayo siapa di antara Quipperian yang pernah melihat komponen listrik bernama trafo? Zaman dahulu, trafo umum ditemukan pada rangkaian lampu TL. Di dalam Fisika, trafo umum dikenal sebagai transformator.
Keberadaan trafo berfungsi untuk menaik dan menurunkan tegangan listrik. Tahukah kamu jika mekanisme kerja trafo itu berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, lho. Lalu, apa yang dimaksud induksi elektromagnetik itu? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!
Pengertian Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan atau penghantar akibat perubahan fluks magnetik. Perubahan fluks magnetik disebabkan oleh pergerakan kumparan atau penghantar di dalam medan magnet.
Induksi elektromagnetik merupakan prinsip dasar yang digunakan pada beberapa komponen elektronik seperti transformator, dinamo, hingga generator.
Ruang Lingkup Induksi Elektromagnetik
Ruang lingkup pembahasan induksi elektromagnetik dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu GGL induksi, induktansi diri, dan aplikasi induksi elektromagnetik. Nantinya, setiap kelompok akan dibagi lagi menjadi beberapa pembahasan. Berikut ini pembahasan lengkapnya!
GGL Induksi
GGL induksi atau gaya gerak listrik induksi adalah gaya gerak listrik yang dihasilkan di dalam kumparan akibat perubahan medan magnet yang melingkupinya. Itu artinya, GGL induksi memuat sejumlah fluks magnetik.
Fluks magnetik sendiri merupakan banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu luasan bidang tertentu. Secara matematis, fluks magnetik dirumuskan sebagai berikut.
Rumus Fluks Magnetik : Φ = AB cos θ
Keterangan Rumus :
Φ = fluks magnetik (Wb)
A = luas bidang (m2)
B = induksi magnetik (Wb/m2)
θ = sudut yang dibentuk oleh luas permukaan bidang dan induksi magnetik
Saat membahas GGL induksi, ada dua hukum dasar yang bisa digunakan, yaitu Hukum Faraday dan Hukum Lenz.
Hukum Faraday
Hukum Faraday ditemukan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, yaitu Michael Faraday. Awalnya, Faraday menggerakkan magnet batangan memasuki suatu kumparan, ternyata jarum galvanometer menyimpang ke kanan.
Saat magnet batangan digerakkan keluar kumparan, jarum galvanometer bergerak ke kiri.
Dari penelitian itu, Faraday menyatakan bahwa pergerakan magnet di dalam kumparan telah menghasilkan ggl induksi yang besarnya sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik dan banyaknya lilitan.
Secara matematis, besarnya GGL induksi Faraday dirumuskan seperti berikut ini.
Keterangan Rumus :
ε = ggl induksi (V)
N = jumlah lilitan
laju perubahan fluks magnetik (Wb/s).
Jika laju perubahan fluks magnetiknya terjadi dalam waktu yang sangat singkat hingga mendekati nol, maka persamaannya menjadi:
Dengan:
laju perubahan fluks magnetik (Wb/s).
Hukum Lenz
Hukum Lenz ditemukan oleh Heinrich Lenz, yaitu ilmuwan Fisika asal Rusia. Hukum ini membahas tentang arah arus induksi pada kumparan akibat perubahan fluks magnetik.
Menurut Lenz, arus induksi yang terbentuk di dalam kumparan akan menghasilkan suatu medan magnet. Arah medan magnet tersebut berlawanan dengan arah perubahan fluks magnetik asalnya. Rumus dasar Hukum Lenz sama dengan Hukum Faraday, yaitu
Untuk Φ = AB cos θ, diperoleh :
Jika sebuah batang konduktor sepanjang l digerakkan di dalam medan magnet B dengan kecepatan v, maka ggl induksi yang muncul sebanding dengan ketiga besaran tersebut. Secara matematis, dirumuskan seperti di bawah ini.
ε = Blv
Dengan:
ε = ggl induksi (V)
B = medan magnet (T)
l = panjang konduktor (m)
v = kecepatan konduktor (m/s)
Induktansi Diri
Induktansi diri adalah induktansi yang ditimbulkan oleh adanya ggl induksi di dalam suatu kumparan akibat pengaruh medan magnet. Secara matematis, hubungan antara ggl induksi dan induktansi diri dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan Rumus
L = induktansi diri (H)
∆I/∆t = laju perubahan kuat arus listrik setiap waktu (A/s)
Besarnya induktansi diri dipengaruhi jumlah lilitan kumparan, fluks magnetik, dan kuat arus listrik yang secara matematis bisa dinyatakan seperti di bawah ini.
Keterangan Rumus :
L = induktansi diri (H)
N = jumlah lilitan
Φ = fluks magnetik (Wb)
I = kuat arus listrik (A)
Suatu komponen elektronik yang menghasilkan induktansi disebut sebagai induktor. Energi yang tersimpan di dalam induktor sebanding induktansi diri dan kuat arus.
Keterangan Rumus :
W = energi induktor (J)
L = induktansi diri (H)
I = kuat arus listrik (A)
Aplikasi Induksi Elektromagnetik
Prinsip induksi elektromagnetik banyak diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada transformator dan generator. Seperti apa penerapan induksi elektromagnetik pada transformator dan generator? Yuk, simak selengkapnya!
Transformator
Di awal artikel ini, Quipper Blog sudah membahas sedikit tentang trafo atau transformator. Transformator merupakan alat elektronik yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik AC.
Secara umum, transformator dibagi menjadi dua, yaitu transformator step up dan transformator step down. Apa perbedaan antara keduanya?
- Transformator step up
- Transformator step down
Transformator step up adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan listrik. Transformator ini memiliki jumlah lilitan sekunder yang lebih banyak daripada lilitan primernya, sehingga tegangan listrik sekunder (Vs) akan lebih besar daripada tegangan listrik primernya (Vp).
Transformator step down adalah transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik. Ciri transformator step down adalah jumlah lilitan sekundernya lebih sedikit daripada jumlah lilitan primernya, sehingga tegangan sekunder akan lebih kecil daripada tegangan listrik primer (Vs
Adapun rumus yang berlaku pada transformator adalah sebagai berikut.
Keterangan Rumus
VP = tegangan listrik primer (V)
VS = tegangan listrik sekunder (V)
NP = jumlah lilitan primer
NS = jumlah lilitan sekunder
IP = kuat arus primer (A)
IS = kuat arus sekunder (A)
Generator
Generator merupakan suatu mesin yang bisa mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Secara umum, generator dibagi menjadi dua, yaitu generator AC dan DC. Generator AC adalah generator yang mampu menghasilkan arus AC.
Di dalam generator ini terdapat kumparan yang terdiri dari banyak lilitan, rotor, magnet permanen, cincin logam, dan sikat logam. Energi listrik yang dihasilkan generator berasal dari arus induksi akibat perubahan fluks magnetik pada saat kumparan berputar.
Oleh karena putaran kumparan berada di dalam pengaruh medan magnet, maka akan muncul suatu gaya yang disebut gaya Lorentz. Secara matematis, tegangan atau ggl induksi yang dihasilkan oleh generator ini dinyatakan sebagai berikut.
Rumus Tegangan Listrik : ε = NBA𝜔 sin θ
Keterangan Rumus
ε = ggl induksi atau tegangan (V)
N = jumlah lilitan
B = medan magnet (T)
A = luas permukaan bidang kumparan (m2)
𝜔 = kecepatan sudut kumparan (rad/s)
𝜃 = sudut yang dibentuk oleh medan magnet dan bidang kumparan
Sementara generator DC adalah generator yang menghasilkan arus listrik searah
Contoh Soal Induksi Elektromagnetik
Agar kamu semakin paham dengan materi kali ini, yuk simak contoh soal di bawah ini.
Contoh Soal 1
Suatu kumparan memiliki induktansi diri 0,4 H. Di dalam kumparan, terjadi perubahan arus listrik dari 300 mA menjadi 200 mA dalam kurun waktu 0,1 s. Berapakah ggl induksi yang dihasilkan oleh kumparan tersebut?
Diketahui
L = 0,4 H
∆I = 200 – 300 = -100 mA = -0,1 A
t = 0,1 s
Ditanya: ε =…
Jawaban :
Untuk menentukan ggl induksi yang dihasilkan kumparan, gunakan persamaan berikut ini.
Jadi, ggl induksi yang dihasilkan adalah 0,4 V.
Contoh Soal 2
Pak Dika memiliki transformator step down yang mampu mengubah tegangan 100 V menjadi 25 V. Jika jumlah lilitan sekundernya 200, berapakah jumlah lilitan primernya?
Diketahui:
Vp = 100V
Vs = 25V
Ns = 200
Ditanya: Np =…?
Jawaban
Jumlah lilitan primer bisa kamu tentukan dengan persamaan umum transformator berikut ini.
Jadi, jumlah lilitan primernya adalah 800 lilitan.
Contoh Soal 3
Suatu kumparan memiliki jumlah lilitan sebanyak 500. Jika setiap detik terjadi perubahan fluks magnetik 0,8 Wb, tentukan ggl induksi yang dihasilkan!
Diketahui :
A = 150 cm2 = 1,5 x 10-2 m2
N = 500
∆t = 1
∆ Φ = 0,8 Wb
Ditanya: ε =…?”
Jawaban
Untuk menentukan ggl induksi, gunakan persamaan di bawah ini.
Jadi, ggl induksi yang dihasilkan pada kumparan tersebut adalah -400 Volt.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk melihat materi lengkapnya, yuk buruan gabung Quipper Video. Salam Quipper!