Induksi elektromagnetik adalah gejala terjadinya arus listrik dalam suatu penghantar akibat adanya perubahan medan magnet di sekitar kawat penghantar tersebut. Induksi Elektromagnetik dapat timbul jika sebuah magnet digerakkan mendekati dan menjauhi kumparan. Perubahan medan magnet dapat terjadi jika magnet digerakkan dalam kumparan contohnya pada dinamo sepeda, kumparan digerakkan dalam medan magnet contohnya pada generator, dan kumparan dihubungkan dengan arus bolak-balik contohnya pada transformator. Arus Induksi dapat diperbesar dengan cara, yaitu menggunakan kumparan dengan lilitan yang makin banyak, menggunakan magnet yang kuat, memasukkan inti besi lunak kedalam kumparan, dan memutar kumparan lebih cepat.
Menurut Faraday, arus listrik dapat dihasilkan dengan cara menggerakkan magnet batang keluar masuk kumparan. Temuan ini diterapkan pada generator listrik yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Beberapa contoh alat yang menggunakan prinsip kerja induksi elektromagnetik antara lain sebagai berikut.
1. Transformator
Transformator (trafo) adalah alat untuk memperbesar atau memperkecil tegangan listrik arus bolak-balik yang berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.Tranformator penurun tegangan " trafo step down, sedangkan transsformator penaik tegangan " trafao step up. Transformator pada dasarnya terdiri atas lilitan primer dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC akan menginduksi inti besi hingga menjadi magnet. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder.
Besar kecilnya tegangan keluaran yang dihasilkan transformator sangat dipengaruhi oleh jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder. Jika jumlah lilitan primernya lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder juga akan lebih kecil daripada tegangan pada kumparan sekunder, dan transformator tersebut disebut transformator step down. Namun jika jumlah lilitan primernya lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, maka tegangan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada tegangan pada kumparan primer, dan transformator tersebut disebut transformator step up.
Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder. Hal ini mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.
Pada kenyataannya, tidak pernah dapat dibuat tranformator dengan efisiensi sebesar 100%, karena biasanya sebagian energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. Dengan demikian, energi listrik yang masuk pada kumparan primer selalu lebih besar daripada energi yang keluar pada kumparan sekunder. Akibatnya, daya primer lebih besar daripada daya sekunder. Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo ditentukan oleh besarnya efisiensi trafo. Perhitungan efisiensi trafo (η) yang tidak ideal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut.
Contoh Soal Transformator
Sebuah transformator memiliki 300 lilitan primer dan 30 lilitan sekunder. Jika tegangan pada lilitan primer adalah 220 volt, tentukan:
Np = 300 lilitan
Ns = 30 lilitan
Vp = 220 volt
Ip = 0,5 mA
Ditanya:
c. Efisensi transformator (η )
Catatan : dalam kehidupan sehari-hari tidak ada transformator yang efisiensinya 100%
d. Karena Vp > Vs dan Np > Ns maka transformator tersebut adalah transformator step down.
2. Generator
Generator adalah alat yang digunakan untuk merubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, energi air, dan sebagainya. Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak-balik dengan cara menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah).
3. Dinamo AC-DC
Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak pada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam).
Menurut Faraday, arus listrik dapat dihasilkan dengan cara menggerakkan magnet batang keluar masuk kumparan. Temuan ini diterapkan pada generator listrik yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Beberapa contoh alat yang menggunakan prinsip kerja induksi elektromagnetik antara lain sebagai berikut.
1. Transformator
Transformator (trafo) adalah alat untuk memperbesar atau memperkecil tegangan listrik arus bolak-balik yang berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.Tranformator penurun tegangan " trafo step down, sedangkan transsformator penaik tegangan " trafao step up. Transformator pada dasarnya terdiri atas lilitan primer dan lilitan sekunder yang dihubungkan dengan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC akan menginduksi inti besi hingga menjadi magnet. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder.
Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder. Hal ini mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.
| Wp = Ws Vp Ip t = Vs Is t
| |||||||||||||||
| Keterangan: W p = energi primer W s = energi sekunder I p = arus primer I s = arus sekunder | N p = lilitan primer N s = lilitan sekunder V p = tegangan primer V s = tegangan sekunder | ||||||||||||||
Pada kenyataannya, tidak pernah dapat dibuat tranformator dengan efisiensi sebesar 100%, karena biasanya sebagian energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. Dengan demikian, energi listrik yang masuk pada kumparan primer selalu lebih besar daripada energi yang keluar pada kumparan sekunder. Akibatnya, daya primer lebih besar daripada daya sekunder. Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah trafo ditentukan oleh besarnya efisiensi trafo. Perhitungan efisiensi trafo (η) yang tidak ideal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut.
| Keterangan : Pout = daya listrik pada kumparan sekunder. Pin = daya listrik pada kumparan primer |
Contoh Soal Transformator
Sebuah transformator memiliki 300 lilitan primer dan 30 lilitan sekunder. Jika tegangan pada lilitan primer adalah 220 volt, tentukan:
- Tegangan pada lilitan sekunder
- Jika arus listrik yang mengalir pada lilitan primer sebesar 0,5 mA, berapakah arus listrik yang mengalir pada lilitan sekunder?
- Efisiensi transformator
- Jenis transformator
Np = 300 lilitan
Ns = 30 lilitan
Vp = 220 volt
Ip = 0,5 mA
Ditanya:
- Tegangan sekunder (Vs)
- Arus sekunder (Is)
- Efisensi transformator (η )
- Jenis transformator
a. Tegangan sekunder (Vs)
| b. Arus sekunder (I s)
|
c. Efisensi transformator (η )
| η = | Pout | x 100% | = | V s . I s | x 100% = | 5 x 22 | = x 100% |
| P in | V p . I p | 0,5 x 220 |
d. Karena Vp > Vs dan Np > Ns maka transformator tersebut adalah transformator step down.
2. Generator
Generator adalah alat yang digunakan untuk merubah energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Energi gerak yang dimiliki generator dapat diperoleh dari berbagai sumber energi alternatif, misalnya dari energi angin, energi air, dan sebagainya. Generator dibedakan menjadi generator AC (Alternating Current) dan generator DC (Direct Current). Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak-balik dengan cara menggunakan cincin ganda, sedangkan generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan cara menggunakan komutator (cincin belah).
3. Dinamo AC-DC
Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, termasuk penggunaan satu cincin yang dibelah menjadi dua (komutator) pada dinamo DC dan cincin ganda pada dinamo AC. Perbedaan dinamo dengan generator terletak pada dua komponen utama dinamo, yaitu rotor (bagian yang bergerak) dan stator (bagian yang diam).
