Gambar Sampul IPA · Bab VIII Induksi Elektromagnetik
IPA · Bab VIII Induksi Elektromagnetik
Wasis

24/08/2021 14:36:08

SMP 9 K 13

Lihat Katalog Lainnya
Halaman

Induksi Elektromagnetik

175

VIII

Induksi Elektromagnetik

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

1234567890123456789012345678901212345678901234567890123456789012123456789012345678901234567890121234567890123456789012345678901

Tenaga listrik dapat dibangkitkan dengan generator. Apa hubungannya generator dengan

induksi elektromagnetik? Arus listrik bagaimana yang dapat dihasilkan beberapa tiang listrik

ada yang dipasangi alat yang disebut transformator. Apa gunanya transformator.

Mari kita pahami penerapan konsep kemagnetan dalam kehidupan sehari-hari. Dalam

pembelajaran bab ini, kamu dapat menjelaskan prinsip kerja beberapa alat berdasarkan prinsip

induksi elektromagnetik.

176

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

Kata Kunci

Generator

>

>

Generator AC

>

Generator DC

>

Banyaknya

lilitan kumparan

>

Kecepatan

gerak magnet

>

Kuat medan

magnet

>

Ggl Induksi

Induksi

Elektromagnetik

Transformator

>

>

Step Up

>

Step Down

• generator

• induksi

• ggl

• transformator

dipengaruhi oleh

penerapan

penerapan

terdiri dari

terdiri dari

Induksi Elektromagnetik

177

A. Gaya Gerak Listrik Induksi

Agar dapat memahami bagaimana terjadinya induksi elektro-

magnetik, mari kita lakukan percobaan

Faraday

pada kegiatan

berikut!

Kegiatan 8.1

Percobaan Faraday

Alat dan bahan:

Sebuah kumparan yang mempunyai lilitan banyak, sebuah galvanometer, dan sebuah

magnet batang.

Prosedur kerja:

1. Hubungkan ujung-ujung kumparan dengan galvanometer.

2. Gerakkan kutub utara magnet batang ke dalam kumparan (Gambar a). Amatilah jarum

galvanometer.

3. Diamkan magnet batang beberapa saat di dalam kumparan (Gambar b). Amatilah jarum

galvanometer.

4. Keluarkan kutub utara magnet batang dari kumparan (Gambar c). Amatilah jarum

galvanometer.

5. Ulangi langkah 2 sampai langkah 4 dengan mengganti kutub utara dengan kutub selatan.

Amatilah gerakan jarum galvanometer.

Jawablah pertanyaan berikut

untuk menarik kesimpulan

!

1. Apakah jarum galvanometer menyimpang ketika kamu menggerakkan magnet

memasuki kumparan? Ke arah manakah jarum galvanometer menyimpang?

2. Apakah jarum galvanometer menyimpang ketika magnet batang diam di dalam

kumparan?

3. Apakah jarum galvanometer menyimpang ketika kamu menarik magnet keluar dari

kumparan? Ke arah manakah jarum galvanometer menyimpang?

4. Apa yang terjadi dengan jarum galvanometer ketika kamu mengganti kutub utara

dengan kutub selatan magnet batang, kemudian menggerakkan ke dalam kumparan?

5. Apakah kesimpulan dari percobaan Faraday di atas?

Dari

Kegiatan 8.1

kamu dapat mengamati bahwa ketika

kamu menggerakkan kutub utara magnet batang ke dalam

kumparan, jarum galvanometer menyimpang. Akan tetapi

ketika kamu mendiamkan magnet batang beberapa saat, jarum

galvanometer kembali menunjuk ke angka nol atau tidak

menyimpang. Jarum galvanometer kembali menyimpang ketika

a

b

c

178

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

kamu menggerakkan kutub utara magnet batang keluar dari

kumparan yang berlawanan arah dengan ketika kamu meng-

gerakkan kutub utara magnet batang ke dalam kumparan.

Saat kamu mengganti kutub utara dengan kutub selatan

magnet kemudian digerakkan masuk ke dalam kumparan,

maka jarum galvanometer menyimpang dengan arah yang sama

ketika kamu mengeluarkan kutub utara magnet batang keluar

kumparan.

Apa yang menyebabkan jarum galvanometer menyimpang?

Jarum galvanometer menyimpang karena adanya arus listrik

yang mengalir dalam kumparan. Arus listrik ini mengalir karena

timbulnya beda potensial di ujung kumparan saat kamu

menggerakkan kutub magnet batang masuk atau keluar dari

kumparan.

Beda potensial yang disebabkan oleh perubahan jumlah garis

gaya magnetik yang menembus kumparan dinamakan

gaya

gerak listrik induksi

atau

ggl induksi

.

Apakah penyebab timbulnya ggl induksi? Perhatikan

Gambar 8.1

!

Ggl induksi timbul ketika magnet batang digerakkan masuk

atau keluar kumparan. Ketika magnet batang digerakkan

mendekati kumparan, jumlah garis gaya magnetik yang

menembus kumparan bertambah. Sebaliknya, ketika magnet

batang dijauhkan dari kumparan, jumlah garis gaya magnetik

yang menembus kumparan akan berkurang. Jika magnet batang

terus-menerus digerakkan masuk dan keluar kumparan, jumlah

garis gaya magnetik yang menembus kumparan terus berubah.

Perubahan jumlah garis gaya magnetik yang menembus

kumparan menyebabkan beda potensial di ujung-ujung

kumparan berbeda pula. Timbulnya beda potensial di ujung-

ujung kumparan menyebabkan arus listrik mengalir di dalam

kumparan. Arus listrik yang disebabkan oleh perubahan jumlah

garis gaya magnetik yang memotong kumparan dinamakan

arus induksi

.

Besarnya gaya gerak listrik atau tegangan yang menimbulkan

arus listrik pada percobaan Faraday sebanding dengan laju

perubahan fluks magnetik yang melalui kumparan. Kesimpulan

tersebut jika dituliskan secara matematis adalah sebagai berikut.

Gambar 8.1

Garis gaya magnetik akan bertambah jika magnet batang digerakkan

mendekati kumparan.

magnet batang

kumparan

galvanometer

U

S

garis gaya magnet

Tokoh Sains

Michael Faraday

Michael Faraday (1791-1867),

adalah seorang ahli fisika dan kimia

asal Inggris. Penemuannya yang

terkenal adalah induksi elektro-

magnetik dan hukum elektrolisis.

Penelitian awal Faraday adalah

pada bidang kimia, di bawah

bimbingan Sir Humphry Davy dan

berhasil menemukan dua jenis karbon

klorida dan benzena. Dalam pe

-

nelitiannya, Faraday juga berhasil

mencairkan beberapa jenis gas.

Pada tahun 1821, Faraday

menyelidiki medan magnet di sekitar

konduktor yang dialiri arus listrik yang

pertama kali diketahui oleh Hans

Christian Oersted pada tahun 1819.

Pada tahun 1831 Faraday menemu-

kan induksi elektromagnetik dan

menunjukkan timbulnya arus induksi

pada suatu kumparan akibat adanya

arus listrik pada kumparan yang lain.

Pada waktu yang sama, Faraday juga

sukses mengadakan penelitian dalam

bidang elektrolisis.

Sumber: Microsoft Encarta.

Induksi Elektromagnetik

179

i

EN

t

ΔΦ

=− ⋅

Δ

......... (8.1)

Keterangan:

N

=

jumlah lilitan

ΔΦ

= fluks magnetik (Weber atau Wb)

Δ

t

= perubahan waktu/selang waktu (sekon)

E

i

= ggl induksi (volt)

Tanda negatif menunjukkan arah gaya gerak listrik (ggl)

Contoh

Sebuah kumparan dengan 3.000 lilitan, terjadi perubahan fluks

magnetik 1.500 Wb selama selang waktu 2 sekon. Hitunglah

besar ggl induksinya!

Jawab:

N

= 3.000

ΔΦ

= 1.500 Wb

Δ

t

=2 sekon

E

i

= .... ?

6

1.500

3.000

2

2, 25 10

i

EN

t

ΔΦ

=− ⋅

Δ

=−

=−

Jadi di dalam kumparan tersebut timbul ggl induksi sebesar

2,25 × 10

6

volt (tanda – menunjukkan arah ggl).

Nah, apa yang terjadi ketika jumlah lilitan dalam kumparan

ditambah? Jika jumlah lilitan dalam kumparan diperbanyak,

jarum galvanometer akan menyimpang lebih jauh. Hal ini

menunjukkan bahwa arus listrik induksi yang mengalir melalui

kumparan meningkat dan ggl induksi bertambah besar.

Selain dengan memperbanyak jumlah lilitan, ggl induksi

dapat bertambah lebih besar jika kecepatan magnet yang

memasuki kumparan dipercepat.

Jadi, besar kecilnya ggl induksi bergantung pada tiga faktor

berikut.

1. Banyaknya lilitan kumparan.

2. Kecepatan gerak keluar-masuk magnet ke dalam kumparan.

3. Kuat magnet batang yang digunakan.

Dari

Kegiatan 8.1

, kamu dapat mengamati bahwa jarum

galvanometer menyimpang ke kanan ketika kamu menggerak-

kan kutub utara magnet batang memasuki kumparan, dan

jarum galvanometer menyimpang ke kiri ketika kamu meng-

gerakkan kutub utara magnet batang keluar kumparan. Jika

kamu terus menggerakkan magnet batang keluar-masuk

kumparan, jarum galvanometer akan menyimpang ke kanan

dan ke kiri secara berulang. Hal ini membuktikan bahwa arus

listrik dalam kumparan mengalir dalam dua arah, arus listrik

180

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

seperti ini dinamakan arus listrik bolak-balik atau arus AC (

Al-

ternating Current

). Sama halnya seperti arus listrik yang

berubah-ubah, polaritas tegangan pada ujung-ujung kumparan

pun ikut berubah-ubah. Tegangan yang polaritasnya selalu

berubah-ubah dinamakan tegangan listrik bolak-balik.

Kegiatan 8.2

1. Apa yang dimaksud dengan arus induksi?

2. Apa yang dimaksud dengan gaya gerak listrik induksi?

3. Apakah yang dimaksud dengan arus listrik bolak-balik itu?

4. Jelaskan faktor-faktor yang memengaruhi besar kecilnya ggl induksi!

5. Sebuah kumparan memiliki 100 lilitan. Jika dalam selang waktu 2 sekon terjadi GGL

induksi 400 volt, berapakah perubahan fluks magnetik yang terjadi dalam rangkaian

tersebut?

B. Generator

Alat-alat elektronika, seperti televisi, setrika, radio, lemari

es, dan lampu memerlukan energi listrik dapat bekerja. Nah,

listrik dihasilkan oleh mesin pembangkit listrik yang dinamakan

generator atau dinamo. Apakah generator itu?

Generator

adalah

mesin yang mengubah energi kinetik atau energi gerak menjadi

energi listrik.

Generator menghasilkan arus listrik induksi dengan cara

memutar kumparan di antara celah kutub utara-selatan sebuah

magnet. Jika kumparan diputar, jumlah garis gaya magnetik

yang menembus kumparan akan berubah-ubah sesuai dengan

posisi kumparan terhadap magnet. Perubahan jumlah garis gaya

magnetik inilah yang menyebabkan timbulnya ggl induksi di

ujung-ujung kumparan sehingga menghasilkan energi listrik.

Ada dua jenis generator, yaitu generator arus bolak-balik

yang disebut juga

alternator

dan generator arus searah. Tahukah

kamu perbedaan antara generator arus bolak-balik dan genera-

tor arus searah? Perbedaan generator arus bolak-balik dengan

generator arus searah hanyalah pada bentuk cincin yang

berhubungan dengan kedua ujung kumparan. Pada generator

arus bolak-balik terdapat dua buah cincin, dengan tiap cincin

berhubungan dengan tiap ujung kumparan. Pada generator arus

searah hanya terdapat sebuah cincin yang terbelah di tengahnya

yang dinamakan cincin belah atau komutator. Perhatikan

perbedaan antara generator arus searah dan generator arus

bolak-balik pada

Gambar 8.3

!

Nah, agar kamu lebih memahami prinsip kerja generator

arus bolak-balik dan generator arus searah pelajarilah uraian

berikut dengan baik!

Gambar 8.2

Generator mengubah

energi kinetik menjadi

energi listrik.

Sumber:

Ilmu Pengetahuan Populer

Gambar 8.3

a. Generator arus bo-

lak-balik.

b

. Generator arus sea-

rah.

Sumber:

Ilmu Pengetahuan Populer

magnet

cincin gesek

kumparan

sikat karbon

cincin belah (komutator)

sikat karbon

Induksi Elektromagnetik

181

Tugas

1. Generator Arus Bolak-Balik

Perhatikan prinsip kerja dari suatu generator arus bolak-balik

sederhana pada

Gambar 8.4

! Ujung-ujung kumparan yang

berada di dalam medan magnetik terhubung pada cincin 1 dan

cincin 2 yang ikut berputar jika kumparan diputar. Cincin-cincin

tersebut terhubung dengan sikat karbon A dan B. Kedua sikat

karbon ini tidak ikut berputar bersama cincin dan kumparan.

Ketika kumparan berputar, terjadi arus listrik induksi pada

kumparan. Arus induksi ini mengalir melalui sikat karbon

sehingga lampu menyala. Saat posisi kumparan tegak lurus

terhadap arah medan magnetik, arus induksi berhenti mengalir

sehingga lampu padam. Beberapa saat setelah kumparan

melanjutkan putarannya, arus listrik induksi kembali mengalir

dalam kumparan tetapi dengan arah yang berbeda sehingga

lampu kembali menyala.

Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa generator arus

bolak-balik menghasilkan arus bolak-balik yang dinamakan arus

AC (

alternating current

). Grafik arus bolak-balik yang dihasilkan

generator arus bolak-balik dapat dilukiskan pada

Gambar 8.5

.

2. Generator Arus Searah

Perhatikan prinsip kerja generator arus searah pada

Gambar

8.6

! Generator arus searah hanya memiliki satu cincin yang

terbelah di tengahnya yang dinamakan komutator. Salah satu

belahan komutator selalu berpolaritas positif dan belahan

komutator lainnya berpolaritas negatif. Hal ini menyebabkan

arus listrik induksi yang mengalir hanya memiliki satu arah saja,

yaitu dari komutator berpolaritas positif menuju sikat karbon,

lampu, dan kembali ke komutator berpolaritas negatif. Arus

listrik yang mengalir dalam satu arah saja dinamakan arus

listrik searah atau

direct current

(DC). Grafik arus searah yang

dihasilkan generator arus searah ditunjukkan pada

Gambar 8.7

.

Dari uraian yang telah kamu pelajari, pada generator

terdapat dua bagian. Bagian yang pertama dinamakan

rotor

,

yaitu bagian-bagian generator yang bergerak, seperti kumparan

dan cincin konduktor. Bagian yang kedua dinamakan

stator

, yaitu

bagian-bagian generator yang tidak bergerak, seperti magnet

dan sikat.

Contoh generator sederhana adalah dinamo sepeda. Dinamo

sepeda mengandung kumparan kawat yang berputar di

antara dua magnet. Ketika berputar, roda sepeda akan memutar

kumparan di antara dua magnet tetap.

Carilah informasi cara kerja dinamo besarta gambar

penampang dinamo sepeda lengkap dengan bagian-

bagiannya!

Gambar 8.4

Prinsip kerja generator

arus bolak-balik.

Sumber:

Ilmu Pengetahuan Populer

magnet

kumparan

sikat

karbon

cincin gesek

rangkaian luar

Gambar 8.5

Grafik arus bolak-balik

yang dihasilkan genera-

tor arus bolak-balik.

arus

Gambar 8.6

Prinsip kerja generator

arus searah.

Sumber:

Ilmu Pengetahuan Populer

magnet

kumparan

sikat

karbon

cincin belah

(komutator)

rangkaian luar

Gambar 8.7

Grafik arus searah yang

dihasilkan generator arus

searah.

arus

182

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

Latihan 8.1

1. Apakah generator itu?

2. Jelaskan perbedaan antara generator arus bolak-balik dan generator arus searah!

3. Jelaskan prinsip kerja dari sebuah generator!

4. Gambarkan grafik arus listrik yang dihasilkan oleh generator arus bolak-balik dan gen-

erator arus searah!

5. Apakah rotor dan stator itu? Jelaskan!

C. Transformator

Pernahkah kamu memperhatikan berapa besar tegangan

yang dibutuhkan oleh sebuah radio agar dapat menyala? Jika

sebuah radio membutuhkan tegangan sebesar 9 volt, apa yang

harus dilakukan agar radio dapat menyala dengan baik jika

tegangan yang disediakan PLN sebesar 220 volt? Untuk

mengubah tegangan PLN sebesar 220 volt menjadi 9 volt kamu

dapat menggunakan transformator atau sering disingkat trafo.

Nah, pernahkah kamu melihat transformator? Perhatikan trans-

formator pada

Gambar 8.8

!

1. Prinsip Kerja Transformator

Transformator terdiri atas pasangan kumparan primer dan

sekunder yang terpisah dan dililitkan pada inti besi lunak yang

terbuat dari plat besi yang disusun berlapis-lapis.

Prinsip dasar transformator adalah berdasarkan percobaan

yang dilakukan pertama kali oleh Faraday. Perhatikan skema

rangkaian percobaan Faraday berikut ini!

Pada

Gambar 8.9

, kamu dapat mengamati bahwa rangkaian

primer terdiri atas kumparan primer yang dililitkan di sebelah

kiri inti besi dan dihubungkan dengan sebuah aki. Rangkaian

sekunder terdiri atas kumparan sekunder yang dililitkan di

sebelah kanan inti besi dan dihubungkan dengan sebuah gal-

vanometer.

Nah, ketika arus mengalir melalui kumparan primer, arus

listrik yang mengalir pada kumparan primer berubah dari nol

ke nilai tetapnya. Arus listrik tersebut menghasilkan garis-garis

Gambar 8.8

Transformator.

Gambar 8.9

Skema rangkaian percobaan Faraday.

kumparan primer

kumparan sekunder

inti besi lunak

arus

bolak-balik

galvanometer

Induksi Elektromagnetik

183

gaya magnetik. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arus listrik

ini akan menghasilkan garis-garis gaya magnetik yang

memotong kumparan sekunder. Karena arus listrik dalam

rangkaian primer selalu berubah-ubah dari nol ke nilai tetapnya,

garis-garis gaya magnetik yang memotong kumparan sekunder

pun berubah-ubah dari nol ke nilai tetapnya. Perubahan garis

gaya magnetik yang memotong kumparan sekunder akan

membangkitkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan

sekunder. Dengan adanya arus listrik induksi yang mengalir

melalui galvanometer, jarum galvanometer akan menyimpang,

misalnya ke kanan. Setelah beberapa saat, garis gaya magnetik

sudah tetap sehingga ggl induksi pada ujung-ujung kumparan

kembali menjadi nol.

Ketika arus yang mengalir melalui kumparan primer

diputuskan, arus listrik yang mengalir pada kumparan sekunder

akan berkurang dari nilai tetapnya menuju ke nol. Hal ini

menyebabkan garis-garis gaya magnetik yang memotong

kumparan sekunder juga berkurang dari nilai tetapnya menuju

nol. Perubahan garis-garis gaya magnetik yang memotong

kumparan sekunder ini menyebabkan timbulnya ggl induksi

di ujung-ujung kumparan dengan polaritas yang berlawanan

dengan ggl induksi yang dihasilkan sebelumnya. Hal ini

menimbulkan arus induksi dengan arah yang berlawanan

dengan arah arus induksi sebelumnya sehingga jarum galva-

nometer juga menyimpang ke arah kiri.

Transformator biasanya digunakan untuk menaikkan atau

menurunkan tegangan listrik arus AC. Hal ini dapat dilakukan

dengan cara membedakan jumlah lilitan dari kumparan primer

dan kumparan sekunder. Bagaimana hubungan antara jumlah

lilitan, kuat arus dan besar tegangan dalam transformator?

Pada transformator, perbandingan tegangan sama dengan

perbandingan banyaknya lilitan. Secara matematis hubungan

antara tegangan dan banyaknya lilitan dituliskan sebagai

berikut.

pp

ss

VN

VN

=

......... (8.2)

Keterangan:

V

p

= tegangan pada kumparan primer

V

s

= tegangan pada kumparan sekunder

N

p

= banyaknya lilitan kumparan primer

N

s

= banyaknya lilitan kumparan sekunder

Dari

Persamaan (8.2)

dapat dikatakan bahwa besarnya

tegangan berbanding lurus dengan banyaknya lilitan.

Jika besarnya tegangan dan kuat arus listrik pada kumparan

primer dinyatakan dengan

V

p

dan

I

p

, maka besar daya listrik

pada kumparan primer (

P

p

) adalah sebagai berikut.

P

p

=

V

p

I

p

......... (8.3)

184

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

Jika besarnya tegangan dan kuat arus listrik pada kumparan

sekunder dinyatakan dengan

V

s

dan

I

s

, maka besar daya listrik

pada kumparan sekunder (

P

s

) adalah sebagai berikut.

P

s

=

V

s

I

s

......... (8.4)

Berdasarkan tegangan listrik yang dihasilkan, trafo dibedakan

menjadi dua macam, yaitu trafo

step up

dan trafo

step down.

Trafo

step up

adalah trafo yang menghasilkan tegangan arus

AC lebih tinggi. Bentuk dan simbol trafo

step up

ditunjukkan

pada

Gambar 8.10

. Sedangkan ciri-ciri trafo

step up

adalah

sebagai berikut.

a.

N

p

<

N

s

b.

V

p

<

V

s

c.

I

p

>

I

s

Trafo

step down

adalah trafo yang menghasilkan tegangan

arus AC lebih rendah. Simbol trafo

step down

ditunjukkan pada

Gambar 8.11

. Sedangkan ciri-ciri trafo

step down

adalah sebagai

berikut.

a.

N

p

>

N

s

b.

V

p

>

V

s

c.

I

p

<

I

s

Pada transformator ideal, efisiensi transformator dapat

dianggap 100%, hal ini berarti daya yang hilang dalam

transformator dapat diabaikan sehingga daya listrik pada

kumparan primer dapat diteruskan seluruhnya menuju

kumparan sekunder. Dengan pengertian tersebut dapat

diperoleh:

P

p

=

P

s

V

p

I

p

=

V

s

I

s

......... (8.5)

Sehingga hubungan antara besarnya tegangan dan besarnya

arus listrik dapat dituliskan sebagai berikut.

.......... (8.6)

Perbandingan tegangan pada

Persamaan (8.6)

sama dengan

perbandingan tegangan pada

Persamaan (8.2)

sehingga

hubungan antara arus listrik dengan banyaknya lilitan dapat

diperoleh sebagai berikut.

.......... (8.7)

Contoh

Sebuah radio memerlukan tegangan 9 volt dari catu daya

220 volt.

a. Jika kumparan primer trafo memiliki 440 lilitan, berapakah

jumlah lilitan yang dimiliki kumparan sekunder?

b. Jika arus 110 mA mengalir melalui radio, berapakah arus

yang ditarik dari catu daya 220 volt?

Gambar 8.10

a. Trafo step up.

b.

Simbol trafo step up.

a

kumparan

primer

kumparan

sekunder

tegangan

primer

tegangan

sekunder

inti besi lunak

220 V

12 V

b

Gambar 8.11

a. Transfo step down.

b

. Simbol trafo step

down.

b

tegangan

primer

tegangan

sekunder

kumparan

primer

kumparan

sekunder

inti besi lunak

220 V

12 V

a

Induksi Elektromagnetik

185

Jawab:

a. Dengan menggunakan

Persamaan (8.2)

diperoleh:

pp

ss

s

s

220 V

440

9 V

9 V

440

220 V

18

VN

VN

N

N

=⇔

=

⇔= ×

=

Jadi jumlah lilitan kumparan sekunder adalah 18 lilitan.

b. Dengan menggunakan

Persamaan (8.6)

diperoleh:

p

s

sp

p

p

220 V

110 mA

9 V

9 V

110 mA

220 V

4,5 mA

V

I

VI

I

I

=⇔

=

⇔=

×

=

Jadi arus yang mengalir pada kumparan primer adalah

4,5 mA.

Pada transformator energi listrik yang keluar selalu lebih kecil

daripada energi listrik yang masuk. Mengapa hal tersebut dapat

terjadi? Di kelas VII, kamu telah mempelajari hukum kekekalan

energi. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi

tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi

energi hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk

energi lainnya. Nah, hukum kekekalan energi ini juga berlaku

pada transformator.

Pernahkah kamu menggunakan transformator? Ketika kamu

selesai menggunakan transformator, coba kamu pegang bagian

besi yang terisolasi. Apa yang kamu rasakan? Ketika kamu

memegang bagian besi yang terisolasi setelah transformator

digunakan, kamu akan merasakan panas. Hal ini membuktikan

bahwa sebagian energi pada transformator diubah menjadi

energi panas sehingga energi listrik yang keluar dari

transformator selalu lebih kecil daripada energi yang masuk ke

transformator. Timbulnya energi panas pada transformator

tidak dapat dihindari.

Perbandingan antara daya listrik yang keluar dari trans-

formator dan daya listrik yang masuk ke transformator disebut

efisiensi transformator

. Nilai efisiensi transformator dinyatakan

dalam persentase. Efisiensi transformator dapat dinyatakan

sebagai berikut.

s

p

100%

P

P

η=

×

......... (8.8)

Keterangan:

η

=

efisiensi transformator

P

s

= daya listrik kumparan sekunder

P

p

= daya listrik kumparan primer

186

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

Karena daya listrik sama dengan hasil kali tegangan dan kuat

arus listrik, efisiensi transformator dapat juga dinyatakan sebagai

berikut.

ss

pp

100%

VI

VI

η=

×

.......... (8.9)

Keterangan:

η

=

efisiensi transformator

V

s

= tegangan sekunder (volt)

V

p

= tegangan primer (volt)

I

s

= arus pada kumparan sekunder (ampere)

I

p

= arus pada kumparan primer (ampere)

Contoh

Sebuah transformator menghasilkan daya sebesar 180 watt.

Berapakah efisiensi transformator tersebut jika daya masukan-

nya sebesar 200 watt?

Jawab:

Dengan menggunakan

Persamaan (8.8)

diperoleh:

s

p

180

100%

100% 90%

200

P

P

η=

×

=

×

=

Jadi efisiensi transformator tersebut adalah 90%.

2. Penggunaan Transformator

Setelah kamu memahami prinsip kerja transformator,

tahukah kamu bagaimana penerapan prinsip transformator

dalam kehidupan sehari-hari? Agar kamu memahaminya

pelajarilah uraian berikut dengan baik!

Transformator

step down

atau transformator yang tegangan

sekundernya lebih kecil daripada tegangan primernya sering

digunakan dalam alat-alat elektronik, seperti radio, televisi, CD

player,

tape

, dan lain-lain. Alat-alat ini membutuhkan tegangan

listrik cukup rendah, yaitu antara 3 V – 20 V arus searah (DC).

Jika kamu perhatikan, alat-alat listrik tersebut sering

dihubungkan langsung dengan listrik PLN yang mempunyai

tegangan 220 V arus bolak-balik (AC). Mengapa peralatan

tersebut tidak rusak/terbakar? Di dalam peralatan elektronik

tersebut terdapat transformator

step down

yang berfungsi untuk

menurunkan tegangan listrik. Selain transformator, juga terdapat

unit penyearah tegangan, sehingga arus bolak-balik (AC) pada

listrik PLN dapat berubah menjadi arus searah (DC) yang

diperlukan peralatan elektronik tersebut.

Transformator

step up

atau transformator yang tegangan

sekundernya lebih besar daripada tegangan primernya banyak

digunakan dalam pesawat televisi atau monitor komputer untuk

menghasilkan tegangan yang sangat tinggi. Tegangan ekstra

tinggi ini diperlukan untuk mengaktifkan tabung sinar katoda

(CRT). Jika CRT diberi tegangan ekstra tinggi, akan terpancar

Gambar 8.12

Peralatan elektronik

komputer dan radio tape

menggunakan transfor-

mator step down untuk

menurunkan tegangan

listrik.

Sumber

:

Dokumen Penerbit

Induksi Elektromagnetik

187

elektron. Pancaran elektron yang terus menerus dengan

intensitas yang berubah-ubah akan diterima pada layar pesawat

televisi sebagai gambar bergerak.

Transformator

step up

juga digunakan pada lampu TL (lampu

neon) untuk menaikkan tegangan listrik. Tegangan tinggi ini

dihubungkan ke elektroda lampu TL diberi tenganan tinggi,

akan terpancar elektron. Pancaran elektron akan menumbuk

gas yang ada dalam tabung sehingga menghasilkan sinar ultra-

violet. Sinar ini akan memancar ke segala arah dan menumbuk

lapisan fosfor pada dinding kaca tabung, sehingga menghasilkan

sinar putih yang terang.

Pada kendaraan bermotor, transformator

step up

digunakan

dalam koil untuk menaikkan tegangan listrik. Tegangan listrik

ekstra tinggi ini disalurkan ke busi sehingga menghasilkan

loncatan bunga api di dalam ruang bakar. Loncatan bunga api

akan membakar bahan bakar yang telah dicampur dengan

udara, sehingga timbul ledakan yang mendorong piston untuk

bergerak. Gerakan piston kemudian diubah menjadi gerak

berputar untuk menjalankan kendaraan bermotor.

Selain digunakan dalam alat elektronika, transformator juga

sering digunakan dalam penyaluran listrik dari pusat pem-

bangkit sampai ke rumah-rumah atau sering disebut transmisi

daya listrik jarak jauh. Perhatikan

Gambar 8.14

!

Pembangkit listrik umumnya terletak jauh dari perkotaan

dan pemukiman. Di pusat pembangkit tenaga listrik, dihasilkan

listrik dengan arus yang besar namun tegangannya tidak terlalu

tinggi (sekitar 3.000 volt). Untuk keperluan transmisi listrik jarak

jauh, tegangan listrik dinaikkan menggunakan trafo step-up

menjadi 150.000 volt. Mengapa penyaluran listrik jarak jauh

harus meng-gunakan tegangan tinggi?

Pusat pembangkit

listrik

Unit penaik

tegangan

saluran udara

tegangan ekstra

tinggi (150 kV)

Stasium

penerima

saluran

tegangan

tinggi (20 kV)

Stasium

distribusi

Jaringan

distribusi

(220 V)

Perumahan

Industri

Gedung dan

perkantoran

Unit penurun

tegangan

Gambar 8.14

Diagram transmisi daya listrik jarak jauh.

Sumber:

imadudd1n.files.wordpress.com

Gambar 8.13

Monitor komputer meng-

gunakan transformator

step up untuk menaikkan

tegangan guna meng-

aktifkan tabung sinar

katoda (CRT).

Sumber:

Dokumen Penerbit

188

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

Di negara kita, PLN menyalurkan daya listrik dari pusat

pembangkit hingga ke rumah-rumah dengan menggunakan

kabel-kabel yang dibentangkan di udara. Panjang kabel ini dapat

mencapai ratusan kilometer. Hal ini dapat menimbulkan

hambatan yang sangat besar sehingga energi listrik banyak yang

hilang. Perhatikan

Gambar 8.15

!

Nah, untuk mengurangi hilangnya energi listrik, harus

diusahakan agar arus listrik yang mengalir melalui kabel listrik

sekecil mungkin. Untuk menghasilkan arus listrik yang kecil,

pembangkit listrik harus menghasilkan tegangan yang besar.

Hal ini sesuai dengan persamaan:

P

PVI

I

V

=⋅ ⇔ =

.......... (8.10)

Daya yang hilang di perjalanan (transmisi) dapat dihitung

dengan rumus:

P

hilang

=

I

2

×

R

......... (8.11)

Dari

Persamaan (8.9)

, kamu dapat mengamati bahwa untuk

mempertahankan daya listrik dan memperkecil arus listrik,

maka tegangan listrik harus dinaikkan (karena nilai

V

berbanding terbalik dengan nilai

I

). Berdasarkan uraian tersebut,

maka PLN menyalurkan listrik setelah tegangannya dinaikkan

menggunakan transformator

step up

agar arus listrik yang

dialirkan kecil sehingga mengurangi energi yang hilang.

Transformator ini menaikkan tegangan yang dihasilkan oleh

generator besar di pusat pembangkit menjadi sekitar 150. 000

volt. Selain itu dapat memperkecil energi listrik yang hilang

dalam perjalanan, arus listrik yang rendah dapat ditransmisikan

melalui kawat yang kecil sehingga biaya pengadaan sarana

transmisi listrik menjadi lebih murah. Listrik tegangan tinggi

ini kemudian disalurkan menuju kota-kota yang letaknya jauh

dari pusat pembangkit.

Sebelum masuk kota, tegangan listrik diturunkan kembali

dengan menggunakan trafo step-down di gardu induk menjadi

sebesar 20.000 volt. Sebelum disalurkan ke industri atau rumah

tangga pelanggan, tegangan listrik kembali diturunkan dengan

trafo step-down di gardu listrik menjadi sebesar 220 volt. Untuk

keperluan menurunkan tegangan listrik ini diperlukan

transformator

step down

.

Gambar 8.15

Penyaluran listrik dari

pusat pembangkit

hingga ke rumah-rumah

menggunakan kabel-

kabel yang dibentang-

kan di udara.

Tugas

Carilah pemanfaatan transformator

step up

dan trans-

formator

step down

lainnya dalam kehidupan sehari-hari.

Kamu dapat mencari informasinya melalui perpus-takaan,

koran-koran, majalah, dan internet! Informasi yang kamu

peroleh dibuat dalam bentuk karya tulis, dan bacakan

hasilnya di depan kelas!

Gambar 8.16

Unit penurun tegangan

listrik PLN yang me-

nyalurkan dan meng-

atur tegangan listrik dari

pusat pembangkit untuk

digunakan di perumah-

an dan perkantoran.

Induksi Elektromagnetik

189

Rangkuman

• Gaya gerak listrik induksi atau ggl induksiBeda potensial yang disebabkan oleh

perubahan jumlah garis gaya magnetik yang menembus kumparan.

• Jadi, besar kecilnya ggl induksi bergantung pada tiga faktor berikut.

a. Banyaknya lilitan kumparan.

b . Kecepatan gerak keluar-masuk magnet ke dalam kumparan.

c. Kuat magnet batang yang digunakan.

• Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik atau energi gerak menjadi energi

listrik. Ada dua jenis generator, yaitu generator arus bolak-balik yang disebut juga al-

ternator

dan generator arus searah.

• Generator arus bolak-balik menghasilkan arus bolak-balik yang dinamakan arus AC

(

Alternating Current

), sedangkan Generator arus searah menghasilkan arus searah yang

dinamakan arus DC (

Direct Current

)

• Transformator terdiri atas pasangan kumparan primer dan sekunder yang terpisah dan

dililitkan pada inti besi lunak yang terbuat dari plat besi yang disusun berlapis-lapis.

Pada transformator, perbandingan tegangan sama dengan perbandingan banyaknya

lilitan.

Dirumuskan:

pp

ss

VN

VN

=

• Besar daya listrik pada kumparan primer dan kumparan sekunder suatu transformator

adalah sebagai berikut.

Pada kumparan primer:

P

p

=

V

p

I

p

dan pada kumparan sekuner:

P

s

=

V

s

I

s

• Berdasarkan tegangan listrik yang dihasilkan, trafo dibedakan menjadi trafo

step up

dan trafo

step down.

• Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya listrik yang keluar dari trans-

formator dan daya listrik yang masuk ke transformator.

Dirumuskan:

Latihan 8.2

1. Apakah transformator itu?

2. Jelaskan prinsip kerja transformator!

3. Sebuah transformator digunakan untuk mengubah 240 volt AC ke 12 volt AC. Jika

kumparan primer transformator memiliki 1.000 lilitan, berapa jumlah lilitan yang

diperlukan dalam kumparan sekunder?

4. Sebuah transformator memiliki 300 lilitan dalam kumparan primernya dan 75 lilitan

dalam kumparan sekundernya. Jika arus dalam kumparan sekunder adalah 20 A,

berapakah arus listrik dalam kumparan primer?

5. Jelaskan pemanfaatan transformator dalam menyalurkan energi listrik dari pusat

pembangkit ke rumah-rumah!

190

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

1. Pembentukan arus listrik oleh suatu

perubahan medan magnet disebut ....

a.

induksi magnet

b. transformator

c.

gaya elektromagnet

d. induksi elektromagnetik

2. Di bawah ini yang

bukan

kegunaan

induksi elektromagnetik adalah ....

a. membangkitkan gaya gerak listrik

induksi

b. mengubah arus bolak-balik menjadi

arus searah

c.

menimbulkan arus induksi

d. mengubah energi gerak menjadi

energi listrik

3. Alat yang tidak menggunakan prinsip

induksi elektromagnetik adalah ....

a.

alternator

b. dinamo

c.

transformator

d. kapasitor

4. Pada generator terjadi perubahan energi ....

a.

potensial menjadi energi listrik

b . panas menjadi energi listrik

c.

gerak menjadi energi listrik

d. kimia menjadi energi listrik

Latih Kemampuan

I. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!

8

5. Fungsi utama sebuah transformator

step up

adalah ....

a.

mengubah arus DC ke arus AC

b . mengubah arus AC ke arus DC

c.

meningkatkan arus listrik

d. meningkatkan tegangan listrik

6. Komponen yang

bukan

bagian dari

sebuah generator adalah ....

a.

medan magnet

b. cincin luncur

c.

sikat-sikat

d. resistor

7. Kumparan yang didekati dan dijauhi mag-

net menghasilkan arus. Arus induksi yang

muncul adalah ....

a.

arus AC

c.

arus searah

b . arus DC

d. tidak tentu

8. Ggl induksi yang diinduksikan dalam

suatu kumparan kawat yang diputar

dalam suatu medan magnet tidak ber-

gantung pada ....

a.

hambatan kumparan

b. kecepatan putaran

c.

banyaknya lilitan kumparan

d. kuat medan magnetik

Refleksi

Kamu telah selesai mempelajari materi

Induksi Elektromagnetik

dalam bab ini. Sebelum

melanjutkan pelajaran bab IX, lakukan evaluasi diri dengan menjawab beberapa pertanyaan di

bawah ini. Jika semua pertanyaan dijawab dengan ‘ya’, berarti kamu telah menguasai bab ini

dengan baik. Namun jika ada pertanyaan yang dijawab dengan ‘tidak’, kamu perlu mempelajari

lagi materi yang berkaitan dengan pertanyaan itu. Jika ada kesulitan atau ada hal-hal yang

sukar dimengerti, bertanyalah kepada Bapak/Ibu Guru.

1. Apakah kamu dapat menjelaskan pengertian induksi elektromagnetik dan pengaruhnya?

2. Dapatkah kamu menjelaskan faktor yang mempengaruhi besar induksi elektromagnetik?

3. Dapatkah kamu menyebutkan contoh-contoh alat yang bekerjanya memanfaatkan prinsip

induksi elektromagnetik?

4. Apakah yang kamu ketahui tentang generator? Dapatkah kamu menyebutkan jenis-jenis

generator dan menjelaskan cara kerjanya?

5. Apakah transformator itu? Dapatkah kamu menjelaskan cara kerjanya dan menghitung

besar efisiensinya?

Kerjakan di buku tugasmu!

Induksi Elektromagnetik

191

9. Pada gambar berikut ini yang merupakan

simbol trafo

step up

adalah ....

a.

c.

b.

d.

10. Sebuah transformator sederhana memiliki

20 lilitan pada kumparan primer dan

80 lilitan pada kumparan sekunder. Jika

kumparan primer diberi tegangan 4 V,

tegangan pada kumparan sekunder

adalah ....

a.

4 V

b. 16 V

c.

100 V

d. 240 V

11. Pada sebuah transformator, jumlah lilitan

primer dan sekunder masing-masing

1.000 lilitan dan 250 lilitan. Jika kuat arus

primer 0,5 A, maka besar kuat arus

sekunder adalah ....

a.

2 A

b. 3 A

c. 4 A

d. 5 A

12. Sebuah transformator memiliki jumlah

lilitan primer dua kali lebih banyak dari-

pada lilitan sekunder, digunakan untuk

mengubah 220 volt AC menjadi 110 volt

AC. Jika arus dalam kumparan sekunder

adalah 4 A, maka arus primer adalah ....

a.

1 A

b. 2 A

c. 8 A

d. 16 A

13. Magnet batang yang dilewatkan melalui

kumparan kawat, maka arus induksi da-

lam kumparan paling besar pada saat ....

a.

magnet digerakkan dengan cepat dan

berada dalam kumparan dalam waktu

singkat

b. magnet digerakkan secara perlahan-

lahan dan cukup lama berada dalam

kumparan

c.

kutub selatan magnet memasuki kum-

paran

d. kutub utara magnet memasuki kum-

paran

14. Perbandingan daya keluaran dan daya

masukan transformator dinamakan ....

a.

transformator ideal

b . efisiensi transformator

c.

persentase daya

d. efektivitas transformator

15. Daya pada kumparan primer dari sebuah

transformator

step up

adalah 300 watt. Jika

daya pada kumparan sekunder 225 watt,

efisiensi transformator tersebut adalah ....

a. 25%

b. 30%

c. 75%

d. 85%

B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar!

1. Apakah perbedaan antara generator AC dan generator DC?

2. Jelaskan penyebab terjadinya induksi elektromagnetik!

3. Sebuah transformator didesain untuk menghasilkan tegangan 12 V dari suatu catu daya

220 V. Transformator tersebut memiliki 1.200 lilitan pada kumparan primernya.

a.

Berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekunder?

b . Hitunglah kuat arus pada kumparan primer jika pada kumparan sekundernya mengalir

arus sebesar 2A!

4. Sebuah transformator digunakan untuk mengubah tegangan 220 V menjadi 110 V.

a.

Termasuk jenis apakah transformator yang digunakan?

b . Hitung perbandingan jumlah lilitan primer dan lilitan sekundernya.

c.

Jika jumlah lilitan primer 400, berapakah jumlah lilitan sekundernya?

5. Jelaskan pemanfaatan transformator

step up

dan transformator

step down

dalam kehidupan

sehari-hari!

192

Ilmu Pengetahuan Alam SMP dan MTs Kelas IX

Generator “Pisang”

Para insinyur

University of Queensland

di Brisbane, Australia, mereka berharap dapat

membangun sebuah pembangkit listrik berbahan bakar pisang. Ide itu muncul setelah

mereka melihat berlimpahnya pisang yang baru dipanen. Pisang tersebut sebagian besar

tidak dapat masuk toko buah karena ukurannya terlalu kecil.

Bill Clarke, dosen teknik University of Queensland telah berhasil membangkitkan listrik

dari pisang di laboratorium. Teknologi yang digunakan Clarke dibilang sederhana. Ia hanya

memasukkan pisang-pisang ke dalam peti penampungan yang tertutup rapat. Pisang-pisang

tersebut akan terdekomposisi sehingga menghasilkan gas metana. Kemudian gas yang

dihasilkan menjadi sumber tenaga untuk turbin yang menghasilkan listrik.

Kelemahan teknologi ini adalah membutuhkan pisang yang banyak untuk meng-

hasilkan sedikit listrik. Contohnya diperlukan 60 kg pisang untuk menyalakan alat

elektronik rumah tangga sekitar 1.000 watt selama 30 jam. Untuk pengembangan komersial

diperlukan pengujian lebih lanjut.

Sumber

:

Koran Tempo

, Rabu 1 September 2004

Wacana Sains