pertemuan 6 induksi elektromagnetik

PERTEMUAN 6_INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

KELOMPOK 14

1. ADOLFINA GALLA’ A 241 11 059

2. MOH. FADLI A 241 11 075

3. FAJRIA A 241 11 110

4. NURHAYATI A 241 11 093

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

• Gejala timbulnya arus listrik dalam suatupenghantar akibat pengaruh medan magnetikatau perubahan fluks magnetik.

• Gaya gerak listrik yang timbul antara ujung-ujung penghantar akibat adanya induksielektromagnetik disebut ggl induksi

Induksi Elektromagnetik

G

Bagaimana memudahkan mengingat arah arus induksi?

V

i

B

V

iv

B= B.l.v sin

F

i

= -B.l.v sin

i = /R

sin = 90 =1

= -B.l.v = - NB.l.v

Cara menimbulkan GGL Induksi

• Menggerakkan magnet masuk keluar kumparan

• Memutar magnet di depan kumparan

G

• Memutus mutus arus pada kumparan primer yang didekatnya terdapat kumparan sekunder

Gdc

Arah arus listrik induksi

• Arah arus lisrik induksi dapat ditentukan dengan hukum Lenz : Arah arus listrik induksi sedemikian rupa

sehingga melawan perubahan medan magnet yang ditimbulkan.

G

AC

• Mengalirkan arus listrik bolak balik pada kumparan primer yang di dekatnya terdapat kumparan sekunder.

G

Kutub Utara magnet bergerak mendekati kumparan

G

Arah arus listrik induksi

Kutub Utara magnet bergerak menjauhi kumparan

G

Arah arus listrik induksi

Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi

1. GGL Induksisebandingdengankecepatanperubahan

flug magnet.G

G

Δt

ΔΦ ε

Faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi

1. GGL Induksi sebanding dengan jumlah lilitan

G

G

N ε

Besar GGL Induksi :1. Sebanding dengan jumlah lilitan2. Sebanding dengan kecepatan perubahan jumlahgaris gaya magnet yang memotong kumparan

Δt

ΔΦNε

(Weber/s)magnet gaya garisjumlah perubahan kecepatan Δt

ΔΦ

Suatu kumparan kawat terdiri dari 500 lilitan dengan diameter 10 cm. Kumparan ini diletakkan dalam medan magnetik homogen yang berubah-ubah dari 0,2 menjadi 0,6 wb /m2 dalam waktu 5 milisekon. Hitunglah GGL imbas yang terjadi dalam kumparan ?

Diketahui : N = 500 ; d = 10 cm r = 5 cm = 5.10-2 m B = 0,6 – 0,2

= 0,4 wb/m2 . t = 5ms = 5.10-3 s

Ditanyakan :

Penyelesaian: A = .r2 = 3,14 x 5.10-2

= 7,85.10-3 m2 .

0,4 x 7,85.10-3

= 3,14.10-3 wb

= - N t

= - 500 3,14.10-3

5.10-3

= - 314 volt

N

l

= - N t

4. Hukum lenz tentang arah arus induksi

Hukum Faraday hanya menunjukkan besarnya GGL induksi pada

kumparan, dan belum dapat menunjukkan arah arus induksi

dalam kumparan.

Hukum Lens berbunyi : “Arus induksi mengalir pada penghantar

atau kumparan dengan arah berlawanan dengan gerakan yang

menghasilkannya” atau “medan magnet yang ditimbulkannya

melawan perubahan fluks magnet yang menimbulkannya”.

a. Jika kutub U magnet batang di dekatkan kumparan

AB, maka akan terjadi pertambahan garis gaya magnet arah BA

yang dilingkupi kumparan.

b. Sesuai dengan hukum Lens, maka akan timbul garis gaya

magnet baru arah AB untuk menentang pertambahan garis gaya

magnet tersebut.

c. Garis gaya magnet baru arah AB ditimbulkan oleh arus

induksi pada kumparan.

d. Jika kutub U magnet batang dijauhkan, maka akan terjadi

kebalikannya.

5. Induktor

Induktor adalah komponen elektronik pasif yang dapat

menghasilkan tegangan listrik berbanding lurus dengan perubahan

sesaat dari arus listrik yang mengalir melaluinya. Induktor dapat

menimbulkan medan magnet sesuai dengan kebutuhan. Solenoida

panjang merupakan contoh induktor paling dikenal.

Konsep ggl induksi diri sebuah kumparan

Bila saklar ditutup maka

lampu akan menyala, dan

sebagian arus membentuk

medan magnet dan berubah

dari 0 ke maksimum. Karena

kumparan mengalami

perubahan medan magnet

maka kumparan akan timbul

ggl balik. dan terbukti saat

sakalr di buka lampu masih

menyala dan lama -lama mati.

Ggl induksi ε yang dihasilkan dalam kumparan ini sendiri, yang

selalu menentang perubahan fluks utama penyebabnya, disebut

ggl induksi diri.

Bagaimana hubungan antara ggl induksi diri ε dengan

perubahan kuat arus utama i yang melalui rangkaian? Ggl

induksi diri ε sebanding dengan laju perubahan kuat arus

terhadap di waktu ( dt ), secara matematis :

a. Konsep induktansi Diri Sebuah Kumparan

Perubahan kuat arus (∆i) yang melalui suatu

kumparan berarti perubahan fluks magnetik

(∆Ф) dalam kumparan. Baik laju perubahan kuat

arus (di/dt) maupun laju perubahan fluks

magnetik (dФ/dt), keduanya menimbulkan ggl

induksi diri ε antara ujung-ujung kumparan.

Induktansi kumparan dalam bahan

•

Aplikasi induksi eletromagnetik

Alat- alat yang menggunakan konsep elektromagnetik adalah :

Dinamo/generator

Transformator

Bagian –bagian generator

• Rotor, adalah bagian yang berputar yang mempunyai bagian terdiri dari poros, inti, kumparan, cincin geser, dan sikat-sikat.

• Stator, adalah bagian yang tak berputar (diam) yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator

Dinamo• Generator pembangkit litrik sederhana adalah dinamo pada

sepeda yang digunakan untuk menyalakan lampu.

generator

• Pembangkit listrik yang lebih besar adalah generator. Generator merupakan konverter energi yaitu mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.

• Generator listrik pertama kali ditemukan oleh Faraday pada tahun 1831

Macam Generator

• Berdasarkan tegangan yang dibangkitkan generator dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Generator Arus Bolak-Balik (AC)

2. Generator Arus Searah (DC)

Generator AC• Generator AC ujung-ujung kumparan dihubungkan dengan dua buah

cincin, ggl induksi yang dihasilkan selalu berubah baik besar maupun arahnya.

a. Generator listrik initerdiri dari sebuah kumparan kawat (satu loop yang diperlihatkan) yang diputar dalam suatu medan magnetik B oleh usaha mekanik.

b. Arus i muncul karena perputaran kumparanmenyebabkan terjadinya perubahan fluks magnetik yang memotong

kumparan.

• Pola gelombang yang dihasilkan

Generator DC• Generator DC ujung-ujung kumparan dihubungkan dengan

sebuah cincin yang dibelah (disebut komutaator) sehingga ggl induksi yang dihasilkan arahnya tetap sama.

Transformator

• Alat yang dapat merubah tegangan AC tertentu ketegangan AC lain yang diperlukan beban listrik.

Transformator • Sebuah

transformator terdiri dari sebuah kumparan primer dan kumparan sekunder, keduanya dilitkan pada suatu inti besi. Fluks magnetik yang berubah dihasilkan oleh arus dalam kumparan primer menginduksi ggl dalam kumparan sekunder.

Formulasi transformator

Rangkaian arus bolak balik

• Arus litrik bolak balik adalah arus listrik yang memiliki nilai sesaatnya berubah ubah dari nilai negatif hingga positif.

• Sumber arus bolak-balik adalah generator, arus bolak-balik yang prinsip kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ω yang berada di dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Dalam suatu rangkaian listrik, simbol untuk sebuah sumber tegangan gerak elektrik bolak-balik adalah :

3.Alat Ukur Arus atau Tegangan AC

Alat ukur arus ac adalah

amperemeter ac dan alat ukur

tegangan bolak-balik adalah

Voltmeter ac.

Untuk mengukur tegangan

ac misalnya,kita memutar

tombol pada label V ~ dan

mengatur saklar pilih ac/dc

4. Rangkaian Resistif, Induktif, danKapasitif Murni

Arus dan tegangan bolak-balik yang sefase

dengan sudut fase θ = Ѡt, arus listrik dan

tegangannya dapat di nyatakan oleh persamaan.

tii

tVV

m

m

sin

sin

•Rangkaian murni disebut juga rangkain resistifadalah rangkaian yang hanya mengandunghambatan (R) saja.

Pada rangkaian ini V dan i memiliki fase yang

sama, artinya i dan V mencapai harga 0 dan maksimum bersama-sama. Diagram fasor pada rangkaian resistif ditunjukkan pada gambar

Vm = RIm atau Im = Vm / R

Grafik kuat arus I dan tegangan v pada rangkaianresistif murni.

•Rangkaian induktif adalah rangkaian yang hanya terdiri atas induktor (kumparan) denganmengabaikan hambatan pada kawat kumparan.

Vm = ѠLIm atau Im = Vm / ѠL

• Rangkaian arus Bolak-balik untukKapasitor Murni

Rangkaian arus bolak-balik hanyamengandung kapasitor murni dengankapasitas sebesar C, dialiri arus bolak-balik,

i = sin ωt

Muatan listrik q yang dapat disimpan olehsebuah kapasitor dengan kapasitor C adalah :

q = C v

Jika kedua ruas persamaan dideferensialkanterhadap waktu, maka di peroleh :

Dengan mengintegralkan kedua ruas persamaankita peroleh :

Berdasarkan persamaan trigonometri makadiperoleh :

Pada kapasitor murni yang dialiri arus ac

i = sin ωt, kita peroleh beda tegangan

antara ujung-ujung kapasitor murni adalah :

Dengan

1. Reaktansi Kapasitif

Berfungsi sebagai penghambat arus dalamrangkaian ac untuk kapasitor murni.

2. Sifat kapasitor pada frekuensi mendekati nol (arusdc)

Berdasarkan persamaan diatas ketika frekuensimenjadi sangat besar maka Xc mendekati nol danini menunjukkan bahawa kapasitor hampir samasekali tidak menghambat arus bolak-balik.

3. Daya pada rangkaian kapasitif murni

Secara rata-rata daya adalah nol dansebuah kapasitor dalam rangkaian ac samasekali tidak menggunakan energi.

5. Rangkaian seri R,L,dan C

Ketika resistor R saja, induktor L saja, dankapasitor C saja yang terdapat pada rangkaianac, maka yang berfungsi menghambat arus ac adalah reaktansi X,

yang berturut-turut untuk resistor R, induktor L dan kapasitor C bernilai :

= R ; = ωL

Dan

A. Sudut Fase antara Kuat Arus dan Tegangan

tegangan antara ujung-ujung resistor, induktor, dan kapasitor yang dialiri arus bolak-balik , masing-masing adalah

• Besar Tegangan VAB atau V adalah

• Arah fasor V, yaitu sama dengan beda sudut fase antara kuat arus dan tegangan dihitung dengan perbandingan tan.

B. Hukum Ohm pada Tiap Komponen

C. Impedansi Rangkaian RLC

Efek hambatan total yang dilakukan oleh resistor R, induktor XL, dan kapasitor XC dalam rangkaian arus bolak-balik dapat kita gantikan dengan sebuah hambatan pengganti, yang kita sebut dengan impedansi Z rangkaian RLC.

D. Resonansi pada Rangkaian RLC

Ada 3 kemungkinan sifat rangkaian yang dapat terjadi pada rangkaian seri RLC, yaitu :

• Reaktansi induktif rangkaian lebih besar daripada reaktansi kapasitif rangkaian :

• Reaktansi induktif rangkaian lebih kecil daripada reaktansi kapasitif rangkaian:

• Reaktansi Induktif rangkaian sama dengan reaktansi kapasitif rangkaian :

Frekuensi resonansi rangkaian RLC

Frekuensi resonansi rangkaian RLC terjadi ketika reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif.

fr = frekuensi resonansi (Hz)

(rad/s)

L = induktansi induktor (H)

C = kapasitas kapasitor (F)

• Impedansi Rangkaian

• Kuat Arus Rangkaian

Kuat arus dan impedansi rangkaian seri RLC pada keadaan resonansi