SIMULASI ARUS INDUKSI DARI KUMPARAN BUNDAR

DI ATAS LEMPENG

Nur Febriana1, Dr. Yosaphat Sumardi

2

1. Mahasiswa Program Studi Pendidikan Fisika FMIPA UNY 2. Dosen Program Studi Pendidikan Fisika FMIPA UNY

(riana_wet@yahoo.com)

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mensimulasikan arus induksi dari kumparan bundar di atas

lempeng menggunakan bahasa pemrograman Comsol. Hal ini dilakukan untuk mempermudah

memahami pola arus induksi, pengaruh jarak kumparan, pengaruh jari-jari kumparan terhadap

besar dan arah arus induksi. Simulasi ini menggunakan metode Quasi Static Magnetic untuk

menggambarkan pola arus induksi dan rapat fluks medan magnet dari kumparan bundar di atas

lempeng. Hasil program simulasi ini menggunakan Comsol Multiphysics 3.5a. Variabel bebas

dalam program simulasi ini adalah jari-jari kumparan dan jarak kumparan. Variabel terikatnya

adalah rapat fluks magnetik. Variabel terkontrolnya adalah arus induksi. Hasil penelitian

disajikan dalam bentuk gambar. Arus induksi yang terdapat pada lempeng mengitari kumparan

sehingga akan menghasilkan garis-garis gaya magnet yang memiliki pola lengkung yang

mengelilingi kumparan dan mengikuti pola kuat medan magnet. Jika jari-jari dan jarak kedua

kumparan diperbesar maka garis-garis gaya magnet yang dihasilkan semakin renggang dan kuat

medan magnet yang dihasilkan semakin kecil sehingga arus induksi yang dihasilkan semakin

besar. Jika jarak kedua kumparan diperkecil garis-garis gaya magnet semakin rapat dan kuat

medan magnet yang dihasilkan akan semakin besar sehingga arus induksi yang dihasilkan

semakin kecil.

Kata kunci : Arus induksi, medan magnet, jari-jari kumparan, jarak kumparan

ABSTRACT

This research aims to simulate the induction current of the coils over the plate by using

COMSOL programming. This was done to facilitate the understanding of pattern of induced

currents, the influence of coil spacing, the influence of the radius of coil to the magnitude and

direction of the induction current. This simulation used Quasi Static Magnetic method induction

current dan flux density pattern of a circular coil over the plate. The results of the simulation are

presented using COMSOL Multiphysics 3.5a. The independent variable in this simulation

program was the radius of the coil and the coil spacing. The dependent variable is the flux

density. The control variable was the induction current. The results are presented in the form of

images. Induction currents on the plates went around the coil so that it would produce the lines of

magnetic force that has curved pattern, surrounded the coil and follow the pattern of magnetic

field strength. If the radius of two coils is incrased, then the magnetic field generated smaller

that the resulting induction current increases. If the coil spacing was incrased, then the magnetic

field generated will be greater so that the induction current was small.

Keywords: Induced current, magnetic field, the radius of the coil, the coil spacing

PENDAHULUAN

Ilmu pengetahuan dan teknologi dalam

pengukuran suatu besaran kini berkembang

dengan pesat. Salah satunya dalam bidang

fisika untuk menentukan arus induksi yang

dapat diperoleh dengan eksperimen dan

perhitungan secara matematis.

Arus induksi dapat terbentuk dari media

konduktor. Konduktor merupakan bahan

yang dapat digunakan untuk menghantarkan

energi yang memiliki konduktilitas panas

yang tinggi, konduktilitas yang terdapat

didalam konduktor bahan yang berfungsi

untuk mengalirkan arus listrik. (Sutrisno dan

Tan Ik Gie, 1979: 79).

Menurut Michael Faraday, arus induksi

dalam suatu penghantar dapat terjadi karena

adanya aliran elektron didalam penghantar.

Arus induksi yang dihasilkan adanya

perubahan medan magnet. Medan

merupakan suatu gaya yang akan dialami

oleh satu-satuan muatan sebagai besaran

vektor yang memiliki arah dan nilai. Medan

magnet akan membentuk garis-garis gaya

yang akan mengelilingi kumparan. Garis-

garis gaya dapat ditimbulkan oleh benda

yang bersifat magnetik. Perubahan garis-

garis gaya dapat terjadi apabila magnet

bergerak mendekati mendekati atau

menjauhi kumparan. Perubahan garis-garis

gaya dapat menimbulkan beda potensial

yang terdapat pada ujung kumparan

sehingga arus akan mengalir dan

menghasilkan kutub-kutub magnet yang

terdapat pada kumparan. (Sutrisno dan Tan

Ik Gie, 1979: 79).

Simulasi arus induksi dari kumparan

bundar di atas lempeng dilakukan untuk

mendapatkan informasi dan pemahaman

tentang pola arus induksi secara kuantitatif.

Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan

pola arus induksi, baik dari segi posisi

maupun pengaruh variabel-variabel yang

terkait dengan menggunakan Femlab. Hasil

simulasi pola arus ini nantinya akan

ditampilkan dalam gambar dua dimensi.

KAJIAN PUSTAKA

Hubungan antara medan magnet dan

medan listrik diungkapkan oleh Maxwell

dalam bentuk differensial (Balanis, 1989:2)

adalah sebagai berikut:

B

= 0 (1.a)

D

= (1.b)

B

Jo

(1.c)

E

= B

t (1.d)

H

= J

(1.e)

dengan

B

= J

(2)

D

= E

(3)

J

= eJB

(4)

AB

(5)

Arus induksi magnetik dari kumparan

bundar diperoleh dengan men-crulkan kedua

ruas pada persamaan (5) diperoleh:

B

= A

(6)

Dengan

MHB

0 (7)

Persamaan (7) disubsitusi ke dalam

persamaan (6) diperoleh:

AMH

0 (8)

Jika persamaan (1.e) dan persamaan (4)

disubsitusi ke dalam persamaan (8) maka

akan diperoleh :

AMAJ ez

10 (9)

Pada bidang dua dimensi diasumsikan

tidak ada yang mengalirkan arus induksi ke

sumbu z dengan syarat luasan pada sumbu z

sangat kecil sehingga menggunakan

persamaan LV / maka akan diperoleh:

kL

VJBJ e

(10)

Persamaan (10) disubsitusi ke

persamaan (9) maka akan diperoleh

persamaan arus induksi magnetik pada

bidang dua dimensi

kL

VJA

M

MA ezz

x

y

z.. 10

(11)

Arus induksi magnetik pada koordinat

silinder dengan sumbu axialsymetri

sehingga persamaan potensial magnetik

diperoleh:

x

y

z

x

y

z

x

y

z

M

MA

zrM

MA

rM

MA

rA

1

0

1

0

1

0

111.

(13)

Dengan potensial magnetik r

Vloop

2 (14)

uv

z

u

r

u

vrM

Mu

z

u

r

u

r

z

rA r

r

z

T

2.0

2. 10

1

0

(15)

METODE PENELITIAN

Penelitian simulasi arus induksi dari

kumparan bundar di atas lempeng

menggunakan program Matlab dan

COMSOL Multiphysics 3.5a yang diberi

nama Induction Current Azimuth. Program

Matlab dan COMSOL Multiphysics 3.5a

merupakan program untuk menyelesaikan

sebuah permasalahan dan menvisualisasikan

dengan berbagai pemodelan simulasi 2D

dalam fisika.

HASIL PENELITIAN

Penelitian ini terdapat tiga variabel yaitu

variabel bebas, variabel terkontrol dan

variabel terikat. Variabel bebas adalah jari-

jari kumparan dan jarak kumparan. Variabel

terkontrol adalah arus induksi, sedangkan

variabel terikat adalah rapat fluk magnetik

dan kuat medan magnet.

PEMBAHASAN

Arus induksi dari kumparan bundar

diatas lempeng dengan berbentuk lingkaran

dapat ditentukan dengan menvariasi jarak

kumparan, jari-jari kumparan. Program yang

dihasilkan berupa gambar 2D untuk arah

anak panah yang berwarna putih

menunjukkan rapat fluks medan magnet.

Arus induksi yang dihasilkan antara dua

kumparan mengakibatkan perubahan medan

magnet, medan magnet yang terjadi akan

membentuk garis-garis gaya yang akan

mengelilingi kumparan. Garis-garis gaya

dipengaruhi oleh jarak kumparan dan jari-

jari kumparan. Perubahan jumlah garis-garis

gaya dapat terjadi apabila magnet bergerak

mendekati kumparan. Partikel yang bergerak

dalam medan magnet akan mengalami

pembelokan. Garis-garis gaya dipengaruhi

oleh jarak kumparan dan jari-jari kumparan.

Jika jarak dan jari-jari kumparan diperkecil

maka garis-garis gaya yang dihasilkan akan

semakin rapat. Jika jarak dan jari-jari

kumparan diperbesar maka garis-garis gaya

yang dihasilkan akan semakin renggang.

Garis yang berwarna hitam

menunjukkan kuat medan medan magnet.

Kuat medan magnet yang terjadi

dikarenakan adanya arus induksi yang

mengelilingi kumparan. Kuat medan magnet

yang terdapat pada pola arus induksi

kumparan bundar di atas lempeng

mempunyai nilai yang berbeda-beda. kuat

medan magnet yang dihasilkan akan

diperngaruhui oleh jarak kumparan dan jari-

jari kumparan. Jika jarak dan jari-jari

kumparan diperkecil maka kuat medan

magnet yang dihasilkan semakin besar. Jika

jarak dan jari kumparan diperbesar maka

kuat medan magnet yang dihasilkan semakin

kecil.

Arus induksi yang terdapat pada

permukaan lempeng dan kumparan

menunjukkan nilai arus yang dihasilkan

mempunyai nilai yang berbeda-beda. Arus

induksi yang dihasilkan pada permukaan

lempeng dan kumparan dalam gambar

ditunjukkan dengan spektrum warna dari

warna biru tua sampai warna merah. Nilai

rentang arus induksi berwarna biru memiliki

nilai rentang lebih kecil dibandingkan

dengan berwarna merah memiliki nilai

rentang lebih besar. Nilai rentang arus

induksi yang dihasilkan pada permukaan

lempeng dan kumparan diperngaruhui oleh

jarak kumparan dan jari-jari kumparan.

Nilai arus induksi yang terdapat pada

permukaan lempeng dan kumparan untuk

jarak 006,0 meter dan jari-jari 0025,0

meter, nilai yang dihasilkan antara

982,4838 A/m sampai 3000 A/m. Nilai

rentang yang dihasilkan warna biru antara

982,4838 A/m sampai 3800 A/m, nilai

nilai rentang yang dihasilkan warna biru

muda antara 3800 A/m sampai 2900

A/m, nilai rentang yang dihasilkan warna

hijau antara 2900 A/m sampai 2400

A/m, nilai rentang yang dihasilkan warna

kuning antara 1900 A/m sampai 1400

A/m, nilai rentang yang dihasilkan warna

orange antara 2400 A/m sampai 1000

A/m.

KESIMPULAN

Hasil penelitian menghasilkan Pola arus

induksi dari kumparan bundar di atas

lempeng berupa gambar 2D. Arus induksi

yang terdapat pada lempeng akan mengitari

kumparan sehingga akan menghasilkan

perubahan garis-garis gaya yang memiliki

pola lengkung yang akan mengelilingi

kumparan dan mengikuti pola kuat medan

magnet.

Jika jarak kedua kumparan diperbesar

maka garis-garis gaya yang dihasilkan

semakin renggang dan kuat medan magnet

yang dihasilkan semakin kecil sehingga arus

induksi yang dihasilkan semakin besar. Jika

jarak kedua kumparan diperkecil maka

garis-garis gaya semakin rapat dan kuat

medan magnet yang dihasilkan akan

semakin besar sehingga arus induksi yang

dihasilkan semakin kecil.

Jika jari-jari kedua kumparan diperbesar

maka garis-garis gaya yang dihasilkan

semakin renggang dan kuat medan magnet

yang dihasilkan semakin kecil sehingga arus

induksi yang dihasilkan semakin kecil. Jika

jarak kedua kumparan diperkecil maka

garis-garis gaya semakin rapat dan kuat

medan magnet yang dihasilkan akan

semakin besar sehingga arus induksi yang

dihasilkan semakin besar.

DAFTAR PUSTAKA

Balanis, Constantine A. (1989). Advanced

Engineering Electromagnetics.

Canada: John Wiley and Sons, Inc.

Femlab, Comsol. (1994). Module

Electromagnetic. Comsol A.B: Math

Work, Inc.

Halliday, David dan Resnick, Robert.

(2005). Fundamental of Physics. New

York: John Willey & Sons.

Ishak. (2007). Elektrostatika dan

Magnetisme. Jakarta: Limas.

Naryoko, (2006). Sains Fisika. Jakarta:

Limas.

Nayfeh Munir H. dan Morton K. Brussel.

(1985). Electricity and Magnetism.

New York: John Wiley & Sons.

Sutrisno dan Tan Ik Gie. (1979). Fisika

Dasar. Bandung: ITB.

Suyoso. (2003). Listrik Magnet.Yogyakarta:

MIPA UNY.

Tipler, Bambang Soegijono (2001). Fisika

Untuk Sains Dan Teknik. Jakarta:

Erlangga.

Young, Hugh D dan Freedman, Roger A.

2003. Fisika Universitas Edisi

kesepuluh. (alih bahasa : Endang

Juliastuti ). Jakarta: Erlangga

Reviewer,

Suharyanto, M.Pd

Nip: 195111261976031001

Yogyakarta, 21 Januari 2013

Mengetahui

Pembimbing

Dr Yosaphat Sumardi

Nip: 195105161976031001