Pintar Pelajaran Aplikasi Penerapan Induksi Elektromagnetik, Teladan Soal, Jawaban, Generator Ac Dc, Transformator, Pengertian, Prinsip Kerja, Fungsi, Bagian-Bagian, Gambar, Praktikum Fisika

Aplikasi Penerapan Induksi Elektromagnetik, Contoh Soal, Jawaban, Generator AC DC, Transformator, Pengertian, Prinsip Kerja, Fungsi, Bagian-bagian, Gambar, Praktikum Fisika

1. Fungsi dan Pengertian Generator

Generator yaitu alat yang dipakai utuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya yaitu insiden induksi elektromagnetik. Jika kumparan penghantar digerakkan di dalam medan magnetik dan memotong medan magnetik, maka pada kumparan terjadi ggl (gaya gerak listrik) induksi. Hal ini sanggup dilakukan dengan memutar kawat di dalam medan magnet homogen.

Gambar 1. Generator pada pembangkit listrik. [1]

1.1. Bagian-bagian dan Prinsip Kerja Generator AC

Gambar 2. mengatakan bagan sebuah generator AC, yang mempunyai beberapa kumparan yang dililitkan pada menakutkan yang sanggup bergerak dalam medan magnetik. Sumber diputar secara mekanis dan ggl diinduksi pada kumparan yang berputar. 

Gambar 2. Generator AC.

Keluaran dari generator tersebut berupa arus listrik, yaitu arus bolak-balik. Skema induksi gaya gerak listrik sanggup diamati pada Gambar 3, yang mengatakan kecepatan sesaat sisi a - b dan c - d, ketika loop diputar searah jarum jam di dalam medan magnet seragam B.

Gambar 3. Gaya gerak listrik ggl induksi pada potongan a-b dan c-d.

Ggl hanya dibangkitkan oleh gaya-gaya yang bekerja pada pecahan a - b dan c - d. Dengan memakai kaidah tangan kanan, sanggup ditentukan bahwa arah arus induksi pada a - b mengalir dari a ke b. Sementara itu, pada sisi c - d, aliran dari c ke d, sehingga aliran menjadi kontinu dalam loop. Besarnya ggl yang ditimbulkan dalam a - b adalah:

ε = B.l.v

Persamaan tersebut berlaku jikalau komponen v tegak lurus terhadap B. Panjang a - b dinyatakan oleh l. Dari gambar diperoleh v = v sin θ , dengan θ merupakan sudut antara permukaan kumparan dengan garis vertikal.

Resultan ggl yang terjadi merupakan jumlah ggl terinduksi di a - b dan c - d, yang mempunyai besar dan arah yang sama, sehingga diperoleh:

ε = 2N.B.l.v sin θ .............................................. (1)

Dengan N merupakan jumlah loop dalam kumparan. Apabila kumparan berputar dengan kecepatan anguler konstan ω, maka besar sudutnya yaitu θ =ωt . Diketahui bahwa:

v = ω.r atau v = ω (h/2)

dengan h yaitu panjang b - c atau a - d.

Jadi, dari persamaan (1) diperoleh:

ε = 2N.B.l. ω (h/2) sin ωt .................................... (2)

atau

ε = N.B.A. ω sin ωt ............................................ (3)

Dengan A menyatakan luas loop yang nilainya setara dengan lh. Harga ε maksimum bila ωt = 90^o, sehingga sin ωt = 1. Jadi,

ε _maksimum = N.B.A. ω ................................................ (4)

1.2. Bagian-bagian dan Prinsip Kerja Generator DC

Generator DC hampir sama menyerupai generator AC. Perbedaannya terletak pada cincin komutator yang digunakannya, yang ditunjukkan pada Gambar 4(a). 

Gambar 4. Generator DC (a) dengan satu set komutator (b) dengan banyak komutator.

Keluaran generator sanggup ditunjukkan oleh grafik relasi V terhadap t, dan sanggup diperhalus dengan memasang kapasitor secara paralel pada keluarannya. Atau dengan memakai beberapa kumparan pada angker, sehingga dihasilkan keluaran yang lebih halus Gambar 4(b). Generator elektromagnetik merupakan sumber utama listrik dan sanggup digerakkan oleh turbin uap, turbin air, mesin pembakaran dalam, kincir angin, atau pecahan dari mesin lain yang bergerak. Pada pembangkit tenaga listrik, generator menghasilkan arus bolak-balik dan sering disebut alternator.

2. Prinsip Kerja dan Fungsi Transformator

Transformator yaitu alat yang dipakai untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Piranti ini memindahkan energi listrik dari suatu rangkaian arus listrik bolak-balik ke rangkaian lain diikuti dengan perubahan tegangan, arus, fase, atau impedansi.

Gambar 5. Transformator pada tiang listrik. [2]

Transformator terdiri atas dua kumparan kawat yang membungkus inti besi, yaitu kumparan primer dan sekunder. Transformator dirancang sedemikian rupa sehingga hampir seluruh fluks magnet yang dihasilkan arus pada kumparan primer sanggup masuk ke kumparan sekunder.

Ada dua macam transformator, yaitu transformator stepup dan transformator step-down. Transformator step-up dipakai untuk memperbesar tegangan arus bolak-balik. Pada transformator ini jumlah lilitan sekunder (Ns) lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Np). Transformator step-down dipakai untuk menurunkan tegangan listrik arus bolak-balik, dengan jumlah lilitan primer (Np) lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Ns).

Gambar 6. Transformator (a) step-up (b) step-down.

Apabila tegangan bolak-balik diberikan pada kumparan primer, perubahan medan magnetik yang dihasilkan akan menginduksi tegangan bolak-balik berfrekuensi sama pada kumparan sekunder. Tetapi, tegangan yang timbul berbeda, sesuai dengan jumlah lilitan pada tiap kumparan. Berdasarkan Hukum Faraday, bahwa tegangan atau ggl terinduksi pada kumparan sekunder adalah:

Dengan Ns menyatakan banyaknya lilitan pada kumparan sekunder, sedangkan (ΔΦ_B / Δt) yaitu laju perubahan fluks magnetik. Tegangan masukan pada kumparan primer juga memenuhi relasi persamaan dengan laju perubahan fluks magnetik, yaitu:

Dengan menganggap tidak ada kerugian daya di dalam inti, maka dari kedua persamaan tersebut akan diperoleh:

V_S/V_P = I_S/I_P ............................................................. (5)

Persamaan (5) yaitu persamaan umum transformator, yang mengatakan bahwa tegangan sekunder bekerjasama dengan tegangan primer.

Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa daya keluaran tidak sanggup lebih besar dari daya masukan. Daya masukan intinya sama dengan daya keluaran. Daya

P = V.I, sehingga diperoleh:

Vp.Ip = Vs.Is ............................................................. (6)

atau

I_S/I_P = N_P/N_S .............................................................. (7)

Jadi, pada transformator berlaku hubungan:

N_S/N_P = V_S/V_P = I_S/I_P ..................................................... (8)

Transformator ideal (efisiensi η = 100%) yaitu transformator yang sanggup memindahkan energi listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan tidak ada energi yang hilang. Namun, pada kenyataannya, terdapat relasi magnetik yang tidak lengkap antarkumparan, dan terjadi kerugian pemanasan di dalam kumparan itu sendiri, sehingga mengakibatkan daya output lebih kecil dari daya input. Perbandingan antara daya output dan input dinyatakan dalam konsep efisiensi, yang dirumuskan:

Transformator berperan penting dalam transmisi listrik. Listrik yang dihasilkan generator di dalam pembangkit mencapai rumah-rumah melalui suatu jaringan kabel atau “jaringan listrik”. Hambatan mengakibatkan sebagian daya hilang menjadi panas. Untuk menghindari hal tersebut, listrik didistribusikan pada tegangan tinggi dan arus yang rendah untuk memperkecil hilangnya daya. Pusat pembangkit mengirim listrik ke gardu-gardu induk, di mana transformator step-up menaikkan tegangan untuk distribusi. Sementara itu, pada gardugardu step-down, tegangan dikurangi oleh transformator untuk memasok tegangan yang sesuai baik untuk industri maupun perumahan.

Gambar 7. Jaringan listrik. [3]

Contoh Soal 1 :

Sebuah generator armaturnya berbentuk bujur kandang dengan sisi 8 cm dan terdiri atas 100 lilitan. Jika armaturnya berada dalam medan magnet 0,50 T, berapakah frekuensi putarnya agar menjadikan tegangan maksimum 20 volt?

Penyelesaian:

Diketahui: 

A = 8 cm × 8 cm = 64 cm² = 64 × 10^-4 m²

B = 0,50 T

N = 100 lilitan

ε _m = 20 volt

Ditanya: f = ... ?

Pembahasan :

ε _m = N.B.A.ω = N.B.A.2π.f

Contoh Soal 2 :

Sebuah transformator sanggup dipakai untuk menghubungkan radio transistor 9 volt AC, dari tegangan sumber 120 volt. Kumparan sekunder transistor terdiri atas 30 lilitan. Jika berpengaruh arus yang diharapkan oleh radio transistor 400 mA, hitunglah:

a. jumlah lilitan primer,

b. berpengaruh arus primer,

c. daya yang dihasilkan transformator!

Penyelesaian:

Diketahui: 

V_p = 120 V 

N_s = 30

V_s = 9 V 

I_s = 400 mA = 0,4 A

Ditanya: 

a. N_p = ... ?

b. I_p = ... ?

c. P = ... ?

Pembahasan :

3. Percobaan Sederhana / Praktikum Fisika

Tujuan : Mengetahui prinsip kerja transformator.

Alat dan Bahan : Voltmeter AC, amperemeter AC, sumber tegangan AC (transformator), kumparan, kabel, stop kontak

Cara Kerja :

1. Susunlah rangkaian percobaan sesuai gambar.
2. Hubungkan sumber tegangan (transformator) dengan kumparan primer pada beda potensial terkecil.
3. Hidupkan rangkaian dan catatlah tegangan pada rangkaian primer Vp. Catatlah pula besarnya tegangan sekunder Vs.
4. Ulangilah langkah percobaan dengan mengukur berpengaruh arus yang mengalir pada kumparan yang digunakan.
5. Ulangilah percobaan untuk jumlah lilitan primer lebih sedikit dari jumlah lilitan sekunder.
6. Ulangilah percobaan untuk jumlah lilitan primer lebih banyak dari jumlah lilitan sekunder.
7. Voltmeter dipasang paralel dan amperemeter dipasang seri.
8. Catatlah akhirnya mengikuti format berikut ini.

Diskusi :

1. Apakah fungsi transformator?
2. Apakah yang dimaksud kumparan primer dan kumparan sekunder?
3. Bagaimana relasi antara jumlah kumparan dengan besarnya beda potensial?
4. Bagaimana relasi antara jumlah kumparan dengan besarnya arus?
5. Tulislah rumus relasi antara jumlah kumparan, beda potensial, dan berpengaruh arus!

Anda kini sudah mengetahui Penerapan Induksi Elektromagnetik. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Referensi Lainnya :

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Modern_Steam_Turbine_Generator.jpg

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Polemount-singlephase-closeup.jpg

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electricalgrid.jpg