Makalah_gaya Gerak Listrik Induksi

FISIKA DASAR GAYA GERAK LISTRIK INDUKSI

1IA21

ARIS DIRGANTORO

TEKNIK INFORMATIKA UNIVERSITAS GUNADARMA

2013

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT. Atas rahmat-Nyalah Penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya. Tak lupa Penulis jugamenghaturkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telahmendukung dan membantu Penulis dalam menyelesaikan makalah ini.

Dalam makalah yang berjudul Medan Magnet yang ditimbulkan arus gaya gerak listrik induksi ini, akan dibahas mengenai pengertian Arus listrik, Namun demikian, Penulis merasa masih banyak sekali kekurangan dalam penyusunan makalah ini, sesuai dengan pepatah yang mengatakan bahwa tak ada gading yangtak retak. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang membangun dari yang lebih berkompeten di bidang fisika dan kimia, penulis terima dengan penuh rasa terima kasih.

Akhir kata, Penulis berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca,khususnya bagi yang akan mempelajari fisika dan kimia dasar.

April 2013 i

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................................................ i DAFTAR ISI ...................................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang Masalah ....................................................................................... 1 1.2. Tujuan Penulisan .................................................................................................. 1 1.3. Rumusan Masalah ................................................................................................ 1 BAB II PEMBAHASAN ................................................................................................... 2 2.1. Arus listrik menimbukan medan magnet ............................................................. 2 2.2. GGL Induksi................. ....................................................................................... 4 BAB III PENUTUP ........................................................................................................... 9 5.1. Kesimpulan ........................................................................................................... 9 5.2. Saran ..................................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 10

ii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Listrikdalam era industri merupakan keperluanyang sangat vital. Dengan adanya transformator, keperluan listrik pada tegangan yang sesuai dapat terpenuhi. Dahulu untuk membawa listrik diperlukan kuda. Kuda (pada gambar) sedang membawa pembangkit listrik untuk penerangan lapangan ski.

1.2 Tujuan Penulisan -Agar Mahasiswa dapat menentukan medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir pada macam-macam penghantar -Agar Mahasiswa dapat memahami GGL induksi karena gesekan maupun berdasarkan HK. Faraday. -Agar Mahasiswa dapat memahami Hk. Faraday dan Hk. Lenz dan dapat menerapkan dalam perhitungan. 1.3 Rumusan Masalah -Mengetahui macam-macam penghantar yang menimbulkan medan magnet -Menjelaskan Hukum ampere. -Menjelaskan GGL induksi karena gerakan. -Menjelaskan Hukum faraday dan Lenz.

1

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Arus Listrik Menimbulkan Medan Magnet Medan magnet adalah ruang disekitar magnet dimana tempat benda-benda tertentu mengalami gaya magnet. Hans Christian Oersted (1777-1851 orang Denmark) merupakan orang pertama yang menemukan adanya medan magnet disekitar arus listrik. Gambar di samping tampak jarum kompas diletakkan di bawah kawat penghantar. Saat saklar terbuka, pada kawat tidak ada arus listrik yang mengalir dan jarum kompas pada posisi sejajar dengan kawat. Apabila saklar ditutup sehingga arus mengalir pada kawat penghantar, maka jarum kompas menyimpang. Simpangan jarum kompas tergantung arah arus pada kawat dan letaknya.. Dari percobaan yang pernah dilakukan, Oersted menyimpulkan bahwa "disekitar penghantar berarus listrik timbul medan magnet".

Bentuk Medan Magnet Disekitar Penghantar Berarus

1. Penghantar Lurus

Untuk mengamati bentuk medan magnet di sekitar penghantar lurus, lewatkan penghantar itu pada sehelai karton yang disekitarnya ditaburi serbuk besi. Apabila kertas diketuk, ternyata serbuk besi akan membentuk pola lingkaran sepusat dengan penghantar itu sebagai pusatnya. Hal ini menunjukkan bahwa medan magnet disekitar penghantar lurus berarus listrik berbentuk lingkaran sepusat dengan penghantar itu sebagai pusatnya.

2

Arah medan magnet di sekitar penghantar berarus listrik dapat dilihat pada gambar di samping.

Cara untuk menentukan arah medan magnet disekitar penghantar berarus digunakan :

1. Kaidah tangan kanan, dengan ketentuan : - ) arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik. - ) arah lipatan jari yang lain menunjukkan arah medan magnet 2. Kaidah sekrup putar kanan, dengan ketentuan : - ) arah putaran sekrup menunjukkan arah medan magnet. - ) arah maju/mundurnya sekrup menunjukkan arah arus listrik

2. Penghantar Berbentuk Lingkaran Apabila kawat dilengkungkan seperti gambar di samping pola medan magnetnya dapat dilihat pada gambar. Kaidah tangan juga berlaku pada kawat melengkung.

3. Kumparan (Solenoida) Bila suatu kumparan diberi arus listrik, setiap bagian kumparan ini menimbulkan medan magnet disekitarnya. Medan magnet yang timbul merupakan gabungan medan magnet dari tiap bagian itu. Garis-garis medan magnet didalam selenoida (kumparan) saling sejajar satu dengan lainnya, yang dinamakan medan magnet homogen. Untuk menentukan arah medan magnet dalam selenoida digunakan aturan tangan kanan seperti pada penghantar melingkar

3

2.2 GAYA GERAK LISTRIK INDUKSI

Oersted telah melakukan percobaan untuk menghasilkan medan magnetik dari arus listrik. Beberapa ilmuwan sesudah Oersted melakukan percobaan untuk proses kebalikan, yaitu menghasilkan arus listrik dari medan magnetik. Percobaan yang dilakukan oleh Micheal Faraday di Inggris pada tahun1831 dan secara terpisah oleh Joseph Henry di Amerika serikat pada tahun yang sama, menunjukkan bahwa arus listrik dapat dihasilkan oleh suatu perubahan medan magnetik.

Gejala timbulnya arus listrik pada suatu penghantar karena pengaruh medan magnetik yang berubah disebut induksi elektromagnetik. Gaya gerak listrik yang timbul di ujung ujung penghantar karena perubahan medan magnetik disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi). Arus listrik yang dihasilkan oleh ggl induksi disebut arus induksi.

Untuk membahas tentang gaya gerak listrik induksi, yaitu gaya gerak listrik yang timbul pada ujung ujung suatu pengahantar akibat induksi elektromagnetik, terlebih dahulu kita perlu memahami tentang fluks magnetik, hukum Faraday,dan hukum Lenz.

1. Fluks magnetik

Medan magnetik dapat digambarkan sebagai garis garis khayal yang disebut garis medan atau garis gaya, dimana semakin rapat garis garis medan menunjukkan medan magnetik yang semakin kuat. Medan magnetik atau ukuran kerapatan garis garis medan dinyatakan dengan induksi magnetik B.

Fluks magnetik didefinisikan sebagai banyaknya garis garis medan magnetik B yang menembus permukaan bidang seluas A secara tegak lurus. Maka di dapat rumus : Dengan = fluks magnetik (Wb = weber)

B = induksi magnetik (T atau Wb/m2)

A = luas permukaan bidang (m2)

= sudut antara B dengan normal bidang (radian atau derajat)

4

2.Hukum Faraday Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa: 1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi. 2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut. Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik. 3.Hukum Ampere-Biot-Savart 3 orang ilmuwan jenius dari perancis, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean Baptista Biot (1774-1862) dan Victor Savart (1803-1862) menyatakan bahwa: Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar yang berada diantara medan magnetik 5

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik. 4.Hukum Lenz Pada tahun 1835 seorang ilmuwan jenius yang dilahirkan di Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) Sebagai contoh, jika suatu penghantar diberikan gaya untuk berputar dan memotong garis-garis gaya magnetik, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi (hukum faraday). Kemudian jika pada ujung-ujung penghantar tersebut saling dihubungkan maka akan mengalir arus induksi, dan arus induksi ini akan menghasilkan gaya pada penghantar tersebut (hukum ampere-biot-savart). Yang akan diungkapkan oleh Lenz adalah gaya yang dihasilkan tersebut berlawanan arah dengan arah gerakan penghantar tersebut, sehingga akan saling meniadakan. Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.

6

Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.

Hukum lenz memberikan ketentuan tentang arah induksi yang mengalir dalam suatu rangkaian tertuutup yang dihubungkan dengan ggl induksi selama perubahan fluks terjadi. Bunyi hukum Lenz adalah sebagai berikut.

arah arus induksi akibat ggl induksi pada suatu rangkaian adalah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan agar fluks magnetik adalah konstan.

5.GGL induksi akibat berbagai faktor perubahan fluks

Fluks magnetik memenuhi hubungan sehingga perubahan fluks magnetik atau dapat disebabkan oleh tiga faktor, yaitu:

a. Perubahan luas bidang kumparan A,

b. Perubahan besar induksi magnetik B,

c. Perubahan sudut antara B dan arah normal bidang N.

GGl induksi akibat perubahan luas bidang kumparan

Untuk menentukan ggl induksi akibat perubahan luas bidang kumparan, perhatikan perpindahan kawat PQ yang panjangnya l.

Kawat PQ digerakkan ke kanan dengan kecpatan v sehingga terjadi perubahan

7

luas persatuan waktu sebesar:

Apabila nilai = AB dan disubtitusikan kepersamaan (3) untuk jumlah lilitan kumparan N = 1, maka diperoleh:

Persamaan (4) hanya berlaku untuk arah B dan arah v saling tegak lurus. Apabila arah B dan arah v membentuk sudut , maka diperoleh:

Arah arus induksi pada gambar dapat ditentukan berdasarkan hokum Lenz sebagai berikut.

Perubahan magnetik terjadi akibat gerak penghantar PQ ke kanan, maka akan timbul gaya Lorentz F ke kiri untuk melawan arah gerak penghantar.

Berdasarkan kaidah tangan kanan untuk B masuk bidang kertas dan F ke kiri, maka arah induksi I pada kawat PQ adalah dari P ke Q.

GGl Induksi akibat perubahan induksi magnetik

Ggl induksi yang timbul akibat perubahan besar induksi magnetik merupakan prinsip kerja transformator. Untuk induksi magnetik B yang berubah terhadap waktu t pada luas bidang kumparan A yang konstan, maka persamaan (3) dapat ditulis menjadi:

Untuk solenoid dengan induksi magnetik , maka diperoleh

GGl Induksi Akibat perubahan sudut antara B dan Normal bidang kumparan

GGL induksi yang timbul akibat perubahan sudut antara medan magnetik B dan normal bidang kumparan merupakan prinsip dasar pembuatan generator. Perubahan sudut dilakukan dengan cara memutar kumparan yang memiliki luas bidang A dan medan magnetik homogen B dengan kecepatan sudut.

8

BAB IV PENUTUP

4.1 KESIMPULAN

Timbulnya gaya listrik (GGL) pada kumparan hanya apabila terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet.Gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut GGL induksi, sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut induksi elektromagnetik. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu:

1. Kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka GGL induksi yang timbul semakin besar.

2. Banyaknya lilitan Semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.

3. Kekuatan magnet Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.

4.2 Saran

Kami sadar dalam penyusunan makalah ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, maka dari itu saran dan bimbingan dari para bapak ibu dosen selaku pembina,kami harapkan demi kesempurnaan karya penulis selanjutnya

SOAL-SOAL :

1. Suatu kumparan berbentuk lingkaran dengan jari jari a diletakkan pada bidang horizontal (bidang x - y). Medan magnet yang memiliki fungsi B = (Bo + ct) menembus kumparan tersebut. Jumlah lilitan pada kumparan adalah N. Berapa ggl induksi yang dihasilkan kumparan ? Pembahasan : Luas permukaan A =

Karena kumparan diletakkan pada bidang x y maka vektor luas penampang kumparan dapat ditulis = Dengan demikian, fluks magnetik yang melewati

kumparan adalah = . = ( + ) . = ( + ) . = ( + )= +

Ggl induksi yang dihasilkan

= 2. Medan magnetik seragam yang besarnya 2000 G membentuk sudut 300

dengan sumbu kumparan melingkar yang terdiri atas 300 lilitan dan jari-jari 4 cm. Carilah fluks magnetik yang melalui kumparan ini. Pembahasan :

Karena 1 G (gauss) = 10-4 Tesla, besar medan magnetik dalam satuan SI sama dengan 0,2 T. Luas kumparan: A = r2 = (3,14)(0,04)2 = 0,00502 m2 Fluks yang melalui kumparan: B = NBA cos = (300)(0,2 T)(0,00502 m2)(0,866) = 0,26 Wb

3. Carilah fluks magnetik yang melalui suatu solenoida yang panjangnya 40 cm, berjari-jari 2,5 cm, memiliki 600 lilitan, dan memberikan arus 7,5 A. Pembahasan :

Medan magnet di dalam solenoida: B = 0 n l B = (4 x 10-7 T.m/A)(600 lilitan/0,40 m)(7,5 A) = 1,41 x 10-2 T Karena medan magnet pada dasarnya konstan diseluruh luas penampang kumparan, fluks magnetik: B = NBA = (600)(1,41 x 10-2 T)( x 0,00252 m) = 1,66 x 10-2

Wb

4. Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 . Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan? Pembahasan :

tanda (-) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Arus

yang mengalir melalui kumparan:

5. Medan magnet B = ( 52 sin 20t ) tesla menembus tegak lurus kumparan seluas 100 cm2 yang terdiri atas 50 lilitan dan hambatan kumparan 5 ohm. Berapakah kuat arus induksi maksimum yang timbul pada kumparan? Pembahasan :

= -NA

= (-50)(10-2)

(52 sin 20t)

= -(50 x 10-2)(1002)cos 20t = -502 cos 20t

bernilai maksimum, jika cos 20t = 1, sehingga: maksimum = 502 volt, maka akan diperoleh: Imaks =

= 102 A

9

DAFTAR PUSTAKA

http://pustakainformation21.blogspot.com/2012/01/makalah-tentang-induksi-elektromagnetik.html http://nhingz-anwar.blogspot.com/2013/01/makalah-induksi-elektromagnetik.html

10