induksi elektromagnetik

Bab V Induksi ElektromagnetikPendahuluan

Para fisikawan telah lama memimpikan agar

hukum-hukum alam dapat dipahami dengan mudah.

Kalau perlu, jumlah rumus yang menjelaskan gejala

alam sedikt mungkin. Dan semua hikum alan itu

saling berkaitan. Sebagian impian tersebut kini telah

terwujud dan sebagian lainnya masih dalam

penyelidikan yang mendalam.

Salah satu hukum alam yang berhasil

digabungkan adalah kelistrikan dan kemagnetan.

Dulu orang menganggap listrik dan magnet adalah

dua gejala alam yang berbeda. Hal itu karena sumber

listrik adalah muatan positif dan muatan negatif,

sedangkan sumber magnet adalh kutub utara dan

kutub selatan. Muatan listrik menghasilkan medan

listrik disekitarnya, sedangkan kutub magnet

menghasilkan medan magnet disekitarnya. Selain

itusifat medan magnet berbeda dengan sifat medan

listrik. Muatan listrik yang mengalir menghasilkan arus

listrik, tetapi kita tidak pernah menjumpai adanya arus

magnet. Listrik dapat dijumpai dalam bentuk muatan

positif saja, mnuatan negatif sja, atau pasangan

muatan positif dan negatif. Sedangkan, magnet selalu

dijumpai berpasangan kutb utara dan kutub selatan.

Ketika Oerstad menemukan medan magnet disekitar

arus lirtrik, para ahli mulai berpikir mengenai keterkaitan

antara listrik dan magnet. Arus listrik adalah aliran

muatan listrik. Lalu, mengapa disekitarnya muncul

medan magnet? Pengamtan yang dilakukan oleh

Oerstad dan penelitian lebih lanjut oleh Biot Savart

membuktikan kebenarannya. Arus listrik dapat

menghasilkan medan magnet.

Hingga awal abad ke-19, para fisikawan telah

sepakat bahwa listrik dapat menghasilkan magnet.

Namun, apakah peristiwa sebaliknya dapat diwujudkan?

Bisakah magnet mengahasilkan listrik?

A. GEJALA-GEJALA INDUKSI

ELEKTROMAGNETIK

Pertanyaan diatas menarik minat Michael

Faraday (1791-1867). Setelah kurang lebih sepuluh

tahun berusaha keras, akhirnya pada tahun 1831

Faraday menemukan bukti bahwa magnet dapat

menimbulkan listrik. Pembuktian ini ternyata dapat

dilakukan dengan cara yang sangat sederhana. Ia

mengarak-gerakkan sebuah magnet batang keluar

masuk kumparan kawat dan ternyata pada kumparan

tersebut muncul arus listrik. Kita juga dapat membuktikan

hal ini dengan cara yang sama dengan melakukan

kegiatan 5.1.

Kegiatan 5.1 Pengamatan

Analisis Materi Fisika Sekolah Menengah I 84

Bab V Induksi ElektromagnetikTimbulnya Arus listrik oleh Magnet

Tujuan:

Mengamati timbulnya arus listrik oleh magnet.

Alat dan Bahan:

Dua buah magnet batang yang berbeda ukurannya.

Sebuah galvanometer.

Dua buah kumparan kawat.

Langkah Kerja:

1. Hubungkan ujung-ujung kawat kumparan kawat ke galvanometer.

2. Amati posisi jarum galvanometer. Apakah sudah menunjuk ke angka nol?

3. Jika belum, putar sekrup penala hingga jarum menunjukan angka nol. Tanyakan pada gurumu jika kurang

jelas.

4. Gerakkan kutub selatan salah satu magnet batang masuk ke dalam kumparan. Apa yang terjadi pada

jarum galvanometer?

5. Diamkan magnet batang di dalam kumparan. Apa yang terjadi pada jarum galvanometer?

6. Gerakkan kutub selatan salah satu magnet batang keluar ke dalam kumparan. Apa yang terjadi pada jarum

galvanometer?

7. Gerakkan kutub selatan salah satu magnet batang keluar-masuk ke dalam kumparan. Apa yang terjadi

pada jarum galvanometer?

8. Ulangi langkah 5 hingga langkah 7 dengan menggunakan kutub utara magnet batang. Apa yang terjadi


9. Ulangi langkah 5 hingga langkah 8 dengan menggunakan magnet batang yang lain. Apa yang terjadi pada

jarum galvanometer?

10.Ulangi langkah 5 hingga langkah 8 dengan menggunakan kumparan kawat yang lain. Apa yang terjadi


Ketika magnet batang dimasukkan ke dalam

kumparan ternyata jarum galvanometer menyimpang.

Ketika magnet didiamkan di dalam kumparan, jarum

galvanometer kembali menunjukan angka nol. Ketika

magnet itu di tarik keluar kumparan, jarum

galvanometer menyimpang lagi.


Bab V Induksi Elektromagnetik

Gambar 1.1 Proses kuluar masuknya magnet dalam kumparan menghasilkan arus bolak-balik

Namun, arah penyimpangan berlawanan dengan

ketika magnet dimasukkan ke dala kumparan. Ketika

magnet digerakkan keluar-masuk menyimpang bolak-

balik. kumparan, jarum galvanometer ikut bergerak

Penyimpangan jarum galvanometer pada

kegiatan 5.1 menunjukan telah timbulnya arus listrik di

dalam kumparan. Arus listrik itu terjadi hanya terjadi

jika magnet digerakkan. Sedangkan pada waktu

magnet didiamkan, tidak timbul arus listrik di sana.

Dengan demikian, agar dihasilkan arua (dan

tegangan) listrik harus ada gerak relatif antara magnet

dan kumparan. Arus listrik dihasilakan ketika terjadi

perubahan jumlah garis gaya magnet yang ada di

dalam rongga kumparan. Jika jumlah garis gaya

magnet dalam kumparan tidak berubah, berapapun

banyaknya garis gaya magnet di dalam rongga

kumpararan tidak akan mengahasilkan arus (dan

tegangan) listrik.

Penggunaan kutub lain untuk digerak-

gerakkan ke dalam rongga kumparan memberikan

hasil yang sama. Hanya saja arah jarum

galvanometer menyimpang ke arah sebaliknya.

Sedangkan, penggunaan magnet batang dengan

ukurang yang lebih besar (memiliki medan magnet

yang lebih kuat) dan kumparan dengan jumlah lilitan

yang lebih banyak berti menambah jumlah garis-garis

gaya magnet yang keluar-masuk rongga kumparan. Hal

ini menyebabkan jarum galvanometer menyimpang lebih

jauh lagi. Denga kata lain, akan timbul arus (dan

tegangan) listrik yang lebih besar. Peristiowa ini di kenal

dengan nama, induksi elektromagnetik. Arus listrik

yang timbul selam proses ini disebut arus listrik

induksi, sedangkan tegangan listriknya disebut gaya

gerak listik (ggl) induksi.

Pada saat magnet mendekati kumparan, di

dalam kumparan timbul magnet yang juga memiliki kutub

utara dan kutub selatan. Ujung kumparan yang didekati

selatan utara magnet menjadi kutub utara, namun

kertika dijauhi menjadi kutub selatan. Menurut hukum

Lenz, arah arus induksi dalam kumparan selalu

menghasilkan medang magnet yang menentang sebab-

sebab yang menimbulkannya.

1. Arus Listrik Bolak-

balik

Penyimpangan jarum galvanometer yang terus

bergerak bolak-balik ini menunjukan bahwa arus listrik

induksi yang timbul juga mengarah bolak-balik. Oleh

karena itu, ares listrik seperti iini sering disebut arus

listrik bolak-balik (AC= Alternating Current). Untuk

mengukur besarnya arus listrik AC digunakan

galvanometer AC atau ammeter AC. Sedangkan untuk

mengukur tegangan listrik AC digunakan volmeter AC.

Selain itu, kamu juga dapat menggunakan osiloskop

untuk mengukur kedua besarn tersebut.

Arus (dan tegangan) listring Ac ini dapat

digambarkan dengan bentuk kurva arus (dan tegangan)

terhadap waktu. Sebagian kurva berada di bagian atas

sumbu waktu dan sebagian lagi berada di bagian

bawahnya. Kedua bagian kurva itu muncul secara

bergantian. Bagian kurva yang berada diatas sumbu

waktu menyatakan arus listrik pada arah tertentu,


Bab V Induksi Elektromagnetiksedangkan yang berada di bagian bawah kurva

menyatakan arus listrik pada arah sebaliknya. Sebagi

contoh, jika bagian kurva di bagian atas sumbu waktu

menyatakan arus listrik ke kiri berarti bagian kurva di

bagian bawah sumbu waktu menyatakan arus listrik

ke kanan.

Penting kamu ketahui bahwa tidak semua

arus listrik yang nilainya berubah-ubah merupakan

arus listrik AC. Perlu kamu perhatikan apakah

perubahan tersebut menyebabkan arus listrik bernilai

positif dan negatif atau tidak. Jika selalu bernilai

positif dan negatif secara bergantian, arus listrik itu

termasuk arus listrik AC. Namun, jika perubahan itu

tidak menghasilakan nilai positif dan negatif secara

bergantian secara teratur, arus listrik itu termasuk

arus listrik searah (DC= Direct Current).

2. Arus riak

Sebuah piringan aluminium yang berputar

membutuhkan sejenak waktu agar gaya gesek dapat

menghentikan geraknya. Namun piringan itu dapat

berhenti seketika jika diputar di antara kutub-kutub

magnet yang berlawanan. Hal ini terjadi karena

piringan itu terbuat dari konduktor listrik sehingga

timbul arus listrik induksi padanya saat berputar

disekitar medan magnet.

Arus listrik seperti inilah yang di sebut arus

riak . arus listrik ini menghasilkan medan magnet

yang arahnya berlawanan dengan arah gerak piringan

aluminium. Gejala ini merupakan akibat dari hukum

kekekalan energi sehingga tidak ada energi yang

tercipta atau hilang dari perubahan yang terjadi. Arus

riak timbul jika suatu kepingan logam berada di sekitar

medan magnet yang garis-garis gayanya sedang

berubah-ubah.

Arus riak dimanfaatkan untuk pembuatan rem

magnetik pada kereta dan pada alat detector logam.

3. Gaya Gerak Lisrik

Induksi

Selain seperti pada kegiatan 5.1 yang sudah

kamu lakukan, listrik induksi juga dapat diperoleh dengan

cara lain seperti berikut.

Menggerakkan

kumparan terhadap kutub magnet.

Memutar

magnet didepan kumparan

Memutus-

sambung arus listrik pada kumparan untuk

menginduksi kumparan lain.

Agar lebih memahaminya, lakukan Kegiatan 5.2.

Kegiatan 5.2 Eksperimen

GGL Induksi Dua Kumparan

Tujuan:

Memahami GGL induksi dua kumparan.

Alat dan Bahan:


Bab V Induksi Elektromagnetik Kabel penghubung secukupnya

Langkah Kerja:

1. Susun alat seperti pada gambar. Pastikan agar kedua sisi kumparan tepat berhadapan.

2. Putus-sambungkan saklar secara terus-menerus. Apa yang terjadi pada jarum galvanometer?

3. masukkan inti besi kedalam kumparan. Ulangi langkah 2. Apa yang terjadi pada jarum galvanometer?

Kumparan yang dihubungkan dengan sumber

ggl (baterai) dan saklar disebut kumparan primer.

Sedangkang , kumparan lain yang dihubungkan

dengan galvanometer disebut kumparan sekunder.

Akibat saklar diputus-sambung secara tyerus-

menerus, arus listrik yang mengalir di dalam

kumparan primer menjadi terputus-putus. Dengan

demikian, timbul medan magnet di sekitar kumparan

primer dengan garis-garis gaya yang terus menerus

berubah. Karena letaknya berdekatan, medan magnet

itu menerobos ke dalam rongga kumparan sekunder.

Hal ini menyebabkan timbulnya ggl induksi pada

kumparan sekunder. Arus listrik yang mengalir

pada umparan primer disebut arus primer,

sedangkan pada kumparan sekunder disebut arus

sekunder.

Jika saklar dibiarkan terus terhubung, jarum

galvanometer tidak akan menyimpang. Hal ini karena

arus listrik yang mengalir terus-menerus tidak

menimbulkan perubahan medan magnet di sekitar

kumparan primer. Akibatnya, tidak timbul ggl induksi

pada kumparan sekunder.

Dari kegiatan 5.1 dan 5.2 dapat kita simpulkan

bahwa besarnya ggl induksi dipengaruhi oleh hal-hal

berikut.

Kecepatan gerak magnet. Makin cepat

magnet bergerak maka makin banyak perubahan

gari gaya magnet yang terjadi. Akibatnya, makin

besar ggl induksi yang ditimbulkan.

Kuat medan magnet. Makin kuat medan

magnet yang digunakan maka makin banyak garis

gaya magnet yang dimilikinya. Akibatnya, makin

besar ggl induksi yang ditimbulkan.

Jumlah lilitan kawat pada kumparan.

Makin banyak jumlah lilitan kawat pada kumparan

maka makin banyak garis gaya magnet yang

dimilikinya. Akibatnya, makin besar ggl induksi yang

ditimbulkan.

Luas penampang kumparan. Makin

luas penampang kumparan maka makin banyak

garis gaya magnet yang dimilikinya. Akibatnya,

makin besar ggl induksi yang ditimbulkan.


Bab V Induksi Elektromagnetik Meletakkan inti besi kedalam rongga

kumparan. Dengan adanya inti besi pada

kumparan, diperoleh medan magnet yang lebih

kuat dan garis-garis gaya magnet yang lebih

banyak. Akibatnya, maki besar ggl induksi yang

timbul.

4. Penerapan GGL

Induksi

Pada proses induksi elektromagnetik

sebenarnya terjadi perubahan energi gerak menjadi

energi listrik. Berdasarkan hal ini para ahli

mengembangkan alat yang dapat mengubah energi

gerak menjadi energi listrik, yaitu generator. Ada dua

jenis generator

menurut arus listrik yang dihasilkannya, yaitu

generator listrik AC (alternator) dan generator listrik

DC (dinamo).

Generator Listrik AC

Pada generator ini terdapat dua buah magnet

tetap yang kuat (disebut stator). Kutub-kutub magnet

yang berlawanan dihadapkan. Dengan demikian, di

dalam ruang antara kedua kutub magnet dihasilkan

medan magnet. Di dalam medan magnet itu terdapat

kumparan yang mudah berputar pada porosnya (disebut

rotor).

Gambar 1.2 Skema generator listrik AC

Karena kumparan selalu berputar, jumlah garis

gaya magnet yang masuk ke dalam kumparan pun selalu

berubah-ubah. Ketika posisi kumparan sejajar dengan

garis gaya magnet, tidak ada garis gaya magnet yang

masuk ke dalam kumparan. Sebaliknya, ketika posisi

kumparan tegak lurus terhadap garis gaya magnet,

Jumlah garis gaya magnet yang masuk ke dalam

kumparan menjadi maksimal. Dengan demikian, timbul

ggl induksi AC. Ggl induksi ini dihubungkan dengan

rangkaian listrik melalui sikat karbon yang terdapat pada

kedua cincin geser secara bergantian. Akibatnya , timbul

arus listrik induksi AC.

Gambar 1.3 Posisi kumparan terhadap garis gaya magnet

pada alternator.

Gambar 1.4. Alternator digunakan pada kendaraan bermotor sebagai sumber arus listrik

Arah aliran arus itu pada berbagai posisi

kumparan adalah sebagai berikut:]

Jika jumlah

garis gaya magnet yang masuk kumparan makin

banyak, arus listrik induksi mengalir ke salah satu

arah.


Bab V Induksi Elektromagnetik Jika jumlah

garis gaya magnet yang masuk kumparan makin

sedikit, arus listrik induksi mengalir ke arah yang

berlawanan.

Jika jumlah

garis gaya magnet yang masuk kumparan tidak

berubah, tidak ada arus listrik induksi yang

mengalir.

Arus listrik induksi yang dihasilkan generator lisrik

AC memiliki sifat sebagai berikut:

Berjenis bolak-balik (AC) dengan bentuk

seperti gelombang.

Amplitudonya bergantung pada kuat

medan magnet, jumlah lilitan kawat, dan luas

penampang kumparan.

Frekuensi gelombangnya sama dengan

frekuensi putaran kumparan.

Generator Listrik DC

Prinsip kerja generator ini mirip dengan

generator listrik AC. Hanya saja pada generator ini

digunakan sebuah cincin belah (komutator) pada

bagian outputnya. Cincin ini memungkinkan arus

listrik

induksi yang dialirkan ke rangkaian lisrik berupa arus

listrik DC meskipun kumparan di dalamnya

menghasilkan arus listrik AC. Perhatikan gambar.

Gambar 1.5. Skema generator listrik DC

Pada saat kumparan sejajar debgan arah garis-

garis gaya magnet, belum terbentuk arus listrik. Selama

perputaran kumparan, arus listrik membesar secara

perlahan-lahan dan mencapai nilai maksimalnya ketika

kumparan tegak lurus terhadap arah gais-garis gaya

magnet. Selanjutnya, arus listrik mulai mengecil dan

akhirnya menjadi nol lagi saat kumparan sejajar dengan

arah garis-garis gaya magnet.

Pada posisi mendatar ini terjadi hubungan

pendek antara cincin belah dan sikat karbon. Akibanta,

pada perputaran berikutnya tidak terjadi pertukaran arah

arus listrik. Dengan kata lain, arus listrik induksi yang

dihasilkan generator itu selalu searah (DC).

Perbedaan utama kedua jenis generator di atas

adalah pada jumlah dan bentuk cincin yang digunakan

pada outputnya. Generator listrik DC dapat diubah

menjadi generator listrik AC dengan cara mengganti

cincin outputnya menjadi dua buah dan tidak berbelah.

Demikian pula sebaliknya, generator listrik AC dapat

diubah menjadi generator listrik DC dengan mengganti

cincin outputnya dengan sebuah cincin belah

Review

1. Apakah yang dimaksud dengan arus listrik induksi? Bagaimana proses terjadinya?

2. Apakah perbedaan antara arus listrik searah dengan arus listrik bolak-balik?

3. Apa yang dimaksud dengan ggl induksi? Faktor-faktor apakah yang dapat memperbesar

ggl induksi?

4. Apakah perbedaan antara generator listrik AC dan generator listik DC? Bagaimana cara

mengubah generator listrik AC menjadi generator listrik DC?

5. Jelaskan hubungan saling mempengaruhi arus listrik dan magnet di mana magnet dapat

mengakibatkan listrik, dan listrik dapat mengakibatkan magnet.

6. Bagaimanakah terjadinya arus primer dan arus sekunder dalam ggl induksi?



B. TRANSFORMATOR

Seringkali tegangan listrik yang tersedia tidak

sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan alat.

Misalnya, tegangan PLN adalah 220 V sedangkan

walkman milikmu membutuhkan tegangan sebesar 3

V. Contoh lainnya, listrik yang dihasilkan generator

pembangkit tenaga listrik biasanya dikirim dalam

bentuk tegangan yang sangat tinggi (puluhan ribu

volt). Namun setibanya dirumahmu, tegangan yang

terukur adalah 220 V. Bagaimana cara mengubah

tegangan listrik itu?

Alat yang paling berperan untuk mengubah

tegangan listrik adalah transformator (sering

disingkat trafo). Trafo dapat mengubah listrik AC dari

tegangan rendah ke tinggi atau sebaliknya.

Pengubahan tegangan oleh trafo tidak mengubah

frekuensi listrik AC tersebut. Misalkan, tegangan listrik

PLN 220 V memiliki frekuensi 50 Hz. Ketika diubah

menjadi tegangan 6 V, frekuensinya tetap 50 Hz.

Perlu diingat bahwa listrik yang dapat diubah

oleh trafo hanyalah listrik AC. Listrik DC tidak dapat

diubah oleh trafo klarena trafo

Gambar 1.6. Trafo yang menjadi komponen utama dalam pesawat radio

bekerja berdasarkan prinsip induksi electromagnet.

Induksi ini akan muncul jika terjadi perubahan garis gaya

yang masuk ke dalam kumparan trafo.

Trafo memiliki dua terminal utama, yaitu terminal

input dan terminal output. Arus listrik yang akan di ibah

tegangannya masuk melalui terminal input , sedangkan

arus listrik hasil pengubahan itu dapat diambil melalui

terminal output. Jika tegangan yang dikeluarkan

tegangan output lebih tinggi dairipada tegangan yang

dimasukkan ke terminal input, trafo jenis ini disebut trafo

step-up (penaik tegangan). Sebaliknya, jika tegangan

yang dikeluarkan tegangan output lebih rendah daripada

tegangan yang dimasukkan ke terminal input, trafo jenis

ini disebut trafo step-down (penurun tegangan).

Agar kamu lebih memahami prinsip kerja trafo,

lakukanlah Kegiatan 5.4.

Berikut ini kita bahas secara singkat prinsip kerja

trafo. Perhatikan gambar

Kegiatan 5.4 Eksperimen


Bab V Induksi ElektromagnetikPrinsip kerja Trafo

Tujuan:

Memahami prinsip kerja trafo.

Alat dan Bahan:

Dua buah trafo kecil (500 ) yang masing-masing berupa trafo step-up dan trafo step- down.

Sebuah pembangkit sinyal.

Sebuah sumber arus listrik DC (misalnya baterai, aki, atau catu daya)

Sebuah osiloskop

Langkah Kerja:

1. Hubungkan output sumber arus listrik DC ke terminal input trafo.

2. Ukur tegangan listrik di terminal output trafo dengan osiloskop. Tanyakan pada gurumu cara

melakukannya. Adakah tegangan yang terukur?

3. Hubungkan output pembangkit sinyal ke terminal input trafo.

4. Ukur tegangan listrik di terminal output trafo dengan osiloskop. Adakah tegangan yang terukur?

5. Ubah tegangan input dengan mengatur amplitude pembangkit sinyal. Tanyakan pada gurumu cara

melakukannya. Apakah tegangan output yang terukur pada osiloskop juga berubah?

6. Ubah frekuensi tegangan input dengan mengatur tombol frekuensi pembangkit sinyal. Tanyakan pada

gurumu cara melakukannya. Apakah frekuensi tegangan output yang terukur pada osiloskop juga

berubah?

7. Lakukan langkah 1 hingga langkah 5 untuk masing-masing jenis trafo.

8. Apakah benar dengan menggunakan trafo step-up tegangan listrik di terminal output lebih tinggi dari pada

di terminal input? Sebaliknya, apakah benar dengan menggunakan trafo step-down tegangan listrik di

terminal output lebih rendah dari pada di terminal input?

Gambar 1.7. trafo memiliki dua kumparan, kumparan primer dan kumparan sekunder

Ketika dialiri arus listrik,

kumparan primer menghasilkan medan listrik.

Sebagian garis-garis gaya megnetnya masuk

kedalam kumparan sekunder.

Jika arus listrik yang mengalir

pada kumparan primer tetap, kuat medan magnet

yang dihasilkannya pun tetap. Dengan demikian,

garis-garis gaya magnet yang memasuki kumparan

skunder juga tetap jumlahnya.

Akibatnya, pada kumpaeran sekunder tidak timbul

ggl induksi.


Bab V Induksi Elektromagnetik Jika arus listrik yang mengalir

pada kumparan primer berubah, kuat medan

magnet yang dihasilkannya pun berubah.

Akibatnya, garis-garis gaya magnet yang

memasuki kumparan sekunder juga berubah

jumlahnya sehingga kumparan sekunder

menghasilkan ggl induksi.

Makin banyak jumlah lilitan

pada kumparan sekunder, makin besar pula ggl

induksi yang dihasilkannya.

Jika kumparan primer dan

sekunder terpisah, yidak semua garis gaya

magnet dihasilkan kumparan primert masuk

kedalam kumparan sekunder. Sebagian garis

gaya magnet ada yangberada di luar kumparan

sekunder.

Untuk memperbanyak garis

gaya magnet yang masuk ke kumparan sekunder,

pada rongga antara kumparan primer dan

kumparan sekunder dipasang bahan magnet,

misalnya inti besi (ferit). Bahan tersebut berperan

sebagai tempat perambatan medan magnet dari

kumparan primer ke kumparan sekunder. Trafo

yang dijual memiliki bentuk inti besi yang

bermacam-macam. Bentuk dan jenis bahan inti ini

menentukan efisiensi daya trafo. Tujuan

pemasangan inti besi yang lain adalah agar

sedapat mungkin trafo tidak mengalami

pemanasan yang akan mengubah energi listrik

menjadi energi kalor.

1. Jenis-Jenis Trafo

Apakah yang menentukan suatu trafo

termasuk jenis step-down atau step-up? Jawabannya

adalah perbandingan jumlah lilitan kumparan

sekunder dan kumparan primer. Untuk memahami hal

tersebut, mari kita tinjau trafo ideal yang memiliki ciri-

ciri sebagai berikut.

Seluruh garis

gaya magnet pada kumparan primer masuk ke

kumparan sekunder.

Tidak ada

energi listrik yang diubah menjadi energi kalor.

Denga kata lain, seluruh daya listrik pada

kumparan primer dipindahkan ke kumparan sekunder.

Pada trafo ideal seperti itu berlaku hubungan:

atau

Dan

Keterangan:V = tegangan primer

V = tegangan sekunder

N = Jumlah lilitan primer

N = Jumlah lilitan sekunder

P = daya listrik primer

P = daya listrik sekunder

Mengingat hubungan antara tegangan, arus, dan

daya listrik yang memenuhi P = V.I, maka diperoleh:

PP = Vp IP

PS = VS IS

Sehingga

Vp IP = VS IS atau

Hasil di atas menjukan bahwa:

Tegangan di kumparan sekunder makin besar

jika perbandingan jumlah lilitan tegangan sekunder

terhadap jumlah lilitan primer makin besar.

o Jika maka

o Jika maka

Trafo ini termasuk jenis step-up.



Gambar 1.8. perbandingan jumlah lilitan kumparan primer dan kumparan sekunder menentukan jenis trafo

Arus listrik di kumparan

sekunder makin kecil jika perbandingan jumlah

lilitan sekunder terhadap lilitan primer makin

besar.

o Jika maka

o Jika maka

Dari rumus-rumus di atas tampak bahwa

untuk menaikkan tegangan sekunder menjadi dua kali

tegangan primer maka perbandingan jumlah lilitan

sekunder terhadap lilitan primer haruslah dua. Tetapi,

hal ini tidak berarti jumlah lilitan kumparan trafo boleh

sembarang. Misalnya, lilitan primer satu dan lilitan

sekunder dua.

Ada faktor lain yang harus diperhitungkan

dalam menentukan jumlah lilitan kumparan. Jika

jumlah lilitan terlalu sedikit, arus listrik yang mengalir

dalam trafo menjadi besar sehingga dapat

menyebabkan trafo terbakar. Sebaliknya, jika jumlah

lilitan terlalu banyak,arus listrik yang mengalir di

dalam trafo mendekati nol sehingga daya listrik trafo

menjadi sangat rendah.

2. Efisiensi Trafo

Persaman-persamaan tentang trafo di atas idak

berlaku untuk trafo-trafo yang di jual ditoko-toko

komponen elektronika. Kedua persamaan itu hanya

berlaku untuk trafo yang dianggap ideal. Pada kenyataan

di dunia ini tidak ada trafo yang ideal, melainkan hanya

trafo yang mendekati ideal.

Pengubahan energi listrik menjadi energi kalor

merupakan masalah besar yang di hadapi pembuat dan

pengguna trafo. Pengubahan energi tersebut

menyebabkan daya listrik di terminal output selau lebih

kecil daripada di terminal input.

Perbandingan daya listrik di terminal output

terhadap daya listrik di terminal input mencerminkan

kualitas trafo. Jika perbandingan tersebut makin

mendekati suatu ( daya listrik terminal output mendekati

daya listrik terminal input), kualitas trafo tersebut

semakin baik. Sebaliknya, jika perbandingan tersebut

makin menjauhi satu (daya listrik terminal output jauh

lebih kecil daripada daya listrik terminal input), kualitas

trafo tersebut makin buruk. Pada trafo

Contoh 5.2

Sebuah trafo memiliki kumparan primer dengan

2.000 lilitan dan kumparan sekunder denhan 500

lilitan. Terminal input dihubungkan ke tegangan

listrik 220 V. Arus listrik pada kumparan primer

sebesar 0,25 A dan trafo dianggap ideal. Tentukan:

a. Te

gangan listrik di terminal output.

b. Da

ya listtik yang dihasilkan kumparan sekunder.

c. Ku

at arus listrik di kumparan sekunder.

Jawab:

Diketahui: NP=2.000 lilitan

NS=500 lilitan

VP=220 V

Ip=0,25 A


Bab V Induksi Elektromagnetika. Tegangan listrik

sekunder.

V

b. Daya listrik di kumparan

primer

W

Karena trafo dianggap ideal, daya listrik pada

kumparan sekunder sama dengan daya listrik

pada kumparan primer, yaitu 55 W.

c. Kuat asrus listrik di

kumparan sekunder

A

Nilai itu juga bisa dipeoleh dari

A

yang demikian banyak energi listrik yang di ubah

menjadi energi kalor sehingga pada saat digunakan

trafo biasanya sangat panas.

Kita mendefinisikan efisiensi trafo yang

mencerminkan kualitas trao sebagai berikut:

Keterangan:PS= daya sekunderPP = daya primer

Kalor dalam trafo muncul karena adanya arus

pasaran pada inti besi. Arus ini timbul karena adanya

medan magnet yang berubah-ubah dalam inti besi

yang memutar muatan bebas (elektron) di dalamnya.

Dalam usaha untuk menekan besarnya arus pasaran,

banyak inti besi trafo yang dibuat dari baja berlapis

yang tiap lapisannya diselingi bahan isolator. Dengan

adanya lapisan-lapisan ini, ruang gerak arus pasaran

menjadi sangat kecil sehingga arus pasaran yang

muncul pun secara keseluruhan akan lebih kecil. Dengan

demikian, energi listrik yang berubah menjadi kalor akan

makin kecil.

3. kegunaan Trafo

Di rumahmu tentu ada radio, televisi, atau

peralatan elektronika lainnya, bukan? Di dalam peralatan

tersebut terdapat berbagai komponen elektronika.

Komponen-komponen itu akan dilewati arus listrik dan

menanggung tegangan listrik pada kaki-kainya.

Kebanyakan komponen dalam peralatan elektronika

yang kita miliki hanya sanggup menanggung tegangan

listrik kurang dari 25 V. bahkan, sebagian komponen lain

hanya sanggup menanggung tegangan listrik kurang dari

10 V. Jika dihubungkan ke sumber tegangan yang

melebihi kemampuannya, komponen tersebut akan rusak

(terbakar).

Kebanyakan peralatan elektronika yang kita

miliki dijalankan dengan menggunakan tegangan listrik

dari PLN. Tegangan listrik di Indonesia memiliki nilai

sebesar 220 V. Nilai tegangan tersebut jauh di atas

kemampuan maksimal yang dapat ditanggung oleh

komponen-komponen dalam peralatan elektronika kita.

Tetapi, mengapa peralatan elektronika tersebut tetap

bisa bekerja dan komponen-komponen di dalamnya tidak

terbakar? Ternyata, di dalam peralatan tersebut terdapat

trafo step-down.

Listrik dari PLN masuk ke dalam peralatan

tersebut melaui trafo step-down. Tegangan output trafo

menjadi lebih kecil. Dari terminal output trafo inilah arus

listrik kemudian dialirkan ke komponen-komponen di

dalam peralatan elektronika. Perbandingan jumlah lilitan

sekunder terhadap lilitan primer trafo telah diatur

sedemikian rupa sehingga tegangan output sesuai

dengan nilai yang dibutuhkan komponen-komponen itu.



Gambar 1.9. skema transmisi listrik dari pusat pembangkit listrik hingga ke pemukiman

Mari kita tinjau kejadian lain. Sebelum dikirim

dalam bentuk tegangan tinggi, tegangan listrik yang

dihasilkan generator pembangkit tenaga listrik perlu

dinaikkan dengan menggunakan trafo step-up.

Tegangan listrik yang dikirim dari satasiun

pembangkit tenaga listrik biasanya sangat tinggi

(puluhan ribu volt). Pengiriman listrik dalam bentukj

tegangan tinggi dimaksudkan untuk

menekanperubahan jumlah energi listrik yang berubah

menjadi energi kalor selama proses pengiriman.

Perubahan itu menurunkan efisiensi. Ketika mulai masuk

jaringan distribusi penduduk, listrik bertegangan tingi

tersebut harus diturunkan menjadi 220 V. dengan

menggunakan trafo step-down.

Penggunaan trafo yang lain adalah untuk

adaptor. Adaptor yang biasa kamu jumpai adalah alat

pengubah listrik Ac yang bernilai tinggi (misalnya 110 V

atau 220 V) menjadi listrik DC yang bernilai rendah

(misalnya 1.5 V, 3 V, 4,5 V, dan 6 V). Bagaimana hal

tersebut dapat terjadi?

Di dalam adaptor terdapat dua bagian utama,

yaitu trafo step-down dan rangkaian penyearah. Trafo

step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik

AC yang lebih rendah. Sedangkan, rangkaian penyearah

berfungsi untuk mengubah tegangan listrik AC yang

dihasilkan trafo menjadi tegangan listrik DC.

Daftar Rumus

o Trafo ideal:

atau

o Efisiensi trafo:

UJI PEMAHAMANA. Pilihan Ganda

1. Suatu kumparan akan menghasilkan

ggl induksi jika . . . .

a. Di dalam kumparan terdapat medan

magnet, meskipun kecil.


Bab V Induksi Elektromagnetikb. Di dalam kumparan terdapat medan

magnet yang cukup besar.

c. Di dalam kumparan terjadi perubahan

jumlah garis gaya magnet.

d. Medan magnet di dalam kumparan

berubah,tetapi jumlah garis gaya magnet

tetap.

2. Peristiwa berikut

menimbulkan arus listrik pada kumparan

dengan arah yang berbeda, kecuali….

a. Mendorong magnet batang mendekati

kumparan dan menarik magnet batang

menjauhi kumparan.

b. Mendorong kumparan mendekati dan

menjauhi magnet.

c. Memperkecil dan memperbesar

penampang kumparan

d. Menggerakkan kumparan dan magnet

secara bersama-sama ke kanan dan ke

kiri

3. Di terminal output

trafo akan terdeteksi tegangan jika . . . .

a. Pada

terminal input hanya diberikan arus listrik

bolak-balik

b. Pada


searah

c. Pada


yang berubah-ubah nilainya

d. Pada

terminal input hanya diberikan arus riak.

4. Faktor berikut dapat

memperbesar ggl induksi yang dihasilkan

generator atau dynamo, kecuali . . . .

a. Mempercepa

t putaran

b. Mengubah

kumparan dengan lilitan kawat yang lebih

banyak

c. Menggunaka

n magnet yang lebih kuat

d. Menggunaka

n kawat lilitan yang berukuran

penampang lebih besar

5. Berikut ini adalh ciri-

ciri trafo step-up, kecuali . . .

a. Perbandinga

n jumlah lilitan kawat primer terhadap

jumlah lilitan kawat sekunder <1

b. Perbandinga

n tegangan primer terhadap tegangan

kawat sekunder <1

c. Perbandinga

n arus listrik primer terhadap arus listrik

sekunder >1

d. Efisiensi

trafo >1

6. Kalor yang

dihasilkan trafo dapat dikurangi dengan

menggunakan . . . .

a. Inti trafo dari

lapisan logam terisolasi

b. Inti trafo dari

bahan isolator

c. Inti trafo dari

logam padat

d. Sedikit

kumparan

7. Arus induktansi

terjadi apabila. . . .

a. Magnet

diletakkan dalam kumparan


Bab V Induksi Elektromagnetikb. Magnet

digerakkan mendeteksi dan menjadi

kumparan

c. Kumparan

diletakkan berdampingan dengan magnet

d. Kumparan

diletakkan dalam medan magnet

10. Arus listrik yang digunakan untuk

memperoleh tegangan tinggi dengan daya

yang kecil disebut . . . .

a. Transformator c. adaptor

b. Stabilizer voltmeter d.

inductor

11. Diagram di samping

menunjukan galvanometer yang jarumnya

mengarah ke nol. Sebuah magnet kuat

dilaui ke dalam kumparan ABC yang

terhubung dengan galvanometer ersebut.

Simpangan jarum galvanometer yang

benar saat magnet melalui A, B, dan C

adalah . . . .

A B C

a.

b.

c.

d.

kiri

kiri

kiri

kiri

kiri

kanan

kanan

kiri

kiri

kanan

kiri

kiri

12. Inti logam pada trafo

terbuat dari . . . .

a. Baja, karena sulit untuk

dimagnetisasi

b. Besi, karena mudah dimagnetisasi

c. Besi, karena konduktor yang baik

d. Tembaga, karena mudah

dimagnetisasi

13. Sebuah trafo memiliki

200 lilitan pada kumparan sekunder dan 500

lilitan pada kumparan primer. Tegangan yang

bekerja pada kumparan sekunder jika

tegangan primernya 240 volt adalah . . .

a. 60 V c. 900 V

b. 500 V d. 2.000 V

14. Inti trafo terbuat dari

besi karena . . . .

a. Besi memiliki titik didih tinggi

b. Besi merupakan penghantar listrik

c. Besi merupakan penghantar panas

d. Besi merupakan bahan magnetik

15. Terminal trafo yang

harus dihubungkan dengan 12 V, 24 W agar

lampu dapat menyala normal adalah . . .

a. RT c. SV

b. RV d. TV



B. Esai

1. Sebuah kumparan dihubungkan ke ammeter. Saat kutub utara magnet didorong ke

kumparan, jarum ammeter menyimpang ke kanan. Bergerak ke manakah (jika bergerak) jarum

ammeter, jika:

a. Kutub utara magnet ditarik?

b. Kutub selatan magnet didorong?

c. Magnet dibiarkan diam di dalam kumparan?

d. Sebutkan tiga cara untuk menyimpangkan jarum ammeter lebih jauh lagi.

2. Perhatikan gambar di samping.

Sebuah magnet digerakkan menuju kumparan.

a. Pada saat timbul arus listrik induksi pada kumparan, kutub magnet apakah yang terbentuk

di ujung kiri kumparan?

b. Pada arah manakah arus listrik (konvensional) mengalir melui galvanometer, pada arah

AB ataukah BA?

3. Efisiensi termal sebuah trafo adalah 75 %. Daya dan arus listrik pada terminal output trafo

adalah 25 W dan 1 A. Jika trafo dihubungkan ke tegangan listrik PLN 220 V, hitung:

a. Daya listrik di terminal sekunder.

b. Kalor yang dihasilkan selama satu jam penggunaan trafo.

c. Arus listrik yang mengalir pada kumparan primer

d. Perbandingan jumlah liitan kawat di kumparan primer dan kumparan sekunder.

e. Tegangan listrik di terminal output.

4. Sebuah trafo ideal memiliki NP=500, NS=100, VP=100 V, dan IP=0,5 A. Tentukan:

a. Tegangan listrik di terminal sekunder.

b. Daya listrik di kumparan primer dan kumparan sekunder.

c. Arus listrik di kumparan sekunder.

d. Daya listrik yang di ubah menjadi kalor.

e. Jenis trafo tersebut.

5. Gambar di samping adalah sekema sederhana sebuah trafo yang digunakan untuk

menurunkan tegangan listrik bolak-balik.

a. Jelaskan bagaimana cara kerja trafo tersebut sehubungan dengan medan magnet di sekitarnya.

b. Tegangan input trafo adalah 11.000 V, sedangkan tegangan outputnya adalah 415 V. Daya input

trafo adalah 800 kW.

i. Berapah kuat arus listrik di lilitan sekunder? Asumsi apakah yang kamu gunakan pada trafo

ini?

ii. Tegangan input trafo digunakan tegangan sebesar mungkin. Mengapa demikian?

6. Data pada tabel berikut diperoleh dari kawat berbahan tembaga, aluminium, dan baja.



BahanHambatan

(ohm)Gaya untuk

memutuskan kawat (N)Massa jenis ( ) Harga (/m)

Tembaga

Aluminium

Baja

2,2

3,2

127

320

160

1.600

8.900

2.700

9.000

Rp 550,00

Rp 150,00

Rp 25,00

Panjang setiap jenis kawat adalh 100 m dengan diameter 2 mm. Gunakan data yang diberikan untuk

menjelaskan mengapa kabel pada stasiun pembangkit tenaga listrik menggunakan aluminium

berintikan baja.

7. Sebuah lampu 6 V, 24 W menyala sangat terang ketika dihubungkan ke output trafo

berikut. Misalkan, trafo ini ideal. Hitung:

a. Jumlah lilitan sekunder agar lampu dapat menyala dengan normal.

b. Kuat arus listrik yang mengalir pada kabel input

c. Mengapa jumlah lilitan sekunder pada trafo harus diubah agar:

i. Dua buah lampu 6 V yang dirangkai seri dapat menyala normal.

ii. Dua buah lampu 6 V yang dirangkai paralel dapat menyala normal.

8. Gambarkan diagram sebuah trafo yang dapat digunakan untuk mengubah tegangan AC

240 V menjadi 15 V. Jelaskan apa yang terjadi jika tegangan DC 240 V dihubungkan dengan trafo

kepada tegangan AC.


induksi elektromagnetik

Documents