Fisika

Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi

konsep Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi yang muncul ketika terjadi perubahan fluks magnetik dalam suatu kumparan. Konsep ini menggambarkan bagaimana medan magnetik dapat menghasilkan arus listrik dan bagaimana perubahan fluks magnetik menginduksi gaya pada muatan listrik.

• Fluks Magnet

Sebelum memahami GGL induksi, penting untuk memahami konsep fluks magnet. Ketika sebuah kumparan berada dalam medan magnet, garis-garis medan magnet akan masuk ke dalam kumparan. Jumlah garis medan yang masuk dalam kumparan ini disebut fluks magnet. Besar fluks magnet diukur dengan rumus:

di mana B adalah kuat medan magnet, A adalah luas penampang, dan tetha adalah sudut antara garis medan dan garis normal bidang.

• Besar GGL Induksi

GGL induksi terjadi ketika terjadi perubahan fluks magnetik dalam suatu kumparan. Ketika sebuah magnet batang digerakkan mendekati atau menjauhi kumparan, terjadi perubahan fluks magnetik yang masuk dalam kumparan. Perubahan ini menyebabkan fluks induksi, yang kemudian menghasilkan GGL induksi. Besar GGL induksi dapat dihitung menggunakan rumus:

Rumus GGL induksi di atas merupakan rumus Hukum Faraday. Hukum Faraday menyatakan bahwa GGL induksi dalam rangkaian sebanding dengan laju perubahan fluks magnetiknya. Namun, tanda negatif pada rumus tersebut dijelaskan oleh Hukum Lenz. Hukum Lenz menyatakan bahwa fluks magnetik induksi selalu berlawanan dengan perubahan fluks penyebabnya.

Konsep GGL induksi memiliki aplikasi dalam berbagai aspek teknologi. Salah satu contohnya adalah generator listrik, di mana perubahan fluks magnetik dalam kumparan menghasilkan GGL induksi yang kemudian menghasilkan arus listrik. Hal ini digunakan dalam pembangkit listrik tenaga angin, hidroelektrik, dan lainnya.

Generator

Sobat Pintar sudah memahami bahwa perubahan fluks magnetik dalam kumparan menghasilkan GGL induksi. Generator memanfaatkan konsep ini untuk menghasilkan energi listrik. Generator pada dasarnya terdiri dari dua komponen utama: magnet dan kumparan. Kumparan tersebut diputar dalam medan magnet untuk menghasilkan perubahan fluks magnetik yang akan menginduksi GGL dan pada akhirnya menghasilkan arus listrik dalam rangkaian tertutup. Prinsip ini menggambarkan bagaimana energi mekanik dari gerakan putaran kumparan dapat diubah menjadi energi listrik.

Besar GGL pada generator dapat dihitung menggunakan rumus:

Laju sudut putaran dapat dihubungkan dengan frekuensi putaran menggunakan rumus:

Berdasarkan rumus di atas, grafik GGL pada generator berbentuk sinusoidal. Hal ini sesuai dengan fungsi sin(wt) yang menggambarkan hubungan antara sudut putaran dengan waktu. Puncak grafik menunjukkan GGL maksimum yang dihasilkan oleh generator pada setiap putaran.

Generator dapat ditenagai oleh berbagai sumber energi, seperti air, angin, panas bumi, atau bahan bakar fosil. Gerakan atau perubahan energi dari sumber-sumber ini digunakan untuk memutar kumparan dalam medan magnet, yang pada gilirannya menghasilkan GGL induksi dan arus listrik.

Induktansi dan Transformator

• Induktansi

Induktansi adalah konsep yang berkaitan dengan perubahan fluks magnetik dalam kumparan yang menghasilkan Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi. Induktansi bersama (mutual induction) terjadi saat perubahan arus dalam kumparan pertama mempengaruhi kumparan kedua, meskipun keduanya tidak terhubung secara langsung. Induktansi bersama dapat dihitung menggunakan rumus:

Konsep induktansi juga berlaku pada satu kumparan, menghasilkan induktansi diri (L). Perubahan arus dalam kumparan menyebabkan perubahan fluks magnetik, yang menghasilkan GGL induksi dalam kumparan. Besar GGL induksi dapat dihitung dengan rumus:

• Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang memanfaatkan induksi elektromagnetik untuk mengubah tegangan listrik. Terdapat dua jenis trafo: trafo step up (menaikkan tegangan) dan trafo step down (menurunkan tegangan). Prinsip kerja trafo didasarkan pada hubungan perbandingan antara jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder.

Pada trafo step up, jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder, sedangkan pada trafo step down, jumlah lilitan primer lebih banyak dari jumlah lilitan sekunder. Hubungan antara GGL induksi pada kumparan primer dan sekunder dapat dinyatakan sebagai:

Hubungan tegangan antara kumparan primer dan sekunder pada trafo juga memiliki hubungan perbandingan yang sama:

Efisiensi transformator menggambarkan sejauh mana energi input dikonversi menjadi energi output. Karena adanya kerugian daya di dalam transformator, efisiensinya kurang dari 100% yaitu:

1.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar !

Sebuah kawat lurus panjangnya 20 cm dialiri arus listrik 4 A, memotong medan magnet yang besarnya 100 T secara tegak lurus. Gaya magnetik yang dihasilkan adalah….

A. 20 N
B. 40 N
C. 60 N
D. 80 N
E. 100 N

2.

Kerjakan soal dibawah ini dengan benar !

Sebuah bidang berbentuk persegi dengan luas 40 cm² ditembus oleh medan magnetik 200 T yang membentuk sudut 30^o terhadap bidang. Besar fluks magnetik yang dihasilkan adalah ….

A. 0,4 wb
B. 0,5 wb
C. 0,6 wb
D. 0,7 wb
E. 0,8 wb

3.

Kerjakan soal berikut dengan benar!

Sepotong kawat yang panjanganya 50 cm dan memiliki massa 15 gram berada dalam medan magnetik 0,6 Wb/m² yang arahnya keluar tegak lurus bidang gambar. Tiap ujung kawat tergantung pada tali. Arah arus pada kawat sedemikian rupa sehingga gaya yang dihasilkan dapat mengimbangi gaya tegangan tali penggantung. Maka besar dan arah arus pada kawat adalah….
 

A. 0,5 A, ke kanan
B. 0,5 A, ke kiri
C. 1,5 A, ke kanan
D. 1,5 A, ke kiri
E. 2,0 A, ke kanan

4.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar !

Kawat berarus listrik 10 A dengan arah ke atas berada dalam medan magnet 0,5 T dengan membentuk sudut 300^O terhadap kawat. Jika panjang kawat 5 m, maka besar gaya Lorentz yang dialami kawat tersebut adalah . . .
 

A. 10,0 N
B. 12,5 N
C. 15,0 N
D. 17,5 N
E. 19,0 N

5.

Kerjakan soal berikut ini dengan benar !

Suatu kawat berarus listrik 20 A dengan arah ke atas berada dalam sebuah medan magnetik 0,5 T dengan membentuk sebuah sudut 30^O terhadap kawat. Apabila panjang kawat 20 meter. Berapa besarnya gaya Lorentz yang akan dialami kawat?

A. 80 N
B. 90 N
C. 100 N
D. 110 N
E. 200 N

6.

Jawablah soal berikut ini!

Sebuah transformator step-down memiliki 1000 lilitan pada kumparan primer dan 100 lilitan pada kumparan sekunder. Jika tegangan input pada kumparan primer adalah 220 V, berapakah tegangan output pada kumparan sekunder?

A. 10V
B. 20V
C. 22V
D. 24V
E. 44V

7.

Jawablah soal berikut ini!

Sebuah kawat melingkar dengan luas penampang 0,1 m² berada dalam medan magnet homogen sebesar 0,5 T. Jika medan magnet berubah dari 0,5 T menjadi 0 T dalam waktu 2 detik, berapakah besar GGL induksi yang dihasilkan?

A. 0.025V
B. 0.05V
C. 0.1V
D. 0.2V
E. 0.25V