Halaman
Induksi Elektromagnetik
207
INDUKSI
ELEKTROMAGNETIK
Bab 12
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.
Seandainya transformator belum ditemukan, berapa
ekor kuda yang diperlukan untuk penerangan sebuah
kota?
Fenomena pemindahan listrik akan kamu pelajari
pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari
pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi.
Pretest
1. Bagaimanakah cara membuat elektromagnetik?
2. Apakah kegunaan galvanometer?
3. Berilah contoh alat yang dapat mengubah energi gerak menjadi
energi listrik.
Sumber:
Jendela Iptek
, 2001
Kata-Kata Kunci
– arus induksi
– generator
– dinamo
– GGL induksi
– efisiensi transformator
–
transformator
– fluks magnetik
– transmisi daya listrik
208
Mari BIAS 3
Induksi Elektromagnetik
209
Adakah pusat pembangkit listrik di dekat rumahmu? Pem-
bangkit listrik biasanya terletak jauh dari permukiman penduduk.
Untuk membawa energi 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. Pernahkah kamu
melihat tabung berwarna biru yang dipasang pada tiang listrik? Alat
tersebut adalah transformator yang berfungsi untuk menaikkan dan
menurunkan tegangan. Bagaimanakah cara menaikkan dan menu-
runkan tegangan listrik? Untuk memahami hal ini pelajari uraian
berikut.
A. GGL INDUKSI
Pada bab sebelumnya, kamu sudah mengetahui bahwa kelis-
trikan dapat menghasilkan kemagnetan. Menurutmu, dapatkah ke-
magnetan menimbulkan kelistrikan?
Kemagnetan 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 sangat sederhana. Sebuah magnet yang
digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan
arus listrik pada kumparan itu. Untuk lebih memahami timbulnya
listrik dari magnet, cobalah kamu melakukan kegiatan berikut.
Sebelumnya bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-
laki dan 2 perempuan.
Tujuan:
Mengamati terjadinya arus listrik yang ditimbulkan sebuah
magnet.
Alat dan Bahan:
– Kumparan 500
lilitan
– Galvanometer
– Magnet batang
– Kabel
Cara Kerja:
1. Rangkailah alat seperti gambar.
2. Gerakkan kutub utara magnet batang masuk keluar pada
kumparan dan amati jarum galvanometer.
3. Baliklah magnet batang dan gerakkan kutub selatan masuk
keluar pada kumparan dan amati jarum galvanometer.
4. Diamkan magnet batang dalam kumparan dan amati jarum
galvanometer.
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
menjelaskan hubungan
antara pergerakan
garis medan magnetik
dengan terjadinya GGL
induksi melalui
percobaan
.
Tujuan Pembelajaran
210
Mari BIAS 3
Pertanyaan:
1. Bagaimanakah gerak jarum galvanometer pada saat:
a. kutub utara dimasuk-keluarkan kumparan,
b. kutub selatan dimasuk-keluarkan kumparan,
c . magnet diam di dalam kumparan?
2. Menunjukkan hal apakah gerak jarum galvanometer?
3. Diskusikan pengamatan kelompokmu. Tuliskan ke-
simpulannya di buku kerjamu.
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 GGL induksi. Arus listrik hanya timbul pada
saat magnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di
ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.
1. Penyebab Terjadinya GGL Induksi
Ketika 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-ujung
kumparan. 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 kum-
paran 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 ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir
dan menggerakkan 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.
kumparan
magnet batang
Galvanometer
U
Induksi Elektromagnetik
211
Ketika kutub utara magnet 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 gaya
magnet (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 disebut induksi
elektromagnetik. Coba sebutkan bagaimana cara memperlakukan
magnet dan kumparan agar timbul GGL induksi?
2. Faktor yang Memengaruhi Besar GGL Induksi
Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat dilihat pada besar
kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudut
penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus in-
duksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGL
induksi? Untuk memahami hal ini, cobalah kamu melakukan
Kegiatan 12.2. Sebelumnya, bentuklah satu kelompok yang terdiri 4
siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.
Galvanometer
US
diam
I
Galvanometer
U
S
U
S
magnet keluar
S
Gambar 12.1
Gerak masuk keluarnya magnet di dalam kumparan
I
Galvanometer
S
U
U
S
magnet masuk
(a)
(b)
(c)
Tujuan:
Menyelidiki faktor yang memengaruhi besar GGL induksi
Alat dan Bahan:
– Kumparan 500 dan 1.200 lilitan
– Galvanometer
– Dua magnet batang
– Kabel
212
Mari BIAS 3
1. Apakah penyebab terjadinya GGL in-
duksi?
2. Mengapa magnet yang diam di dalam
kumparan tidak menimbulkan GGL
induksi?
3. Apakah perubahan bentuk energi yang
terjadi pada peristiwa induksi elektro-
magnetik?
4. Sebutkan tiga cara memperbesar arus
induksi.
Apabila dilakukan dengan cermat, percobaan di atas akan
menunjukkan bahwa penyimpangan jarum galvanometer makin
besar ketika gerakan magnet dipercepat, jumlah lilitan diperbanyak,
atau magnet diperbanyak. Jadi, ada tiga faktor yang memengaruhi
GGL induksi, yaitu
1. kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah
garis-garis gaya magnet (fluks magnetik),
2. jumlah lilitan,
3. medan magnet.
Cara Kerja:
1. Rangkailah kumparan 500 lilitan dengan galvanometer
hingga membentuk rangkaian tertutup.
2. Gerakkan magnet batang masuk-keluar pada kumparan 500
lilitan pelan-pelan dan amati penyimpangan jarum galvano-
meter.
3. Gerakkan magnet batang keluar-masuk pada kumparan
dengan cepat dan amati penyimpangan jarum galvanometer.
4. Gunakan dua magnet batang dengan gerakan seperti cara
kerja nomor 2 dan amati jarum galvanometer.
5. Gerakkan magnet batang keluar-masuk pada kumparan
1.200 lilitan dengan gerakan seperti cara kerja nomor 2.
6. Catatlah hasil pengamatanmu pada tabel di dalam buku
kerjamu.
Pertanyaan:
1. Pada data di atas, bilamanakah menghasilkan simpangan ja-
rum galvanometer terbesar?
2. Faktor-faktor apa sajakah yang dapat memperbesar GGL
induksi?
3. Diskusikan hasil pengamatan kelompokmu. Nyatakan ke-
simpulannya di buku kerjamu.
Induksi Elektromagnetik
213
B. PENERAPAN INDUKSI ELEKTRO-
MAGNETIK
Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi
gerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik digunakan pada
pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerap-
kan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalam
generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet.
Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terja-
dinya 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.
1. 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 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 di antara 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 (mem-
bentuk sudut 0
0
), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL
induksi (perhatikan Gambar 12.2). Pada saat kumparan berputar
perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan
membentuk sudut 90
0
. 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 mem-
bentuk sudut 180
0
kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan
magnet, maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol.
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
menjelaskan prinsip
kerja dinamo/generator.
Tujuan Pembelajaran
S
Gambar 12.2
Bagan ge-
nerator AC
putaran
cincin
ganda
sikat
karbon
U
S
214
Mari BIAS 3
Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik
lagi dengan arah yang berlawanan. Pada saat membentuk sudut
270
o
, 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 men-
capai nol dan kumparan kembali ke posisi semula hingga mem-
bentuk sudut 360
o
.
2. 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 kum-
paran 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.
S
Gambar 12.4
Dinamo sepeda
magnet berputar
roda sepeda
kumparan
arus listrik menya-
lakan lampu
S
Gambar 12.3 a. Bagan dinamo AC, b. Bagan dinamo DC
magnet
putar
U
S
komutator
Galvanometer
b.
a.
magnet
putar
cincin
ganda
sikat karbon
Galvanometer
U
S
Induksi Elektromagnetik
215
C. TRANSFORMATOR
Di rumah mungkin kamu pernah dihadapkan persoalan te-
gangan listrik, ketika kamu akan menghidupkan radio yang memer-
lukan tegangan 6 V atau 12 V. Padahal tegangan listrik yang disedia-
kan 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.
1. Perubahan energi apakah yang terjadi
pada generator dan dinamo?
2. Apakah yang dimaksud komutator dan
apa fungsinya?
3. Bagaimanakah cara mengubah dinamo
AC menjadi dinamo DC?
4. Apakah yang kamu lakukan agar GGL
induksi yang dihasilkan generator
membesar?
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
$
menjelaskan prinsip
sederhana cara kerja
transformator;
$
menunjukkan
hubungan antara
pergeseran garis
medan magnetik
dengan terjadinya
GGL induksi
Tujuan Pembelajaran
S
Gambar 12.5
Susunan sebuah trafo
AC
input
kumparan
primer
inti besi
simbol transformator
AC
output
kumparan
sekunder
216
Mari BIAS 3
Tujuan:
Mengetahui prinsip kerja transformator.
Alat dan Bahan:
– Inti besi
– Voltmeter
– Kertas
– Penghantar
– Catu daya
Cara Kerja:
1. Lilitkanlah penghantar pada inti besi.
2. Tutuplah lilitan pada inti besi dengan kertas. Selanjutnya
lilitkanlah penghantar pada gulungan kertas seperti
gambar.
3. Pasangkanlah rangkaian alat tersebut pada catu daya.
4. Amatilah jarum pada voltmeter.
Pertanyaan:
1. Bagaimanakah jarum penunjuk pada voltmeter? Mengapa
demikian?
2. Catatlah kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu.
V
catu daya
Bagian utama transformator ada tiga, yaitu inti besi yang
berlapis-lapis, kumparan primer, dan kumparan sekunder. Kum-
paran primer yang dihubungkan dengan PLN sebagai tegangan ma-
sukan (input) yang akan dinaikkan atau diturunkan. Kumparan se-
kunder dihubungkan dengan beban sebagai tegangan keluaran
(output).
1. Macam-Macam Transformator
Apabila tegangan terminal output lebih besar daripada te-
gangan 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 se-
kunder,
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 se-
kunder,
Untuk lebih memahami cara kerja transformator lakukan
kegiatan berikut secara berkelompok. Sebelumnya bentuklah satu
kelompok yang terdiri atas 4 siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.
S
Gambar 12.6 Skema sebuah
trafo step up
V
input
V
output
S
Gambar 12.7 Skema sebuah
trafo step down
V
input
V
output
Induksi Elektromagnetik
217
b. tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder,
c . kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder.
2. Transformator Ideal
Besar tegangan dan kuat arus pada trafo bergantung ba-
nyaknya 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
s
p
s
p
N
N
V
V
=
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
W
p
=
W
s
V
p
×
I
p
×
t
=
V
s
×
I
s
×
t
Jika kedua ruas dibagi dengan
t
, diperoleh rumus
V
p
×
I
p
=
V
s
×
I
s
s
p
V
V
=
p
s
I
I
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
p
s
s
p
I
I
N
N
=
Dengan demikian untuk transformator ideal akan berlaku
persamaan berikut.
s
p
p
s
s
p
N
N
I
I
V
V
==
Dengan:
V
p
= tegangan primer (tegangan input =
V
i
) dengan satuan volt (V)
V
s
= tegangan sekunder (tegangan output =
V
o
) dengan satuan
volt (V)
N
p
= jumlah lilitan primer
N
s
= jumlah lilitan sekunder
I
p
= kuat arus primer (kuat arus input =
I
i
) dengan satuan
ampere (A)
I
s
= kuat arus sekunder (kuat arus output =
I
o
) dengan satuan
ampere (A)
218
Mari BIAS 3
1. Sebuah trafo
digunakan untuk
menaikkan tegangan
AC dari 12 V menjadi
120 V. Hitunglah:
a. kuat arus primer,
jika kuat arus
sekunder 0,6 A,
b. jumlah lilitan
sekunder, jika
jumlah lilitan
primer 300.
Penyelesaian:
Diketahui:
V
p
= 12 V
I
s
= 0,6 A
V
s
= 120 V
N
p
= 300
Ditanya: a.
I
P
=
... ?
b.
N
s
=
... ?
Jawab:
a.
AI
I
I
I
V
V
p
p
p
s
s
p
6
6,0
120
12
=
=
=
b.
12
300
120
3.000
pp
ss
s
s
VN
VN
N
N
=
=
=
Jadi, kuat arus primernya 0,6 A dan kumparan sekunder
terdiri atas 3.000 lilitan.
2. Sebuah transformator
dihubungkan dengan
PLN pada tegangan
100 V menyebabkan
kuat arus pada kum-
paran primer 10 A.
Jika perbandingan
jumlah lilitan primer
dan sekunder 1 : 25,
hitunglah:
a. tegangan pada
kumparan
sekunder,
b. kuat arus pada
kumparan
sekunder.
Penyelesaian:
Diketahui:
25
1
10
100
=
=
=
s
p
p
p
N
N
AI
VV
Ditanya: a.
V
s
= ... ?
b.
I
s
= ... ?
Jawab:
a.
V
V
V
N
N
V
V
s
s
s
p
s
p
500
.2
25
1
100
=
=
=
b.
1
25
10
10
25
04
p
s
sp
s
s
N
I
NI
I
I
,A
=
=
=
=
Jadi, tegangan sekundernya 2.500 V dan kuat arus sekun-
dernya 0,4 A.
Induksi Elektromagnetik
219
3. Efisiensi Transformator
Di bagian sebelumnya kamu sudah mempelajari trans-
formator atau trafo yang ideal. Namun, 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 sekun-
der. Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo ditentu-
kan oleh besarnya efisiensi trafo.
Perbandingan antara daya sekunder dengan daya primer atau
hasil bagi antara energi sekunder dengan energi primer yang dinyata-
kan dengan persen disebut efisiensi trafo. Efisiensi trafo dinyatakan
dengan
η
. Besar efisiensi trafo dapat dirumuskan sebagai berikut.
%
P
P
η
%
W
W
η
p
s
p
s
100
100
×=
×=
%
IN
IN
η
%
IV
IV
η
pp
ss
pp
ss
100
100
×
×
×
=
×
×
×
=
1. Sebuah trafo arus pri-
mer dan sekundernya
masing-masing 0,8 A
dan 0,5 A. Jika jumlah
lilitan primer dan
sekunder masing-
masing 100 dan 800,
berapakah efisiensi
trafo?
Penyelesaian:
Diketahui:
I
p
= 0,8 A
N
p
= 1.000
I
s
= 0,5 A
N
s
= 800
Ditanya:
η
= ... ?
Jawab:
%50100
800
400
100
80000.1
50800
100
=×=
×
×
×
=
×
×
×
=
%
%
,
,
η
%
IV
IN
η
pp
ss
Jadi, efisiensi trafo sebesar 50%.
2. Efisiensi sebuah trafo
60%. Jika energi
listrik yang
dikeluarkan 300 J,
berapakah energi
listrik yang masuk
trafo?
Penyelesaian:
Diketahui:
η
= 60%
W
s
= 300 J
Ditanya:
W
p
= ... ?
220
Mari BIAS 3
S
Gambar 12.8
Catu daya
teras
besi
220 V
AC
2 V
6 V
9 V
12 V
AC
Jawab:
J
W
W
%
W
%
%
W
W
η
p
p
p
p
s
500
6
000.3
000.3
6
100
300
60
100
==
=
×=
×=
Jadi, energi yang masuk trafo sebesar 500 J.
1. Tegangan primer dan sekunder sebuah
trafo masing-masing 10 V dan 200 V.
Jika jumlah lilitan sekunder 6.000,
berapakah jumlah lilitan primer?
2. Sebuah trafo step down digunakan
untuk mengubah tegangan AC dari 220
V menjadi 20 V. Berapakah:
a. perbandingan jumlah lilitan primer
dan sekunder;
b. jumlah lilitan sekunder, jika jumlah
lilitan primer 100?
3. Manakah yang lebih bagus kualitasnya
trafo A efisiensinya 85% dan trafo B
yang efisiensinya 90%? Mengapa? Co-
ba jelaskan.
4. Penggunaan Transformator
Banyak peralatan listrik di rumah yang menggunakan
transformator step down. Trafo tersebut berfungsi untuk menu-
runkan 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 meng-
hasilkan tegangan AC yang rendah. Catu daya menggunakan trafo
step down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan 220 V men-
jadi beberapa tegangan AC yang besarnya antara 2 V sampai 12 V.
Induksi Elektromagnetik
221
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.
Sumber:
Dok. Penerbit
S
Gambar 12.9
Adaptor
S
Gambar 12.10
Transmisi daya listrik jarak jauh menggunakan trafo step up dan step down
generator
trafo step up
33 kV
industri berat
11 kV
industri
ringan
450 V
gardu induk
trafo step down
220 V
1. Apakah perbedaan antara catu daya dengan adaptor?
2. Mengapa transmisi daya listrik jarak jauh menggunakan trafo?
222
Mari BIAS 3
1. Menurut Faraday, adanya perubahan medan magnet pada suatu
kumparan dapat menimbulkan gaya gerak listrik.
2. Besar GGL induksi bergantung pada tiga faktor, yaitu
a. kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet,
b. jumlah lilitan,
c . kuat medan magnet.
3. Arah arus induksi dalam kumparan selalu sedemikian rupa sehingga
menghasilkan medan magnet yang menentang sebab-sebab yang
menimbulkannya.
4. Induksi elektromagnetik diterapkan pada: generator, dinamo, dan trafo.
5. Fungsi generator atau dinamo adalah untuk mengubah energi kinetik
menjadi energi listrik.
6. 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.
7. Pada transformator ideal berlaku rumus
s
p
p
s
s
P
N
N
I
I
V
V
==
8. Untuk transformator yang tidak ideal berlaku rumus efisiensi
•
η
=
P
S
W
W
×
100%
•
η
=
pp
ss
IN
IN
×
×
×
100%
•
η
=
P
s
P
P
×
100%
•
η
=
%100
×
×
×
pp
ss
IV
IN
9. Transformator digunakan pada catu daya, adaptor, dan instalasi
transmisi daya listrik jarak jauh
10. 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.
Induksi Elektromagnetik
223
alternator
:
suatu generator untuk menghasilkan arus listrik bolak-
balik.
arus induksi
:
arus yang ditimbulkan oleh induksi magnet dalam
kumparan.
dinamo
:
pesawat pembangkit tenaga listrik atau sering disebut
generator.
fluks magnetik
:
banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu
bidang.
induksi
elektromagnetik
:
peristiwa timbulnya arus listrik akibat adanya perubahan
fluks magnetik.
GGL induksi
:
beda potensial di antara kedua ujung kumparan yang
ditimbulkan karena adanya induksi elektromagnet.
komutator
:
bagian dari motor listrik atau generator arus searah yang
dihubungkan dengan kumparan rangkaian luar.
transmisi
:
penyebaran.
Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamu
A. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.
1. Magnet yang diam di dalam kumparan
tidak menghasilkan GGL induksi karena
....
a. dalam kumparan terjadi perubahan
fluks magnetik
b. dalam kumparan tidak terjadi perubah-
an fluks magnetik
c . dalam kumparan tidak terjadi medan
magnet
d. di dalam kumparan terjadi kehilangan
sifat kemagnetannya
Apabila kamu sudah membaca isi bab ini dengan baik, seha-
rusnya kamu sudah dapat mengerti tentang hal-hal berikut.
1. Cara membangkitkan GGL induksi.
2. Penerapan induksi elektromagnetik.
3. Menentukan efisiensi transformator.
Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakan
pada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.
224
Mari BIAS 3
8. Gambar berikut yang dapat menimbul-
kan GGL induksi paling besar adalah ....
a.
b.
c.
d.
9. Alat berikut yang menerapkan GGL
induksi adalah ....
a. generator, dinamo, akumulator, trans-
formator
b. generator, dinamo, induktor Ruhm-
korf, transformator
c . generator, motor listrik, transistor,
transformator
d. adaptor, dinamo, resistor, catu daya
10. Induksi elektromagnetik menghasilkan
arus ....
a. DC
c. lemah
b. AC
d. kuat
11. Perbedaan antara generator AC dengan
DC adalah ....
a. generator AC menggunakan cincin be-
lah
b. generator DC menggunakan dua cin-
cin
c . generator AC menggunakan interuptor
d. generator DC menggunakan komuta-
tor
G
G
G
G
2. Arus listrik yang terjadi akibat perubahan
jumlah garis-garis gaya magnet disebut
....
a. arus lemah
c. arus induksi
b. arus kuat
d. arus searah
3. Beda potensial listrik yang ditimbulkan
akibat perubahan fluks magnetik disebut
....
a. GGL sumber
c .
GGL induksi
b. GGL elemen
d. GGL jepit
4. Peristiwa induksi elektromagnetik meng-
ubah energi ....
a. listrik menjadi energi gerak linier
b. gerak linier menjadi energi listrik
c . gerak rotasi menjadi energi listrik
d. listrik menjadi energi gerak rotasi
5. Berikut ini yang
tidak
memengaruhi
besar GGL induksi adalah ....
a. kecepatan gerakan magnet
b. jumlah lilitan
c . hambatan kawat
d. besarnya magnet
6. Berikut ini jika dilakukan tidak dapat
menimbulkan arus induksi adalah ....
a. magnet bergerak di samping kum-
paran
b. kumparan bergerak di dekat magnet
diam
c . kumparan diam di dekat magnet
d. kumparan berputar di dekat magnet
7. Alat berikut yang digunakan untuk me-
nimbulkan GGL induksi adalah ....
a. kumparan, galvanometer, penghantar,
dan magnet
b. kumparan, termometer, kabel, dan
magnet
c . galvanometer, akumulator, kabel, dan
magnet
d. generator, komutator, penghantar, dan
magnet
Induksi Elektromagnetik
225
12. Pernyataan berikut yang tidak benar
untuk sebuah trafo adalah ....
a. trafo bekerja berdasarkan induksi
elektromagnetik
b. perubahan fluks magnetik pada kum-
paran primer menyebabkan GGL in-
duksi pada kumparan sekunder
c . trafo digunakan untuk merubah te-
gangan AC menjadi lebih tinggi atau le-
bih rendah
d. trafo juga dapat digunakan untuk me-
naikkan dan menurunkan tegangan
DC
13. Jika jumlah kumparan primer lebih ba-
nyak daripada kumparan sekunder, per-
nyataan berikut yang tidak tepat adalah
....
a. tegangan input lebih besar daripada
tegangan output
b. kuat arus primer lebih kecil daripada
kuat arus sekunder
c . jenis trafo yang digunakan step up
karena kuat arus primer lebih besar
daripada kuat arus sekunder
d. jenis trafo yang digunakan step down
karena kuat arus primer lebih kecil dari
pada kuat arus sekunder
14. Gambar berikut yang menyatakan jenis
trafo step up adalah ....
a.
c .
b.
d.
15. Sebuah trafo jumlah lilitan primer dan
sekundernya masing-masing 500 dan
400 lilitan. Jika tegangan primernya
220 V, tegangan sekundernya adalah ....
a. 375 V
c. 196 V
b. 275 V
d. 176 V
16. Perbandingan antara jumlah lilitan primer
dan sekunder sebuah trafo 5 : 3. Jika
kuat arus outputnya 3 A, kuat arus pri-
mernya adalah ....
a. 1,8 A
c. 15 A
b. 5,0 A
d. 45 A
17. Sebuah trafo memiliki efisiensi 75%.
Tegangan inputnya 220 V dan tegangan
outputnya 110 V. Jika kuat arus primer
yang mengalir 2 A, kuat arus sekun-
dernya adalah ....
a. 5 A
c. 2 A
b. 4 A
d. 3 A
18. Berikut ini yang
tidak
memengaruhi
kualitas trafo adalah ....
a. hambatan kumparan
b. arah medan magnet
c . kebocoran medan magnet
d. arus pusar
19. Trafo yang terdapat pada pesawat TV
digunakan untuk ....
a. menaikkan tegangan 220 AC
b. menstabilkan tegangan 220 AC
c . menurunkan tegangan 220 AC
d. menyearahkan tegangan 220 AC
menjadi DC
20. Berikut ini yang
bukan
keuntungan
transmisi daya listrik jarak jauh dengan
tegangan tinggi adalah ....
a. energi listrik yang hilang dapat diper-
kecil
b. kabel yang digunakan ukurannya kecil
c . arus yang mengalir menjadi kecil
d. hambatan kabel besar
V
i
V
i
V
i
V
i
V
o
V
o
V
o
V
o
B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas.
1. Mengapa magnet yang digerakkan di se-
kitar kumparan, pada kedua ujung kum-
paran dapat mengakibatkan GGL in-
duksi?
2. Bagaimanakah cara memperbesar arus
induksi?
3. Sebutkan lima cara menimbulkan GGL
induksi.
226
Mari BIAS 3
4. Sebutkan empat alat yang menerapkan
induksi elektromagnetik.
5. Jelaskan prinsip kerja generator arus
searah.
6. Sebutkan perbedaan antara trafo step up
dengan trafo step down.
7. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi
efisiensi trafo.
8. Sebutkan upaya yang dilakukan untuk
membuat kualitas trafo tinggi.
9. Tegangan sekunder trafo 330 V dan per-
bandingan jumlah lilitan primer dan se-
kunder 1 : 3. Tentukan tegangan primer
trafo.
10. Sebuah trafo tegangan primer dan
sekundernya 220 V dan 55 V. Jika kuat
arus primer 0,5 A dan kuat arus sekunder
1,5, berapakah efisiensi trafo?