Induksi Elektromagnetik (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9)
Induksi Elektromagnetik (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9) ✓ Konsep listrik dan magnet adalah dua hal yang tidak terpisah, keduanya saling berkaitan. Tahukah kamu, bagaimana hubungan antara kedua konsep tersebut? Jika pada bab sebelumnya kamu telah memahami bahwa di sekitar arus listrik terdapat medan magnet, pada bab ini kamu akan mempelajari apakah medan magnet dapat menimbulkan kelistrikan? Berdasarkan konsep tersebut, apa saja penerapannya? Untuk memahami hal-hal tersebut, pelajari bab ini dengan saksama.
Daftar Isi
1. Pengertian Induksi Elektromagnetik
2. Faktor-Faktor yang Memengaruhi GGL Induksi Elektromagnetik
3. Penerapan Induksi Elektromagnetik
4. Pengertian Listrik Searah dan Bolak-Balik
Pada saat kita menggerak-gerakan magnet batang ke dalam dan ke luar kumparan, ternyata hal tersebut membuat amperemeter menjadi menyimpang.
Hal tersebut menjadikan bukti bahwa pada ujung-ujung kumparan terjadi selisih potensial yang disebut GGL induksi (gaya gerak listrik induksi). Selanjutnya GGL inilah yang menjadikan adanya arus listrik di dalam kumparan. Peristiwa terjadinya GGL induksi pada ujung-ujung komponen karena adanya perubahan medan magnet di dalam kumparan disebut induksi elektromagnetik. Untuk besar kecilnya medan agnet yang menembus kumpaan bisa digambarkan dengan banyaknya garis gaya yang masuk ke dalam kumparan tersebut.
Dari gambar di atas tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
Pada hakikatnya transformator sederhana terdiri dari 2 lilitan kawat yang terpisah antara satu sama yang lainnya, yaitu 1). lilitan primer (masukan) dan 2). lilitan sekunder (keluaran). Dengan mengubah jumlah banyaknya lilitan sekunder transformator bisa menurunkan atau menaikkan tegangan listrik.
Bagaimanakah prinsip kerja transformator itu? Teman - teman telah mengetahui bahwa arus listrik pada kumparan terjadi akibat adanya perubahan medan magnet yang ada di sekitar kumparan tersebut. Hal tersebut juga terjadi pada transformator. Pada saat kumparan primer dihubungkan dengan tegangan bolak-balik, besar dan arah medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan primer tersebut akan selalu berubah. Kemudian kumparan sekunder berada di dekat kumparan primer sehingga perubahan medan magnet yang menembusnya mengakibatkan terjadinya GGL induksi pada kumparan sekunder. Besar dan kecilnya tegangan yang dihasilkan kumparan sekunder tersebut tergantung pada jumlah banyaknya lilitan. Jika jumlah dari lilitan kumparan sekunder lebih banyak dari pada jumlah lilitan kumparan primer, maka hal tersebut membuat transformator akan menaikkan tegangan. Transformator tersebut disebut transformator penaik tegangan (transformator step up). Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah lilitan kumparan primer, maka transformator akan menurunkan tegangan. Transformator ini dinamakan transformator penurun tegangan (transformator step down). Dari kedua kondisi tersebut maka tegangan listrik akan sebanding dengan jumlah lilitannya. Secara matematisnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Transformator Ideal
Adalah transformator yang pada kumparan sekundernya tidak kehilangan energi. Semua energi listrik pada kumparan masukan didistribusikan ke kumparan keluaran oleh karenanya daya listrik pada kumparan primer adalah sama dengan daya listrik pada kumparan sekunder. Apabila daya listrik pada kumparan primer disebut P1 sedangkan untuk daya listrik pada kumparan sekunder disebut P2, secara matematis bisa kita dituliskan seperti yang berikut ini:
- Efisiensi Transformator
Sebetulnya manusia mempunyai keinginan untuk membuat sebuah transformator yang ideal, yaitu transformator yang tidak kehilangan energi antara masukan dan keluarannya. Akan tetapi, di dunia ini tidak ada yang sempurna, dan kesempurnaan itu hanyalah milik Allah. Energi yang hilang pada transformator akan mengalami perubahan energi menjadi energi panas. Kehilangan energi adalah sangat mengganggu kerja transformator, hal tersebut disebabkan karena tegangan keluarannya tidak sesuai dengan tegangan hasil yang diharapkan. Dengan demikian transformator yang dijual di pasaran menuliskan nilai toleransi yang masih dapat dipakai. Nilai Toleransi tersebut berkaitan dengan efisiensi transformator yaitu perbandingan antara daya sekunder dan daya primer. Secara matematis dapat kita dituliskan sebagai berikut:
Transformator ideal mempunyai efisiensi 100 % sehingga daya masukan transformator ini adalah sama dengan daya keluarannya.
- Penggunaan Transformator
1) Rangkaian Alat-Alat Elektronik
Pada alat-alat elektronik, transformator banyak dipakai untuk menurunkan tegangan dari jaringan PLN. Hal tersebut disebabkan alat-alat elektronik memakai tegangan rendah, yaitu berkisar antara 3 Volt sampai dengan 12 Volt. Transformator yang dipakai adalah transformator penurun tegangan atau transformator step down. Pada umumnya, transformator disandingkan dengan rangkaian listrik penyearah sebelum dipakai untuk alat elektronik kita. Rangkaian hasil paduan transformator, rangkaian penyearah, dan perata arus ini disebut juga sebagai adaptor. Nama lain dari adaptor yang sering dipaaki pada laboratorium adalah catu daya.
2) Mentransmisikan Daya Listrik
Pada gardu listrik terdapat transformator yang mempunyai fungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan. Dari sumber pembangkit listriknya, generator listrik bisa menghasilkan tegangan sekitar 10.000 volt. Akan tetapi, untuk mencapai tempat yang jauh, tegangan ini harus dinaikkan menggunakan transformator hingga mencapai besaran sekitar 150.000 volt. Hal tersebut dilakukan untuk mengatasi kehilangan energi akibat mentransmisikan listrik melalui kawat penghantar yang memiliki hambatan sangat besar. Sesudah mencapai tempat tertentu, umumnya di dalam suatu kota, tegangan tinggi tersebut harus diturunkan untuk beberapa kali lewat beberapa gardu listrik hingga tegangan akhirnya 220 volt. Alat yang dipakai untuk menurunkan tegangan listrik tersebut adalah transformator.
3) Alat Las Listrik
Alat las listrik adalah alat yang memanfaatkan konsep pengubahan energi listrik menjadi energi panas. Alat ini dimanfaatkan untuk menyambungkan antara satu logam dengan logam yang lainnya. Las listrik memanfaatkan prinsip kerja transformator, yaitu dengan cara menaikkan arus listrik keluaran menjadi beberapa puluh atau beberapa ratus kali arus listrik masukan. Transformator yang dipakai untuk tujuan ini mempunyai lilitan kumparan keluaran yang jauh lebih sedikit dari lilitan kumparan masukannya. Perbandingan jumlah lilitan masukan dan keluaran dapat mencapai 100 : 1. Okeh karena itu, dengan mengalirkan arus sebesar 1 ampere saja pada masukan akan dihasilkan kuat arus listrik sebesar 100 A pada keluarannya.
- Generator Arus Bolak-Balik (Generator AC)
Adalah suatu alat yang bisa menghasilkan arus dan tegangan listrik bolak-balik. Generator AC sederhana mempunyai sebuah kumparan kawat yang ujungnya dihubungkan ke cincin. Ada dua cincin yang masing-masing menghubungkan ujung-ujung kawat penghantar. Kedua cincin tersebut dihubungkan dengan sikat karbon yang tidak ikut berputar pada saat cincin berputar,
Apabila kumparan kawat digerakkan (diputar) searah fengan jarum jam, kumparan akan memotong garis gaya magnet. Sebagai akibatnya, besar dan arah medan magnet yang menembus kumparan berubah dan menghasilkan arus listrik pada kumparan. Sikat karbon akan mengikat cincin A yang akan menghubungkan arus keluar dari kumparan dan sikat dari cincin B akan menarik kembali masuk ke dalam kumparan. Pada waktu kumparan dalam keadaan sejajar dengan medan magnet, arus tidak diinduksikan untuk sementara dalam waktu yang sangat singkat sehingga kita tidak merasakannya. Pada saat kumparan kawat terus berotasi, kembali arus akan diinduksikan dengan arah berlawanan dan arus keluar dari cincin B, selanjutnya masuk ke cincin A. Selama putarannya, generator akan menghasilkan arus listrik yang besar dan arahnya selalu berubah sehingga disebut pembangkit listrik bolak-balik.
- Generator Arus Searah
Salah satu contoh generator arus searah adalah dinamo sepeda. Generator DC mirip - mirip dengan generator AC, akan tetapi cincinnya hanya satu saja. Cincin komutator itu dibelah dan dipisahkan oleh isolator.
Pada waktu kumparan diputar searah dengan jarum jam, kumparan akan memotong garis gaya magnet sehingga arus listrik akan diinduksikan keluar dari cincin A dan masuk ke cincin B. Saat kumparan kawat sejajar dengan medan magnet, arus listrik tidak diinduksikan sehingga arus listrik mati untuk sementara waktu. Kemudian waktu kumparan diputar kembali, arus listrik pun akan diinduksikan kembali. Arah arus di keluaran akan sama walaupun arahnya di dalam kumparan berubah. Apabila kumparan terus diputar, pada kumparan akan terus terjadi arus induksi yang arahnya terus berubah. Akan tetapi, komutator akan mengakibatkan arus dan tegangan yang terjadi di keluaran selalu searah.
Selengkapnya tentang materi pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam kelas IX dapat di lihat melalui link berikut ini >>> Rangkuman Materi Pelajaran IPA SMP/ MTs Kelas 9
Baca juga : GAYA, GERAK DAN PERPINDAHAN ENERGI dan Kemagnetan
Demikian artikel yang berjudul Induksi Elektromagnetik (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9) yang semoga bermanfaat. Terimakasih.
Daftar Isi
1. Pengertian Induksi Elektromagnetik
2. Faktor-Faktor yang Memengaruhi GGL Induksi Elektromagnetik
3. Penerapan Induksi Elektromagnetik
4. Pengertian Listrik Searah dan Bolak-Balik
Induksi Elektromagnetik (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9)
1. Pengertian Induksi Elektromagnetik
Sesudah adanya penemuan Oersted yang menyatakan bahwa di sekitar penghantar berarus listrik terdapat adanya medan magnet, kemudian para ahli Fisika mulai mencari efek kebalikannya. Jika di sekitar penghantar berarus listrik terdapat adanya medan magnet, apakah medan magnet juga bisa menghasilkan arus listrik? Jika bisa, bagaimana caranya? Ahli Fisika yang berkebangsaan Inggris bernama Michael Faraday (1791–1867) sudah melakukan serangkaian eksperimen tentang induksi elektromagnetik.
Hal tersebut menjadikan bukti bahwa pada ujung-ujung kumparan terjadi selisih potensial yang disebut GGL induksi (gaya gerak listrik induksi). Selanjutnya GGL inilah yang menjadikan adanya arus listrik di dalam kumparan. Peristiwa terjadinya GGL induksi pada ujung-ujung komponen karena adanya perubahan medan magnet di dalam kumparan disebut induksi elektromagnetik. Untuk besar kecilnya medan agnet yang menembus kumpaan bisa digambarkan dengan banyaknya garis gaya yang masuk ke dalam kumparan tersebut.
Dari gambar di atas tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Pada waktu kita menggerakkan magnet batang masuk ke dalam kumparan, ini berarti medan magnet yang menembus kumparan membesar (menguat). Sehingga hal tersebut menyebabkan GGL dan arus listrik pada kumparan.
- Pada waktu kita mendiamkan magnet batang di dalam kumparan, maka GGL dan arus listriknya tidak muncul meskipun garis gaya yang menembus kumparan banyak sekali.
- Pada waktu kita mengeluarkan magnet dari dalam kumparan, maka GGL dan arus listrik pada kumparan muncul kembali, namun dalam arah sebaliknya.
2. Faktor-Faktor yang Memengaruhi GGL Induksi Elektromagnetik
Gaya gerak listrik induksi dan arus induksi di suatu kumparan akan terjadi jika ada perubahan medan magnet yang menembus kumparan tersebut. Apakah saja yang memengaruhi besar kecilnya GGL induksi? Gerakan magnet sangat berpegaruh terhadap terjadinya arus induksi pada kumparan. Kecepatan gerakan magnet masuk dan keluar kumparan menunjukkan kecepatan perubahan medan magnet. Apabila semakin cepat perubahan medan magnetnya, maka akan semakin besar GGL induksi yang terjadi di kumparan. Begitu juga dengan jumlah lilitan. Apabila semakin banyak jumlah lilitan suatu penghantar, maka akan semakin besar GGL induksi yang terjadi di kumparan. Besar kecilnya kekuatan medan magnet juga sangat berpengaruh terhadap besarnya GGL induksi yang terjadi pada kumparan. Apabila semakin besar GGL induksi, maka arus induksi yang terjadi akan semakin besar pula. Sehingga kita dapat menyimpulkan megenai faktor-faktor yang memengaruhi besar kecilnya GGL induksi antara lain- kecepatan perubahan medan magnet
- banyaknya lilitan
- besarnya medan magnet.
3. Penerapan Induksi Elektromagnetik
a. Transformator
Mengapa cara supaya listrik milik PLN yang bertegangan tinggi bisa dipakai untuk menyalakan peralatan seperti halnya untuk menyalakan setrika listrik dan peralatan listrik yang lainnya? Tentunya listrik yang bertegangan tinngi tersebut harus diturunkan terlebih dahulu sampai menjadi 220 volt. Terus bagai mana caranya? Jika kita perhatikan PLN biasanya akan membuat gardu listrik, di sinilah kuncinya karena di dalam gardu lisrik tersebut terdapat suatu alat yang disebut transformator. Fungsi transformator adalah untuk menurunkan dan menaikkan tegangan bolak balik.Pada hakikatnya transformator sederhana terdiri dari 2 lilitan kawat yang terpisah antara satu sama yang lainnya, yaitu 1). lilitan primer (masukan) dan 2). lilitan sekunder (keluaran). Dengan mengubah jumlah banyaknya lilitan sekunder transformator bisa menurunkan atau menaikkan tegangan listrik.
Bagaimanakah prinsip kerja transformator itu? Teman - teman telah mengetahui bahwa arus listrik pada kumparan terjadi akibat adanya perubahan medan magnet yang ada di sekitar kumparan tersebut. Hal tersebut juga terjadi pada transformator. Pada saat kumparan primer dihubungkan dengan tegangan bolak-balik, besar dan arah medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan primer tersebut akan selalu berubah. Kemudian kumparan sekunder berada di dekat kumparan primer sehingga perubahan medan magnet yang menembusnya mengakibatkan terjadinya GGL induksi pada kumparan sekunder. Besar dan kecilnya tegangan yang dihasilkan kumparan sekunder tersebut tergantung pada jumlah banyaknya lilitan. Jika jumlah dari lilitan kumparan sekunder lebih banyak dari pada jumlah lilitan kumparan primer, maka hal tersebut membuat transformator akan menaikkan tegangan. Transformator tersebut disebut transformator penaik tegangan (transformator step up). Jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah lilitan kumparan primer, maka transformator akan menurunkan tegangan. Transformator ini dinamakan transformator penurun tegangan (transformator step down). Dari kedua kondisi tersebut maka tegangan listrik akan sebanding dengan jumlah lilitannya. Secara matematisnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
Adalah transformator yang pada kumparan sekundernya tidak kehilangan energi. Semua energi listrik pada kumparan masukan didistribusikan ke kumparan keluaran oleh karenanya daya listrik pada kumparan primer adalah sama dengan daya listrik pada kumparan sekunder. Apabila daya listrik pada kumparan primer disebut P1 sedangkan untuk daya listrik pada kumparan sekunder disebut P2, secara matematis bisa kita dituliskan seperti yang berikut ini:
Sebetulnya manusia mempunyai keinginan untuk membuat sebuah transformator yang ideal, yaitu transformator yang tidak kehilangan energi antara masukan dan keluarannya. Akan tetapi, di dunia ini tidak ada yang sempurna, dan kesempurnaan itu hanyalah milik Allah. Energi yang hilang pada transformator akan mengalami perubahan energi menjadi energi panas. Kehilangan energi adalah sangat mengganggu kerja transformator, hal tersebut disebabkan karena tegangan keluarannya tidak sesuai dengan tegangan hasil yang diharapkan. Dengan demikian transformator yang dijual di pasaran menuliskan nilai toleransi yang masih dapat dipakai. Nilai Toleransi tersebut berkaitan dengan efisiensi transformator yaitu perbandingan antara daya sekunder dan daya primer. Secara matematis dapat kita dituliskan sebagai berikut:
- Penggunaan Transformator
1) Rangkaian Alat-Alat Elektronik
Pada alat-alat elektronik, transformator banyak dipakai untuk menurunkan tegangan dari jaringan PLN. Hal tersebut disebabkan alat-alat elektronik memakai tegangan rendah, yaitu berkisar antara 3 Volt sampai dengan 12 Volt. Transformator yang dipakai adalah transformator penurun tegangan atau transformator step down. Pada umumnya, transformator disandingkan dengan rangkaian listrik penyearah sebelum dipakai untuk alat elektronik kita. Rangkaian hasil paduan transformator, rangkaian penyearah, dan perata arus ini disebut juga sebagai adaptor. Nama lain dari adaptor yang sering dipaaki pada laboratorium adalah catu daya.
2) Mentransmisikan Daya Listrik
Pada gardu listrik terdapat transformator yang mempunyai fungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan. Dari sumber pembangkit listriknya, generator listrik bisa menghasilkan tegangan sekitar 10.000 volt. Akan tetapi, untuk mencapai tempat yang jauh, tegangan ini harus dinaikkan menggunakan transformator hingga mencapai besaran sekitar 150.000 volt. Hal tersebut dilakukan untuk mengatasi kehilangan energi akibat mentransmisikan listrik melalui kawat penghantar yang memiliki hambatan sangat besar. Sesudah mencapai tempat tertentu, umumnya di dalam suatu kota, tegangan tinggi tersebut harus diturunkan untuk beberapa kali lewat beberapa gardu listrik hingga tegangan akhirnya 220 volt. Alat yang dipakai untuk menurunkan tegangan listrik tersebut adalah transformator.
3) Alat Las Listrik
Alat las listrik adalah alat yang memanfaatkan konsep pengubahan energi listrik menjadi energi panas. Alat ini dimanfaatkan untuk menyambungkan antara satu logam dengan logam yang lainnya. Las listrik memanfaatkan prinsip kerja transformator, yaitu dengan cara menaikkan arus listrik keluaran menjadi beberapa puluh atau beberapa ratus kali arus listrik masukan. Transformator yang dipakai untuk tujuan ini mempunyai lilitan kumparan keluaran yang jauh lebih sedikit dari lilitan kumparan masukannya. Perbandingan jumlah lilitan masukan dan keluaran dapat mencapai 100 : 1. Okeh karena itu, dengan mengalirkan arus sebesar 1 ampere saja pada masukan akan dihasilkan kuat arus listrik sebesar 100 A pada keluarannya.
b. Generator
Cara PLN menghasilkan listrik yaitu dengan merubah energi yang lainnya menjadi energi listrik. Contoh energi lain yang dirubah menjadi energi listrik misalnya energi potensial air, energi gas, energi angin, dan energi bahan bakar minyak. Energi-energi tersebut diubah menjadi energi listrik dengan dibantu suatu alat yang disebut generator listrik atau dinamo listrik. Prinsip kerjanya dari generator listrik adalah dengan mengubah besar dan arah medan magnet yang menembus suatu penghantar sehingga penghantar akan membangkitkan arus listrik. Komponen yang terpenting dalam suatu generotor yaitu kumparan yang jumlah lilitannya banyak dan medan magnet yang kekuatannya besar. Untuk dapat mengubah medan magnet bisa kita lakukan dengan dua cara, yaitu dengan memutar kumparannya atau dengan memutar medan magnet. Dipasaran terdapat dua jenis generator, yaitu generator AC dan generator DC. Dari kedua jenis generator tersebut apakah perbedaannya?- Generator Arus Bolak-Balik (Generator AC)
Adalah suatu alat yang bisa menghasilkan arus dan tegangan listrik bolak-balik. Generator AC sederhana mempunyai sebuah kumparan kawat yang ujungnya dihubungkan ke cincin. Ada dua cincin yang masing-masing menghubungkan ujung-ujung kawat penghantar. Kedua cincin tersebut dihubungkan dengan sikat karbon yang tidak ikut berputar pada saat cincin berputar,
Apabila kumparan kawat digerakkan (diputar) searah fengan jarum jam, kumparan akan memotong garis gaya magnet. Sebagai akibatnya, besar dan arah medan magnet yang menembus kumparan berubah dan menghasilkan arus listrik pada kumparan. Sikat karbon akan mengikat cincin A yang akan menghubungkan arus keluar dari kumparan dan sikat dari cincin B akan menarik kembali masuk ke dalam kumparan. Pada waktu kumparan dalam keadaan sejajar dengan medan magnet, arus tidak diinduksikan untuk sementara dalam waktu yang sangat singkat sehingga kita tidak merasakannya. Pada saat kumparan kawat terus berotasi, kembali arus akan diinduksikan dengan arah berlawanan dan arus keluar dari cincin B, selanjutnya masuk ke cincin A. Selama putarannya, generator akan menghasilkan arus listrik yang besar dan arahnya selalu berubah sehingga disebut pembangkit listrik bolak-balik.
- Generator Arus Searah
Salah satu contoh generator arus searah adalah dinamo sepeda. Generator DC mirip - mirip dengan generator AC, akan tetapi cincinnya hanya satu saja. Cincin komutator itu dibelah dan dipisahkan oleh isolator.
Pada waktu kumparan diputar searah dengan jarum jam, kumparan akan memotong garis gaya magnet sehingga arus listrik akan diinduksikan keluar dari cincin A dan masuk ke cincin B. Saat kumparan kawat sejajar dengan medan magnet, arus listrik tidak diinduksikan sehingga arus listrik mati untuk sementara waktu. Kemudian waktu kumparan diputar kembali, arus listrik pun akan diinduksikan kembali. Arah arus di keluaran akan sama walaupun arahnya di dalam kumparan berubah. Apabila kumparan terus diputar, pada kumparan akan terus terjadi arus induksi yang arahnya terus berubah. Akan tetapi, komutator akan mengakibatkan arus dan tegangan yang terjadi di keluaran selalu searah.
4. Pengertian Listrik Searah dan Bolak-Balik
Arus listrik yang besar dan arahnya berubah setiap saat disebut sebagai arus listrik bolak-balik atau arus listrik AC (Alternating Current). Arus listrik bolak-balik tersebut terjadi akibat adanya beda potensial (perbedaan tegangan) di antara ujung penghantar yang berubah-ubah. Beda potensial ini disebut tegangan bolak-balik (tegangan AC). Arus listrik pada jaringan PLN adalah salah satu contoh arus dan tegangan bolak-balik. Apabila sebuah baterai dihubungkan ke rangkaian, arus mengalir serah pada suatu arah. Arus tersebut dinamakan arus searah, atau DC (Direct Current). Sama halnya dengan arus searah, tegangan searah pun selalu tetap. Sumber searah disebut juga sumber tegangan searah sebab arus ditimbulkan oleh sumber tegangan. Contoh peralatan listrik yang menggunakan arus searah adalah kalkulator, remote TV, jam,lampu senter dan lain sebagainya.Selengkapnya tentang materi pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam kelas IX dapat di lihat melalui link berikut ini >>> Rangkuman Materi Pelajaran IPA SMP/ MTs Kelas 9
Baca juga : GAYA, GERAK DAN PERPINDAHAN ENERGI dan Kemagnetan
Demikian artikel yang berjudul Induksi Elektromagnetik (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9) yang semoga bermanfaat. Terimakasih.