induksi elektromagnetik

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK (L8)REINALDHY ADITHYA LEOPARD Z.2113100132JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

Abstrak

Pada percobaan kali ini, percobaan L8 yakni percoban tentang induksi elektromagnetik, percobaan ini membuktikan tentang hukum faraday yang menyatakan bahwa Gaya gerak listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut. Secara sederhana, tegangan induksi memiliki kesebandingan dengan kecepatan induksi, luas induksi dan besar medan magnet maka dilakukan percobaan induksi elektromagnetik ini. Metode dari percobaan induksi elektromagnetik ini adalah dengan menempatkan magnet yang berpasangan pada suatu pinggir lintasan dan pada pertengahannya diberikan kawat atau biasa disebut koil, maka koil tersebut dihubungkan ke mikrovoltmeter dan alat untuk menarik kumparan yaitu motor yang dihubungkan pada listrik. Setelah tertarik, pada mikrovoltmeter tercatat angka, dimana angka tersebut merupakan tegangan yang ditimbulkan dari proses tersebut. Hal ini terjadi karena koil atau kumparan melewati medan magnet sehingga terjadi perubahan fluks. Dari berbagai variasi keadaan tersebut, maka dapat diperoleh data-data yang tercatat dalam mikrovoltmeter hal ini yang disebut sebagai ggl induksi (). Data tersebutlah yang membuktikan bahwa semakin besar varian B (jumlah magnet), V(keceptan induksi) maka semakin besar pula ggl induksi yang diperoleh. Dan melalui rumus U = B . b . v , dapat diketahui gejala U dan E. Hal ini sesuai dengan persamaan dimana sebanding dengan B dan V.

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangListrik dalam era industri merupakan keperluan yang sangat vital. Denganadanya transformator keperluan listrik pada tegangan yang sesuai dapat terpenuhi. Dahulu untuk membawa listrik diperlukan kuda. Kuda akan membawa pembangkit listrik untuk penerangan lapangan ski. Seandainya transformator belum ditemukan, berapa ekor kuda yang diperlukan untuk penerangan sebuah kota. Fenomena pemindahan listrik akan kita dibahas dalam induksi elektromagnetik. Jika ada pembangkit listrik dekat rumah anda, coba diperhatikan. Pembangkit listrik biasanya terletak jauh dari permukiman penduduk. Untuk membawa energy listrik, atau lebih dikenal transmisi daya listrik, diperlukan kabel yang sangat panjang. Kabel yang demikian dapat menurunkan tegangan. Karena itu diperlukan alat yang dapat menaikkan kembali tegangan sesuai keperluan. Dan anda pasti melihat tabung berwarna biru yang dipasang pada tiang listrik. Alat tersebut adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tegangan. 1.2 PermasalahanPermasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah bagaimana cara membuktikan Hukum Induksi Faraday

1.3 Tujuan PercobaanTujuan dari percobaan ini adalah untuk membuktikan Hukum Induksi Faraday melalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi.

BAB II DASAR TEORI 2.1 Hukum Faraday Hukum Faraday menyatakan bahwa tegangan gerak elektrik induksi dalam sebuah simpal tertutup sama dengan negatif dari kecepatan perubahan fluks magnetik terhadap waktu yang melalui simpal itu. Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan di dalam weber/sekon, maka tegangan gerak elektrik akan dinyatakan di dalam volt. Di dalam bentuk persamaan :

Inilah hukum induksi Faraday. Tanda negatif tersebut adalah suatu petunjuk mengenai arah tegangan gerak elektrik imbas. Jika kita memakaikan persamaan 2.1 kepada sebuah koil yang terdiri dari N lilitan, maka sebuah tegangan gerak elektrik muncul didalam setiap lilitan dan semua tegangan gerak elektrik ini harus dijumlahkan. Jika koil tersebut dililit dengan begitu eratnya sehingga setiap lilitan dapat dikatakan menempati daerah yang sama dari ruang, maka fluks yang melalui setiap lilitan akan sama besarnya. Fluks yang melalui setiap lilitan adalah juga sama untuk toroida dan solenoida.Setidak-tidaknya ada dua cara didalam mana kita dapat membuat fluks yang melalui sebuah rangkaian berubah dan demikian mengimbas sebuah tegangan gerak elektrik di dalam rangkaian tersebut. Fluks yang melalui sebuah rangkaian dapat juga diubah dengan mengubah bentuknya, yakni dengan mengecilkan atau meregangkannya (Halliday,1996).

2.2 Hukum Lenz Hukum Lenz yang direduksi oleh Heinrich Friedrich Lenz (1804-1865) menyatakan Arus imbas akan muncul di dalam arah yang sedemikian rupa sehingga arah tersebut menentang perubahan yang menghasilkannya. Tanda negatip di dalam hukum faraday menunjukkan penentangan arah ini. Hukum ini menyatakan bahwa tegangan induksi akan menghasilkan fluks yang melawan medan awalnya. Hukum Lenz menunjuk mengenai arus imbas yang berarti bahwa hukum tersebut berlaku hanya kepada rangkaian penghantar yang tertutup. (Halliday,1996) Jika suatu simpal adalah sebuah konduktor yang baik, maka sebuah arus induksi akan mengalir selama magnet itu bergerak relatif terhadap simpal tersebut. Sekali magnet dan simpal itu tidak lagi berada dalam gerak relatif, arus induksi itu secara sangat cepat berkurang ke nol karena hambatan yang besarnya tidak nol dalam simpal tersebut (Zemansky, 2012 ). Gambar 1 Magnet yang didekatkan dengan kumparan

Jika kutub U magnet batang di dekatkan kumparan AB, maka akan terjadi pertambahan garis gaya magnet arah BA yang dilingkupi kumparan. Sesuai dengan hukum Lens, maka akan timbul garis gaya magnet baru arah AB untuk menentang pertambahan garis gaya magnet tersebut. Garis gaya magnet baru arah AB ditimbulkan oleh arus induksi pada kumparan. Jika kutub U magnet batang dijauhkan, maka akan terjadi kebalikannya (Halliday,1996).

2.3 Hukum Gauss Hukum Gauss adalah hukum yang menentukan besarnya sebuah fluks listrik yang melalui sebuah bidang. Hukum Gauss menyatakan bahwa besar dari fluks listrik yang melalui sebuah bidang akan berbanding lurus dengan kuat medan listrik yang menembus bidang, berbanding lurus dengan area bidang dan berbanding lurus dengan cosinus sudut yang dibentuk fluks listrik terhadap garis normal (hukum-gauss.html). Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung medan listrik dari sistem yang mempunyai kesimetrian yang tinggi (misalnya simetri bola, silinder, atau kotak). Untuk menggunakan hukum gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup (permukaan gauss). Bentuk permukaan tertutup tersebut dapat sembarang ( A.Buck,2006). Hukum Gauss ini didasarkan pada konsep garis-garis medan listrik yang mempunyai arah atau anak panah seperti pada gambar di bawah :

Gambar 2 garis-garis medan listrik di sekitar muatan positif (hukum-gauss.html) Hukum gauss dinyatakan "Jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut dan di rumuskan sebagai berikut :

2.4 Hukum Lorentz Gaya Lorentz itu adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet (B). Dimana arah gaya ini akan mengikuti arah maju sekrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B). Arah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jari-jari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya lorentz (F) di tunjukkan oleh jari tengah. Perhatikan gambar berikut : Gambar 3 Kaidah tangan Kanan Gaya lorentz pada penghantar bergantung pada faktor kuat medan magnet (B), besar arus listrik (I), dan panjang penghantar (L), sehingga Hukum Lorentz dapatdirumuskan: F = B.I.L .........................................................(2.3) dengan keterangan F adalah gaya lorentz (N), B adalah kuat medan magnet (Tesla), I adalah kuat arus listrik (A), dan L adalah panjang penghantar (m). (J.Bueche, 2006)

2.5 Medan Magnet Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan padatitiktersebut. Penemuan Oersted mengenai hubungan listrik dan magnet, yaitu bahwa suatu muatan listrik dapat berinteraksi dengan magnet ketika muatan itu bergerak. Penemuan ini membangkitkan kembali teori tentang muatan magnet, yaitu bahwa magnet terdiri dari muatan listrik. Selanjutnya dari hasil percobaan menggunakan kompas, dapat diketahui bahwa medan magnet melingkar disekitar kawat berarus dengan arah yang dapat kita tentukan dengan aturan tangan kanan. Caranya adalah, genggamlah kawat dengan tangan kanan anda sedemikian sehingga ibu jari anda menunjuk arah arus. Arah putaran genggaman keempat jari anda menunjukkan arah medan magnet.

2.6 GGL InduksiKemagnetan dan kelistrikan merupakan dua gejala alam yang prosesnya dapat dibolak-balik.Ketika H.C.Oersted membuktikan bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet (artinya listrik menimbulkan magnet ), para ilmuwan mulai berpikir keterkaitan antara kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik ( artinya magnet menimbulkan listrik ) melalui eksperimen yang sederhana. Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan itu. Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan (seperti kegiatan di atas), jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri.Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus listrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik). GGL yang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGLinduksi. Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.

2.7 Penyebab Terjadinya GGL InduksiKetika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis- garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujungkumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.a (ingat kembali cara menentukan kutub-kutub solenoida).Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang di timbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan.Pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu merupakan kutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.b. Ketika kutub utaramagnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gayamagnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi.Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet,yang disebut induksi elektromagnetik.

2.8 Faktor yang Memengaruhi Besar GGL Induksi.Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat di lihat pada besar kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jikasudut penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGL induksi? Ada tiga faktor yang mempengaruhi GGL induksi, yaitu:a).kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik),b). jumlah lilitan, c). medan magnet

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan BahanPeralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain ; Peralatan induksi dengan konduktor 1 set, pasangan magnet 6 pasang, motor eksperimen 100 W 1 buah, alat kemudi dan pengatur 1 buah dan mikrovoltmeter 1 buah.

3.2 Rangkaian Alat

3.3 Cara KerjaPercobaan ini pertama-tama dilakukan dengan menyusun peralatan seperti gambar diatas dan dihubungkan dengan peralatan lain. Lalu diikatkan senar pancing pada peluncur dan dihubungkan dengan kopling penarik. Diatur mikrovoltmeter pada 10, kemudian dipasangkan 8 pasang magnet yang tersedia pada alat induksi.Untuk proporsionalitas dari U dan V, dihubungkan konduktor b = 4 cm dengan cara dimasukkan penghubung kortsluiting pada alat peluncur. Kemudian diikatkan suatu kumparan tali senar pancing pada garis tengah kumparan kopling yang bergerak terkecil. Lalu dihidupkan motor dan distel putarannya hingga tercapai suatu tegangan induksi sebesar 40mV. Lalu dicari harga rata-rata pada goyangan yang mungkin terjadi pada alat penunjuk pengukur. Diulangi percobaan dengan menggunakan kedua alat kumparan lain dengan garis tengah kumparan yang berlainan. Untuk proporsionalitas dari U dan b, pertama-tama dilakukan dengan menggunakan 8 pasang magnet dan garis tengah alat kumparan maksimal (V = 4 Vo) untuk konduktor dengan b = 2 cm, b = 3 cm, dan b = 4 cm. Ulangi percobaan dengan menggunakan 3,4,5,6 pasang magnet.

4.1 Analisa data4.1.1 Data PercobaanDari percobaan Induksi Elektromagnetik yang telah dilakukan, maka diperoleh data sebagai berikut.

Table 4.1 Data hasil pengamatan percobaan Induksi Elektromagnetik dengan kecepatan 1V = 1

Nob (cm)B (pasang)Tegangan x 10 (mV)Rata-rata

123456-0,29 V -0,27-0,36 V -0,34-0,40 V -0,41-0,48 V -0,45-0,28-0,35-0,405-0,465

233456-0,40 V -0,41-0,54 V -0,53-0,59 V -0,60-0,65 V -0,65-0,405-0,535-0,595-0,65

343456-0,53 V -0,57-0,78 V -0,72-0,86 V -0,92-0,85 V -0,82-0,550,75-0,89-0,835

Table 4.2 Data hasil pengamatan percobaan Induksi Elektromagnetik dengan kcepatan 2V = 2


123456-0,74 V -0,68-0,98 V -0,90-0,98 V -1,01-1,17 V -1,29-0,71-0,94-0,995-1,23

233456-0,88 V -0,86-1,31 V -1,23-1,40 V -1,42-1,76 V -1,68-0,87-1,27-1,41-1,72

343456-1,27 V -1,19-1,72 V -1,72-1,98 V -1,92-2,44 V -2,60-1,23-1,72-1,95-2,52

Table 4.3 Data hasil pengamatan percobaan Induksi Elektromagnetik dengan kecepatan 4V = 4


123456-1,90 V -1,80-2,43 V -1,53-3,05 V -2,56-4,08 V -4,47-1,85-1,98-2,805-4,225

233456-2,43 V -2,76-3,24 V -2,31-3,39 V -2,84-5,47 V -6,04-2,595-2,775-3,115-5,755

343456-3,60 V -3,44-4,48 V -4,07-6,60 V -5,35-4,61 V -6,40-3,52-4,225-5,975-5,505

4.1.2 Perhitungan1. Perbandingan antara Tegangan Listrik dengan Luasan PenghantarU = bU b0,28 = 20,405 3 Jadi, hubungan antara besar tegangan listrik dengan luasan penghantar adalah berbanding lurus1. Perbandingan antara Tegangan Listrik dengan Medan ListrikU = BU= B0,71 = 0,94 3 4Jadi hubungan antara tegangan listrik dan kuat medan listrik adalah berbanding lurus.2. Perbandingan antara Tegangan Listrik dengan Kecepatan KumparanU = vU= v0,71 = 0,28 2 1Jadi hubungan antara tegangan listrik yang dihasilkan dengan kecepatan kumparan adalah berbanding lurus.

4.1.3 Grafik

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara GGL induksi , B (pasang magnet), b (lebar konduktor) pada saat V (garis tengah kumparan kopling = 1)



4.2 Pembahasan

Telah dilakukan percobaan dengan judul Induksi Elektromagnetik kode L8 yang bertujuan untuk membuktikan Hukum Induksi Faradaymelalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan arus, luas induksi, dan kecepatan induksi. Percobaan dilakukan dengan menggunakan variasi garis tengah kumparan kopling 1, 2, dan 3, variasi lebar konduktor (b) 2 cm, 3 cm, dan 4 cm, variasi jumlah pasang magnet (B) 3 pasang, 4 pasang, 5 pasang, dan 6 pasang. Percobaan dilakukan dengan menarik suatu konduktor dari medan magnet homogen menggunakan motor eksperimen dengan kecepatan konstan melalui roda kopling dengan variasi garis tengah lalu tegangannya diukur menggunakan Mikrovoltmeter. Percobaan dilakukan sebanyak 36 kali dengan variasai yang berbeda-beda. Dari data yang diperoleh setelah percobaan dapat kita lihat untuk garis tengah kumparan kopling (V) = 1, dengan 3 pasang magnet dan lebar konduktor (b) 2 cm akan menghasilkan GGL Induksi () yang lebih kecil di bandingkan dengan menggunakan lebar konduktor (b) 3 atau 4 cm. Pada saat menggunakan garis tengah kumparan kopling (V) = 2 atau 3 dengan jumlah pasang magnet yang sama yaitu 3, akan menghasilkan GGL Induksi () yang lebih besar dibandingkan pada saat V = 1. Demikian halnya dengan menggunakan 4 pasang magnet, dengan V = 1, b = 2 cm akan menghasilkan GGL Induksi () yang lebih kecil di bandingkan dengan menggunakan V = 2 atau 3 dengan b = 3cm atau 4 cm. Dan akan berlaku demikian untuk penggunaan 5 pasang atau 6 pasang magnet. Jadi dapat disimpulkan bila jumlah pasang magnet semakin besar, tegangan yang dihasilkan juga semakin besar, bila garis tengah kumparan kopling diperbesar, tegangan yang dihasilkan juga semakin besar, dan bila lebar konduktor diperbesar, tegangannya juga semakin besar. Secara teoritis hubungan V (garis tengah kumparan kopling), b (lebar konduktor) dan B (jumlah pasang magnet) berbanding lurus dengan nilai GGL Induksi ()Pada saat percobaan V =1, B = 3 pasang dengan b = 3 cm, menghasilkan GGL Induksi lebih besar dibandingkan dengan V= 1, B = 3 pasang dengan b = 4 cm. Hal ini kemungkinan dapat disebabkan karena pada waktu praktikum adanya kesalahan yang terjadi pada pengukuran dan kinerja alat-alat percobaan tersebut sehingga menyebabkan data yang dihasilkanjuga kurang presisi dan akurat, selain itu faktor posisi kemudi motor yang berada tidak pada posisi yang sama ketika pengulangan, dan tali sering keluar dari roda sehingga bergulungnya tidak teratur. Namun pada dasarnya, prinsip dari hasil percobaan tersebut sudah benar yaitu semakin besarnya nilai lebar konduktor (b), garis tengah kumparan kopling (V), dan jumlah pasang magnet (B), maka nilai tegangan/GGL Induksi () yang dihasilkan juga lebih besar

BAB VKESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan antara lain sebagai berikut : 1. GGL induksi dapat dipengaruhi oleh kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi.2. Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya arus listrik akibat adanya perubahan fluks magnetic.3. Tanda minus yang diperoleh saat percobaan menunjukkan Hukum Lenz yang menyatakan bahwa tegangan induksi akan menghasilkan fluks yang melawan medan awalnya.4. Semakin besar nilai lebar konduktor (b), garis tengah kumparan kopling (V), dan jumlah pasang magnet (B), maka nilai tegangan/GGL Induksi () yang dihasilkan juga lebih besar.

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, P . 1982. A Power system stability. U.S.A : The Iow State University Press.Dosen Fisika . 2010. Fisika 2 Listrik - Magnet- Gelombang Optika- Fisika Modern. Surabaya : YANASIKA FMIPA - ITSHalliday, David . 2011. Fundamentals of Physics 9th Edition. USA : John Wiley & Sons, Inc.

induksi elektromagnetik

Documents