fisika elektro iv

Fisika Elektro IV

Outline Konsep induktans dan induktans bersama

Energi dalam medan magnet

Rangkaian R-L dan L-C

Pengantar• Medan listrik dihasilkan oleh muatan statis.• Medan magnet dihasilkan oleh muatan yang bergerak.

Medan Listrik Medan Magnet

Histeresis Magnet

Permanen magnet

Kurva B-H sifat histerisis bahan

Bahan Hard ferromagnetic

Bahan soft ferromagnetic

Kurva Perbandingan B-H dari berbagai bahan

Histeresis dan Rugi Histeresis Tertinggalnya rapat fluks (B) terhadap perubahan kuat medan magnet (H) pada rangkaian

magnetik

Histeresis menyebabkan timbulnya rugi-rugi dalam bentuk panas yang dinamakan rugi histeresis

Besarnya sebanding dengan area yang dibentuk oleh kurva histeresis

OX menunjukkan rapat fluks sisa (reminensi)

OY menunjukkan gaya koersif (paksa)

PP’ menunjukkan saturasi rapat fluks

Hukum Induksi : Faraday

Arus listrik induksi dapat dihasilkan dengan menggerakkan medan magnet perubahan fluks magnet.

Arus listrik induksi dapat dihasilkan pada kumparan sekunder bila saklar di-on dan off-kan.

Induksi emf (electromagnetic force) yang dihasilkan berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnet pada rangkaian:

Dengan:

Bila belitan sekunder mempunyai N lilitan :

Aplikasi

Kompor Induksi (induction heating)Gitar Listrik

Hukum Lenz (1)Polaritas GGL induksi yang menghasilkan arus listrik senantiasa berlawanan arah dengan perubahan fluks magnet yang menghasilkannya.

Bila penghantar digerakkan pada rel ke kiri, medan magnet melewati luasan tertutup meningkat sebanding dengan waktu. Arus listrik induksi harus berlawanan arah jarum jam untuk menghasilkan fluks magnet ke arah luar.

Hukum Lenz (2)Arus induksi yang dihasilkan :

dengan

GGL induksi yang dihasilkan :

denganBesar gaya magnet :

Hukum Lenz (3)

a)Saat magnet bergerak maju arus induksi ke atas.

(b)Arus induksi menghasilkan fluks medan magnetnya melawan peningkatan eksternal fluks magnetnya.

(c)Saat magnet bergerak mundur arus induksi ke bawah.

(d)Arus induksi ini menghasilkan fluks magnet ke arah kanan dan melawan pengurangan ekternal fluks magnet.

Aplikasi Generator dan Motor Listrik

Fluks magnet GGL Induksi

Induktansi, L

GGL induksi berbading lurus dengan laju perubahan arus.

L merupakan konstanta induktansi kumparan

Satuan indukstasi diri, L

kumparan induktansi dipengaruhi :•geometri•sifat bahanInduktansi solenoid :

Induktansi SolenoidInduktansi solenoid :

Fluks magnet per belitan:

Nilai induktansi:

Karena N = nl maka:

Dengan V : volume solenoide = Al

Rangkaian RL (1)• Jika rangkaian mempunyai L, maka arus tidak akan berkurang atau membesar secara

mendadak.• Karena L menghasilkan GGL balik, maka arus yang dihasilkan melawan perubahan arus

pada rangkaian.

Rangkaian RL (2)

Energi Dalam Medan MagnetPada saat batere disambung ke rangkaian :

Karena L menghambat perubahan arus yang mendadak maka ada energi yang tersimpan di L.

Energi pada L

Total Energi pada L

Induktansi Bersama•Fluks magnet yang dihasilkan oleh koil 1 dan 2 fluks bersama Φ12

•Induktasi bersama yang terjadipada L1 karena L2 dinyatakan :

•Nilai M12 = M21 = M

•Sehingga

Osilasi pada Rangkaian LC

•Bila C pada kondisi awal bermuatan.

•Saklar S disambungkan, maka arus mengalir ke L dan energi berubah ke L dari energi listrik ke energi magnet.

•Kondisi ideal energi akan kekal.

Dinamika energi yang terjadi:

Osilasi pada Rangkaian LC•Persamaan Muatan terhadap waktu

•Frekuensi sudut osilasi tergantung pada L dan C frekuensi alami

•Karena arus bervariasi secara sinusoidal maka :

•Untuk menentukan Φ, saat t = 0, I = 0 dan Q maks maka

•Sehingga :

Grafik Osilasi

•Q dan I berbeda fase 90 derajat