pertemuan 6 induksi elektromagnetik
TRANSCRIPT
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