Gambar Sampul IPA · Bab 12 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
IPA · Bab 12 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
SukisWariyono, dkk

22/08/2021 04:42:20

SMP 9 KTSP

Lihat Katalog Lainnya
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?