Gaya Gerak Listrik Pada Motor AC Apik Issetyorini dan Djodi Antono

apikissetyorini@yahoo.com Jurusan Teknik Elektro Polines

Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA

Intisari

Prinsip terbentuknya gaya gerak listrik (GGL) dalam

sebuah motor listrik merupakan induksi .Apabila sebatang penghantar di gerak gerakkan sedemikian rupa dalam medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet, maka penghantra tersebut akan

terbentuk GGL induksi. Arah gerak GGL induksi yang terjadi ditunjukkan dengan aturan tangan kanan. Bila

telapak tangan kana dibuka sedemikian rupa sehingga ibu

jari dan keempat jari lainnya saling tegak lurus (900),

maka ibu jari akan menunjukkan arah gerak penghantar

(F) sedangkan garis yang menembus telapak tangan

kanan adalah garis gaya medan magnet dan empat jari

lainnya menunjukkan GGL induksi yang terjadi .

Keywords Gaya Gerak Listrik, Faraday, Lenz, Lorentz, Motor Listrik.

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Para ilmuwan telah lama memimpikan agar hukum hokum alam yang ada dapat dipahami dengan mudah. Jika

diperlukan, rumus yang menjelaskan tentang hukum hukum alam tersebut, sedikit banyak saling memiliki keterkaitan. Sebagian impian tersebut telah terwujud, sedangkan impian

lainnya sedang dalam proses penelitian yang sangat mendalam.

Salah satu hukum alam yang berkaitan adalah hukum tentang kelistrikan serta hukum tentang kemagnetan. Dahulu ,

orang menganggap listrik dan magnet merupakan gejala alam

yang sangatah berbeda. Hal itu karena sumber listrik

merupakan muatanlistrik yaitu muatan positif dan mutan

negatif, sedangkan sumber magnet merupaka kutub kutub magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan. Muatan listrik

menghasilkan medan listrik disekitarnya, sedangkan kutub kutub magnet menghasilkan medan magnet disekitarnya.

Selain itu, sifat antara listrik dan magnet sangatlah berbeda.

Muatan listrik yang mengalir menghasilkan arus listrik, tetapi

kita tidak pernah menjumpai adanya arus magnet. Listrik

dapat dijumpai dalam bentuk muatan positif saja, muatan negative saja atau pasangan kombinasi antara muatan positif

dan muatan negatif. Sedangkan magnet kita hanya

menjumpainya dalam keadaan berpasangan yaitu kutub utara

dan kutub selatan. Ketika Oersted menemukan serta

mengemukakan bahwa terdapan medan magnet disekitar arus

listrik yang mengalir, mulai dari itulah para ahli mulai berpikir

mengenai keterkaitan listrik dan magnet. Arus listrik

merupakan aliran muatan listrik. Lalu, mengapa timbul medan

magnet pada arus yang mengalir? Apakah Listrik dapat

menghasilkan magnet?

Penelitian yang dilakukan oleh Oersted lebih lanjut diteliti

kembali oleh Biot Savart untuk membuktikannya. Arus litrik memanglah menghasilkan magnet.

Sehingga pada awal abad ke 19, para ahli fisika telah

sepakat bahwa, arus listrik memang menghasilkan magnet.

Namun apakah hukum ini dapat berlaku pada kebalikannya?[1]

B. Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini guna melengkapi nilai

tengah semester dari mata kuliah Mesin Listrik 1 pada

semester ganjil.

C. Pembatasan Masalah

Dalam penyusunan makalah di berikan batasan masalah

yang dibahas agar tidak terjadi pembahasan masalah diluar

konteks judul atau tidak berhubungan sama sekali. Hal ini

dilaksanakan agar penyusunan laporan dapat secara sistematis,

lebih terarah dan mudah di mengerti dengan baik. Penulis

membatasi masalah pada ruang lingkup sebagai berikut :

1) Gambaran umum tentang gaya gerak listrik pada motor listrik AC

2) Gaya Gerak Listrik secara spesifik 3) Hukum hukum yang berlaku pada gaya gerak listrik

pada motor listrik AC

4) Aplikasi pada motor listrik AC

D. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan makalah ini tersusun dari 3 bab,

adapun sistematika penyusunannya sebagai berikut :

1) Bab I Pendahuluan : pada bab I ini terdiri dari latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, serta

sistematika.

2) Bab II Isi : pada bab II ini, terdiri gambaran umum, Gaya Gerak Listrik, Hukum hukum , serta aplikasi pada motor listrik AC.

3) Bab III Penutupan : pada bab III ini berisi kesimpulan dari makalah ini.

II. ISI

A. Gambaran Umum

Prinsip terbentuknya gaya gerak listrik (GGL) dalam

sebuah motor listrik merupakan induksi seperti terlihat pada

gambar 2.1

Gbr 2.1 Terbentuknya GGL induksi

Apabila sebatang penghantar di gerak gerakkan sedemikian rupa dalam medan magnet sehingga memotong

garis garis gaya magnet, maka penghantra tersebut akan terbentuk GGL induksi

Arah gerak GGL induksi yang terjadi ditunjukkan dengan

aturan tangan kanan.Gambar aturan atau kaidah tangan kanan

dapat dilihat pada gambar 2.2

Gbr 2.2 Aturan tangan Kanan

Bila telapak tangan kana dibuka sedemikian rupa sehingga

ibu jari dan keempat jari lainnya saling tegak lurus (900), maka ibu jari akan menunjukkan arah gerak penghantar (F)

sedangkan garis yang menembus telapak tangan kanan adalah

garis gaya medan magnet dan empat jari lainnya menunjukkan

GGL induksi yang terjadi (e)

B. Gaya Gerak Listrik

Michael Faraday akhirnya menemukan serta

mengemukakan bahwa medan magnet dapat menghasilkan

medan listrik. Faraday melakukan eksperimen pada batang

magnet yang digerak gerakkan pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik. Hal itu dapat dibuktikan dengan

melalui penyimpangan pada jarum galvanometer. Ilustrasi

dapat dilihat pada gambar 2. 3.

Gbr. 2.3 Percobaan Faraday menggunakan Galvanometer

Pergerakan jarum pada galvanometer akan terjadi ketika

magnet bergerak pada kumparan. Penyimpangan jarum pada

galvanometer, membuktikan adanya arus yang mengalir pada

saat itu. Selanjutnya, arus tersebut disebut dengan arus induksi.

Dan di ujung ujung kumparan muncul beda potensial atau beda tegangan, beda tegangan inilah yang biasa disebut

dengan gaya gerak listrik induksi (GGL Induksi).[2]

C. Hukum hukum

1) Hukum Faraday : Seperti yang telah dibahas pada

pembahasan sebelumnya, Michael Faraday melakukan

eksperimen atau penelitian untuk membuktikan bahwa medan

magnet dapat menghasilkan medan listrik. Faraday melakukan

eksperimen dengan cara , kumparan pertama dihubungkan

dengan sebuah baterai sedangkan kumparan kedua

dihubungkan dengan sebuah galvanometer. Faraday berharap

arus pada kumpran pertama menghasilkan medan magnet

yang cukup besar untuk menghasilkan arus yang sangat besar pula pada kumparan kedua. Ketika sakelar dihubungkan,

jarum pada galvanometer menyimpang sesaat dan segera

kembali ke posisi nol dan seterusnya akan bernilai nol bila

arus yang dihasilkan kumparan pertama adalah konstan. Hal

tersebut menunjukkan bahwa arus konstan pada kumparan

pertama tidak menghasilkan arus listrik pada kumparan kedua.

Akan tetapi ketika sakelar tersebut di posisikan putus sambung makan jarum galvanometer akan bergerak ke kanan

dan ke kiri. Hal tersebut terjadi karena arus yang dihasilkan

oleh kumparan pertama tidak konstan. Ilustrasi skema

peralatan eksperimen Faraday dapat dilihat pada gamabr 2.4.

Gbr. 2.4. Skema Peralatan Eksperimen Faraday

Dari hasil eksperimen atau penelitian dari Faraday tersebut

dapat disimpulkan bahwa perubahan medan magnet

menghasilkan arus listrik. Oleh karena itu, arus listrik

mengalir jika ada sumber tegangan, dapat pula dikatakan

bahwa perubahan medan magnetmenghasilkan gaya gerak

listrik (GGL). Arus dan GGL yang timbul pada perubahan

medan magnet disebut dengan arus dan GGL induksi,

sedangkan peristiwa munculnya arus dan GGL induksi

akkibat perubahan medan magnet disebut dengan induksi

elektromagnetik. Gambar GGL induksi yang terjadi selama eksperimen faraday dapat diliaht pada gambar 2.5.[3]

Gbr. 2.5 GGL induksi timbul ketika ada gerak relatif antara

magnet dan kumparan

(a) Magnet bergerak masuk (b) Magnet bergerak keluar (c) Magnet tidak bergerak

Dari eksperimennya, Michael Faraday menyatakan bahwa : GGL induksi terjadi pada loop tertutup sama dengan nilai

negatif dari laju perubahan fluks magnetikyang terlingkupi.[4]

Dari pernyataannya tersebut dapat disimpulkan secara

matematis, sebagai berikut :

Jika perubahan fluks magnetiknya konstanterhadapa waktu, maka persamaannya dapat berubah menjadi : [5]

2) Hukum Lenz: Arus induksi yang dihasilkan oleh

gerakan keluar - masuk magnet didalam kumparan ternyata

bolak balik. Berkaitan dengan hal tersebut, Lenz menyatakan bahwa arus induksi selalu menimbulkan medan

magnet induksi yang berlawanan dengan perubahan medan

magnet asalnya. Pernyataan tersebut sering disebut dengan

hukum Lenz.[3]

Heinrich Freisrich Lenz mengemukakan, bahwa : arah arus induksi sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan

magnet yang berlawanan dengan penyebabnya

Perubahan fluks magnetik (medan magnet AB) ke kanan,

maka medan magnet Lenz berlawanan arahdengan

penyebabnya, yaitu (AB) ke kiri. Dengan aturan tangan kanan untuk medan magnet pada kumparan, maka arus

induksi yang mengalir memalui galvanometer arahnya dari

kanan ke kiri. Berbeda, Perubahan fluks magnetik ke kiri,

maka medan magnet Lenz berlawanan arah dengan

penyebabnya yaiu ke kanan. Dengan kaidah tangan kanan

untuk medan magnet pada kumparan, amak arus induksi yang

mengalir melalui galvanometer arahnya ke kiri dan ke kanan.

Itulah inti dari hukum Lenz.

3) Hukum Lorenzt :

Percobaa yang dilakukan Oersted menunjukkan bahwa

kutub magnet jarum yang ditimbulkan arus listrik. Ternyata

penghantar yang berarus listrik di dalam medan magnet juga

megalamani medan magnet. Gaya magnet pada penghantar bararus listrik pertama kali diamati oleh Hendrik Antoon

Lorenzt, seorang fisikawan Belanda yang juga peraih nobel

untuk fisika.

Berdasarkan penelitiannya, Lorenzt mendapati bahwa

besarnya gaya magnet sebanding dengan kaut medan magnet,

arus listrik dan panjang kawat. Selain itu, gaya magnet juga

bergantung pada sudut yang dibentuk antara arah aliran arus

listrik dengan arh medan magnet. Untuk arah aliran arus listrik

tegak lurus terhadap arah medan magnet, gaya magnet

tersebut dapat dinayatakan sebagai berikut

F = B x I x L

Dengan F adalah gaya magnet yang dialami kawat tersebut

dengan satuan newton, B adalah kuat medan magnet pada

tempat kawat berada engan satuan Tesla, I adalah kuat arus

listrik yang mengalir pada kawat dengan satuan ampere, dan L

adalah panjang kawat dangan satuan meter.

Persamaa tersebut sering disebut denga hokum Lorenzt,

dangaya magnet yang dihasilkan disebut dengan gaya Lorenzt.

Arah gaya Lorenzt dapat ditentukan dengan aturan tangan

kanan. Namun, posisi telapak tangan tidak tergenggam

melainkan terbuka. Caranya adalah sebagai berikut. Bukalah telapak tanganmu dan rapatkan keempat jarimu. Ibu jari

dibuka hingga tegak lurus terhdapa empat jari lainnya. Ibu

jari ini menunjukkan arah arus listrik , keempat jari lainnya

menunjukkan arah medan magnet, sedangkan telapak tangan

yang terbuka menunjukkan arah gaya Lorenzt.

Timbulnya gaya magnet pada penghantar berarus listrik di

dalam medan magnet memungkinkan berputarnya kumparan

penghantar arus listrik di dalam medan magnet. Konsep ini

merupakan prinsip kerja beberapa alat yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanik.

D. Aplikasinya pada Motor Listrik

Alat ini banyak diterapkan seperti misalnya pada pompa air

listrik, mesin jahit listrik, bor listrik, mesin bubut dan lain

sebagainya. Saat motor listrik dihubungkan dengan sumber

arus listrik, arus listrik mengalir dari sikat karbon menuju komutator. Selanjutya, arus listrik menuju kumparan sehingga

kumparan mengalamai gaya lorenzt . arah gya lorenzt dapat

ditentukan dengan aturan tangan kanan. Pada bagian kiri

kumparan akan timbul pula gaya lorenzt yang arahnya

berlawanan sehingga kumparan pun dapat berputar, makin

besar arus listrik yang mengalir, makin cepat pula kumparan

berputar. Akibatnya motor listrik bergerak makin cepat.

Gambar skema motor listrik dapat dilihat pada gambar 2. 6

Gbr. 2.6 Skema motor listrik

III. KESIMPULAN (PENUTUP)

Saat motor listrik dihubungkan dengan sumber arus listrik,

arus listrik mengalir dari sikat karbon menuju komutator.

Selanjutya, arus listrik menuju kumparan sehingga kumparan

mengalamai gaya lorenzt . arah gya lorenzt dapat ditentukan

dengan aturan tangan kanan. Pada bagian kiri kumparan akan timbul pula gaya lorenzt yang arahnya berlawanan sehingga

kumparan pun dapat berputar, makin besar arus listrik yang

mengalir, makin cepat pula kumparan berputar. Akibatnya

motor listrik bergerak makin cepat.

Itulah sebab dari motor listrik bergerak karena adanya Gaya

Gerak Listrik.

REFERENSI

[1] Mikrajudin Abdullah, IPA FISIKA JILID 3, ESIS. Jakarta, Indonesia: 2006.

[2] Osa Pauliza., Fisika Teknik dan Kesehatan. Bnadung, Indonesia:

Grafindo Media Tama, 2008.

[3] Aip Sjaripudin, Dede Rustiawan, Praktis Belajar Fisika. Bandung, Indonesia: Visindo Media Persada.

[4] Edi Istiyono, Fisika 3. Jakarta, Indonesia: Yudhistira, 2007. [5] Kamajaya, Fisika kelas 12 SMA. Bnadung, Indonesia: Grafindo Media

Pratama, 2007.