BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Listrik dalam era industri merupakan
keperluan yang 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. Induksi elektromagnetik merupakan perubahan medan magnet
menjadi arus listrik. Konsep ini di temukan oleh Michael Faraday dan kini
konsep tersebut banyak digunakan dalam industri. Hal ini membuktikan bahwa
kontribusi sains dalam perkembangan teknologi dan peradaban sangatlah penting.
Faraday telah membuktikan bahwa arus listrik dapat dibangkitkan dengan
menggunakan medan magnet yang sedang
bergerak pada sebuah kumparan. Timbulnya arus listrik dapat diamati dengan
menyimpangnya jarum galvanometer.
1.2.
Tujuan
• Manfaat dalam kehidupan sehari-hari.
• Pencetus induksi elektromagnetik.
• Penerapan dalam kehidupan sehari-hari.
• Prinsip kerja induksi elektromagnetik.
1.3.
Manfaat
Saat ini
hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa
dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap memiliki fungsi yang
sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya, benda itu adalah sebuah ponsel
(telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja
tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim dan menerima pesan singkat
(sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel
dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling
berjauhan? Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang
elektromagnetik. Dan, konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas
tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi
lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi
tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.Sebagaimana yang telah
dibahas sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala
kelistrikan dan kemagnetan. Pertama, arus listrik dapat menghasilkan
(menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang
telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh
Ampere.Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1.
Penerapan Induksi
Elektromagnetik
Pada
induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik.
Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik. Pembangkit
energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator dan
dinamo. Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan
atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garis
gaya magnet dalam kumparan perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL
induksi pada kumparan. Energi mekanik yang
diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi
gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi
dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yang
berulang secara periodik.
2.2.
Generator
Generator
dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak-balik
(AC). Baik generator AC dan generator DC memutar kumparan di dalam medan magnet
tetap. Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan
berupa arus bolak-balik. Ciri generator (AC) menggunakan cincin ganda.
Generator-generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus searah.ciri generator
DC menggunakan cincin belah (komutator). Jadi, generator AC dapat diubah
menjadi generator DC dengan cara mengganti cincin ganda dengan sebuah
komutator. Sebuah generator AC kumparan berputar diantara kutub-kutub yang tak
sejenis dari dua magnet yang saling berhadapan. Kedua kutub magnet akan
menimbulkan medan magnet. Kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon
yang terdapat pada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yang
berputar (bergerak) disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagian generator yang
tidak bergerak disebut stator.
Bagaimanakah
generator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet
(membentuk sudut 0 derajat), belum terjadi
arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi. Pada saat
kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik
sampai kumparan membentuk sudut 90o. Saat itu posisi kumparan
tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL
induksi menunjukkan nilai maksimum.Selanjutnya, putaran kumparan terus
berputar, arus dan GGL makin berkurang. Ketika kumparan membentuk sudut 180o
kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan magnet, maka GGL induksi dan
arus induksi menjadi nol. Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan
mulai naik lagi dengan arah yang berlawanan.
Pada saat membentuk sudut 270o, terjadi lagi
kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan kuat arus
dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum lagi, namun arahnya berbeda. Putaran
kumparan selanjutnya, arus dan tegangan turun
perlahan-lahan hingga mencapai nol dan kumparan
kembali ke posisi semula hingga membentuk sudut
360o.
2.3.
Prinsip Kerja Generator
a.
Magnet
Untuk generator pembangkit tenaga
listrik yang besar biasanya menggunakan lebih dari satu magnet yang
berputar.Magnet yang digunakan biasanya magnet listrik.
b. Rotor
Rotor adalah bagian generator yang
berputar.
c. Stator
Stator adalah bagian generator yang
tidak berputar.Arus yang ditimbulkan oleh generator juga arus bolak-balik.
Generator
atau pembangkit listrik yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada
sepeda, biasanya dinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian
atas dinamo (bagian yang dapat berputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada
proses itulah terjadi perubalian energi gerak menjadi energi listrik. Generator
(dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi
elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday. Berkebalikan
dengan motor listrik, generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik
menjadi energi listrik.Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari
angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat
dibedakan menjadi dua rnacam, yaitu generator AC dan generator DC.Generator AC
menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah
(DC). Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan
alat-alat pemanas.
1)
Generator
AC
Bagian
utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan
(solenoida).cincin geser, dan sikat. Pada generator.perubahan garis gaya magnet
diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena
dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC.
OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC
ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua
sikat. Sebagaimana percobaan Faraday, GGL induksi yang ditimbulkan oleh
generator AC dapat diperbesar dengan cara:
·
memperbanyak
lilitan kumparan,
·
menggunakan
magnet permanen yang lebih kuat.
·
mempercepat
perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.
Contoh
generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo
sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang
disisipi besi lunak.Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan
GGL induksi pada kumparan.Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada
kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan.lampu tersebut akan dilalui arus
induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang
jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).
2)
Generator
DC
Prinsip
kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC
arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan
pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
2.4.
Dinamo.
Dinamo
dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus
bolak-balik (AC). Prinsip kerja dinamo sama dengan generator yaitu memutar
kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian
dinamo yang berputar disebut rotor. Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut
stator.
Perbedaan
antara dinamo DC dengan dinamo AC terletak pada cincin yang digunakan. Pada
dinamo arus searah menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua yang
disebut cincin belah (komutator). Cincin ini memungkinkan arus listrik yang
dihasilkan pada rangkaian luar Dinamo berupa arus searah walaupun di dalam
dinamo sendiri menghasilkan arus bolak-balik. Adapun, pada dinamo arus
bolak-balik menggunakan cincin ganda (dua cincin). Alat pembangkit listrik arus
bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda.
Tenaga
yang digunakan untuk memutar rotor adalah roda sepeda. Jika roda berputar,
kumparan atau magnet ikut berputar. Akibatnya, timbul GGL induksi pada
ujung-ujung kumparan dan arus listrik mengalir. Makin cepat gerakan roda
sepeda, makin cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL
induksi dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu,
nyala lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara
putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan
diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.
2.5.
PRINSIP
KERJA DINAMO
1. Dinamo
Bagian utama dinamo:
a. Sebuah kumparan (C)
b. Sebuah cincin geser (A)
c. Sikat (B)
d. Magnet
Sedangkan langkah-langkah kerja
dinamo adalah sebagai berikut:
a. Sebuah kumparan berputar dalam medan
magnet.
b. Tiap-tiap ujung kawat kumparan
dihubungkan dengan sebuah “cincin geser”.
c. Cincin geser tersebut menempel
sebuah sikat.
d. Bila kumparan diputar maka dalam
kumparan itu timbul GGL AC. GGL AC ini menimbulkan arus AC di dalam rangkaian
dinamo.
Dinamo
arus bolak-balik dapat diubah menjadi dinamo arus searah dengan menggunakan
cincin belah atau komutator. Dinamo arus searah pada prinsipnya sama dengan
motor arus searah. Jadi dinamo arus searah dapat dipakai sebagai motor arus
searah. Demikian pula sebaliknya.
2.6.
Transformator
Di rumah
mungkin kamu pernah dihadapkan persoalan tegangan listrik, ketika kamu akan
menghidupkan radio yang memerlukan tegangan 6 V atau 12 V. Padahal tegangan
listrik yang disediakan PLN 220 V. Bahkan generator pembangkit listrik
menghasilkan tegangan listrik yang sangat tinggi mencapai hingga puluhan ribu
volt. Kenyataannya sampai di rumah tegangan listrik tinggal 220 V. Bagaimanakah
cara mengubah tegangan listrik? Alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan AC disebut transformator (trafo). Trafo memiliki dua
terminal, yaitu terminal input dan terminal output.Terminal input terdapat pada
kumparan primer. Terminal output terdapat pada kumparan sekunder. Tegangan
listrik yang akan diubah dihubungkan dengan terminal input. Adapun, hasil
pengubahan tegangan diperoleh pada terminal output.Prinsip kerja transformator
menerapkan peristiwa induksi elektromagnetik. Jika pada kumparan primer dialiri
arus AC, inti besi yang dililiti kumparan akan menjadi magnet (elektromagnet).
Karena arus AC, pada elektromagnet selalu terjadi perubahan garis gaya magnet.
Perubahan garis gaya tersebut akan bergeser ke kumparan sekunder. Dengan
demikian, pada kumparan sekunder juga terjadi perubahan garis gaya magnet. Hal
itulah yang menimbulkan GGL induksi pada kumparan sekunder.Adapun, arus induksi
yang dihasilkan adalah arus AC yang besarnya sesuai dengan jumlah lilitan
sekunder. Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang
berlapis-lapis, kumparan primer, dan kumparan sekunder. Kumparan primer yang
dihubungkan dengan PLN sebagai tegangan masukan (input) yang akan dinaikkan
atau diturunkan. Kumparan sekunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan
keluaran (output).
2.7.
Macam-Macam
Transformator
Apabila
tegangan terminal output lebih besar daripada tegangan yang diubah, trafo yang
digunakan berfungsi sebagai penaik tegangan. Sebaliknya apabila tegangan
terminal output lebih kecil daripada tegangan yang diubah, trafo yang digunakan
berfungsi sebagai penurun tegangan. Dengan demikian, transformator
(trafo) dibedakan menjadi dua, yaitu trafo step up dan trafo step down.
Trafo
step up adalah
transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan AC. Trafo ini memiliki
ciri-ciri:
a. Jumlah
lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder,
b. Tegangan
primer lebih kecil daripada tegangan sekunder,
c. Kuat
arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder.
Trafo step
down adalah transformator yang
berfungsi untuk menurunkan tegangan AC. Trafo ini memiliki ciri-ciri:
a. jumlah
lilitan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder.
b.
tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder,
c.
kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder.
2.8.
Transformator
Ideal
Besar
tegangan dan kuat arus pada trafo bergantung banyaknya lilitan. Besar tegangan sebanding
dengan jumlah lilitan. Makin banyak jumlah lilitan tegangan yang dihasilkan
makin besar. Hal ini berlaku untuk lilitan primer dan sekunder. Hubungan antara
jumlah lilitan primer dan sekunder dengan tegangan primer dan tegangan sekunder
dirumuskan Trafo dikatakan ideal jika tidak ada energi yang hilang menjadi
kalor, yaitu ketika jumlah energi yang masuk pada kumparan primer sama dengan
jumlah energi yang keluar pada kumparan sekunder. Hubungan antara tegangan
dengan kuat arus pada kumparan primer dan sekunder dirumuskan Jika
kedua ruas dibagi dengan t, diperoleh rumus Dalam hal ini faktor (V
× I) adalah daya (P) transformator.
Berdasarkan
rumus-rumus di atas, hubungan antara jumlah lilitan primer dan sekunder dengan
kuat arus primer dan sekunder dapat dirumuskan sebagai berikut.
2.9.
Efisiensi
Transformator
Pada kenyataannya trafo tidak pernah ideal. Jika trafo
digunakan, selalu timbul energi kalor. Dengan demikian, energi listrik yang
masuk pada kumparan primer selalu lebih besar daripada energi yang keluar pada
kumparan sekunder.Akibatnya, daya primer lebih besar daripada daya
sekunder.Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo ditentukan oleh
besarnya efisiensi trafo.Perbandingan antara daya sekunder dengan daya primer
atau hasil bagi antara energi sekunder dengan energi primer yang dinyatakan
dengan persen disebut efisiensi trafo. Efisiensi trafo dinyatakan dengan η
.
2.10.
Prinsip
Kerja Transformator (Trafo)
Transformator
adalah sebuah alat untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak balik.
Transformator sering disebut trafo. Sebuah transformator terdiri atas sebuah
inti besi. Pada inti besi digulung dua lilitan, yaitu kumparan primer dan kumparan
sekunder.
Prinsip kerja tranformator adalah
sebagai berikut:
1. Kumparan primer dihubungkan kepada
sumber tegangan yang hendak diubah besarnya. Karena tegangan primer itu
tegangan bolak-balik, maka besar dan arah tegangan itu berubah-ubah.
2. Dalam inti besi timbul medan magnet
yang besar dan arahnya berubah-ubah pula. Perubahan medan magnet ini menginduksi
tegangan bolakbalik pada kumparan sekunder.
3. Dari sebuah percobaan dapat
ditunjukkan, bahwa:
·
Perbandingan
antara tegangan primer, Vp, dengan tegangan sekunder, Vs sama dengan
perbandingan antara jumlah lilitan primer, Np, dan lilitan sekunder, Ns.
·
Perbandingan
antara kuat arus primer, Ip, dengan kuat arus sekunder, Is, sama dengan perbandingan
jumlah lilitan sekunder dengan lilitan primer.
Ada dua hal perlu dipahami untuk
transformator ini, yaitu:
1.
Transformator
hanya digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan arus bolak-balik (AC)
dan tidak untuk arus searah (DC).
2.
Transformator
tidak dapat memperbesar daya listrik yaitu tidak dapat memperbesar banyaknya
daya yang masuk ke dalam transformator tersebut.
2 .11. Penggunaan
Transformator
Banyak
peralatan listrik di rumah yang menggunakan transformator step down. Trafo
tersebut berfungsi untuk menurunkan tegangan listrik PLN yang besarnya 220 V
menjadi tegangan lebih rendah sesuai dengan kebutuhan.Sebelum masuk rangkaian
elektronik pada alat, tegangan 220 V dari PLN dihubungkan dengan trafo step
down terlebih dahulu untuk diturunkan. Misalnya kebutuhan peralatan listrik 25
V. Jika alat itu langsung dihubungkan dengan PLN, alat itu akan rusak atau
terbakar. Namun, apabila alat itu dipasang trafo step down yang mampu mengubah
tegangan 220 V menjadi 25 V, alat itu akan terhindar dari kerusakan. Ada
beberapa alat yang menggunakan transformator antara lain catu daya, adaptor,
dan transmisi daya listrik jarak jauh.
a.
Power
supply (catu daya)
Catu
daya merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan tegangan AC yang rendah.
Catu daya menggunakan trafo step down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan
220 V menjadi beberapa tegangan AC yang besarnya antara 2 V sampai 12V
b.
Adaptor
(penyearah arus)
Adaptor
terdiri atas trafo step down dan rangkaian penyearah arus listrik yang berupa
diode. Adaptor merupakan catu daya yang ditambah dengan penyearah arus.Fungsi
penyearah arus adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC.
c.
Transmisi
daya listrik jarak jauh
Pembangkit
listrik biasanya dibangun jauh dari permukiman penduduk. Proses pengiriman daya
listrik kepada pelanggan listrik (konsumen) yang jaraknya jauh disebut
transmisi daya listrik jarak jauh. Untuk menyalurkan energi listrik ke konsumen
yang jauh, tegangan yang dihasilkan generator pembangkit listrik perlu
dinaikkan mencapai ratusan ribu volt. Untuk itu, diperlukan trafo step up.
Tegangan tinggi ditransmisikan melalui kabel jaringan listrik yang panjang
menuju konsumen.Sebelum masuk ke rumah-rumah penduduk tegangan diturunkan
menggunakan trafo step down hingga menghasilkan 220 V. Transmisi daya listrik
jarak jauh dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan besar dan arus yang
kecil. Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu energi yang
hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar yang diperlukan
dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.
BAB
III
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
·
Induksi elektromagnetik
diterapkan pada: generator, dinamo, dan trafo.
·
Fungsi generator atau
dinamo adalah untuk mengubah energi kinetik menjadi energi listrik.
·
Fungsi transformator
atau trafo adalah menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Untuk menaikkan
tegangan listrik digunakan trafo step-up, sedangkan untuk menurunkan tegangan
listrik digunakan trafo step-down.
·
Pada transformator
ideal berlaku rumus8. Untuk transformator yang tidak ideal berlaku rumus
efisiensi9. Transformator digunakan pada catu daya, adaptor, dan instalasi
transmisi daya listrik jarak jauh
·
Transmisi daya listrik
jarak jauh dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan yang besar dan arus yang
kecil. Dengan cara ini akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu energi yang
hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar yang diperlukan
dapat lebih kecil serta harganya lebih murah.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar