Pernahkah sebelumnya kamu mendengar induksi elektromagnetik? Apabila kamu belum pernah mendengar apa itu induksi elektromagnetik, tepat sekali jika kamu ada disini dan membaca artikel ini.
Bagi kamu yang sudah pernah mendengar induksi elektromagnetik tidak ada salahnya apabila kamu memperluas wawasan dengan membaca artikel yang disampaikan oleh pintarnesia tentang induksi elektromagnetik secara lengkap.
Pengertian Induksi Elektromagnetik
Pengertian induksi elektromagnetik adalah suatu proses pada saat konduktor yang diletakkan pada suatu medan magnet yang berubah atau bergerak atau apabila konduktor tersebut bergerak relatif melintasi medan magnet yang diam kemudian menyebabkan produksinya voltase pada sepanjang konduktor tersebut. Sehingga pada proses induksi elektromagnetik ini akan menghasilkan arus listrik.
Menurut seorang ilmuwan Michael Faraday yang berasal dari Jerman dirinya memiliki gagasan bahwa medan magnet dapat menghasilkan arus listrik. Kemudian gagasan tersebut dibuktikan pada tahun 1821 oleh Michael Faraday bahwa memang benar perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik.
Penjelasan tersebut dibuktikan dengan adanya alat galvanometer bagian yang berfungsi untuk dapat mengetahui apakah suatu benda terdapat arus listrik yang mengalir atau tidak. gaya gerak listrik yang timbul karena adanya perubahan garis-garis gaya magnet disebut dengan GGL induksi,
Sedangkan untuk arus yang mengalir dinamakan dengan arus induksi, dan untuk proses tersebut disebut dengan induksi elektromagnetik.
James Maxwell merupakan seorang ilmuwan yang mendeskripsikan gagasan tersebut secara matematik sebagai hukum induksi Faraday. Secara formal persamaan yang menyebutkan karakteristik dari induksi medan elektromagnetik dari fluks magnetik atau perubahan pada medan magnet disebut dengan nama hukum Faraday.
Dan kemudian nama Hukum Faraday tersebut di generalisasikan menjadi persamaan Maxwell-Faraday. Salah satu teori elektromagnetik yang dijelaskan oleh James Clerk Maxwell bahwa dirinya mendefinisikan hubungan antara perubahan medan listrik dengan medan magnet. Selain itu terdapat pula hukum lorenz yang mendeskripsikan arah dari medan induksi.
Proses pergerakan arus listrik akan dapat menghasilkan sebuah medan magnetik. Dan sebuah magnet akan dapat mempunyai medan magnet yang dikarenakan adanya pergerakan Individual elektron-elektron dalam atom atom penyusun magnet, kemudian elektron tersebut akan bergerak secara bersamaan tangkai menghasilkan medan magnet.
Baca Juga : Pengertian Kapasitor
Rumus Induksi Elektromagnetik
Berikut ini merupakan beberapa rumus persamaan induksi elektromagnetik yang akan dijelaskan seperti dibawah ini secara lengkap.
1. Fluks Magnetik
Fluks magnet adalah perubahan yang terjadi pada Medan magnet. Fluks magnet ini dapat dihasilkan karena adanya Perkalian antara medan magnet (B) dengan luas bidang (A) yang letaknya saling tegak lurus dengan induksi magnetnya. Secara matematis rumus fluks adalah sebagai berikut:
Φ = BA
Pada faktanya induksi magnet B tidaklah selalu tegak lurus terhadap bidang, induksi magnet B dapat membentuk sudut tertentu. Seperti misalnya terdapat sebuah induksi medan magnet yang membentuk suatu sudut yang tegak lurus dengan luas bidangnya maka besarnua fluks magnet yang dihasilkan yaitu:
Φ = BA cos θ
Keterangan:
Φ = Fluks magnet
B = induksi magnet
A = luas bidang
θ = Sudut antara arah induksi magnet B dengan arah garis normal
2. Hukum Faraday
Hukum Faraday adalah hukum yang menyatakan bahwa apabila jumlah fluks magnet yang memasuki suatu kumparan berubah, maka pada ujung-ujung kumparan tersebut akan timbul gaya gerak listrik (GGL) induksi.
Besarnya gaya gerak listrik induksi tersebut bergantung pada kecepatan perubahan fluks magnet serta pada banyaknya lilitan kumparan.
Berdasarkan hukum Faraday, perubahan terhadap fluks magnetik akan dapat menyebabkan timbulnya peda potensial antara ujung dari kumparan.
Kemudian apabila ujung kumparan tersebut dihubungkan dengan menggunakan suatu penghantar yang memiliki hambatan tertentu, maka arus akan mengalir yang disebut dengan arus induksi dan beda potensial disebut dengan gaya gerak listrik (GGL) induksi.
Pada saat itu Faraday hanya dapat menghitung besaran dari GGL induksi yang terjadi, namun Masi belum dapat menentukan arah dari arus induksi yang timbul pada kumparan. Gaya gerak listrik induksi tersebut dapat dihitung secara sistematis dengan menggunakan rumus seperti berikut:
ε = -N (ΔΦ/Δt)
Keterangan:
ε = Gaya gerak listrik (GGL) induksi (volt)
N = Jumlah lilitan (Tanda negatif adalah tanda yang menunjukkan arah induksi)
ΔΦ/Δt = Laju perubahan fluks magnet
Berdasarkan dari rumus di atas, untuk dapat menimbulkan suatu perubahan fluks magnet agar bisa menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) induksi, maka dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa cara seperti berikut:
- Memperbesar perubahan induksi magnet B.
- Memperkecil ukuran sudut.
- Memperkecil luas bidnag A yang ditembus oleh Medan magnet.
3. Hukum Lenz
Hukum Lenz merupakan rumus elektromagnetik yang di temukan oleh seorang ilmuwan fisika yang bernama Friedrich Lenz pada tahun 1834.
Hukum Lenz sendiri adalah hukum fisika yang memberikan suatu pernyataan tentang gaya gerak listrik (GGL) induksi. Hukum Lenz ini menjelaskan arah arus induksi yang disebabkan adanya gaya gerak listrik (GGL) induksi tersebut.
Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi akan muncul di dalam arah yang sedemikian rupa sehingga arah induksi menentang perubahan yang dihasilkan.
Jadi, arah arus induksi yang berada di dalam suatu pengantar akan menimbulkan medan magnet yang saling bertolak-belakang dengan penyebab dari perubahan medan magnet tersebut.
Rumus Hukum Lenz
ε = B. l v
Gaya gerak listrik (GGL) induksi diri atau Hukum Henry jika arus yang mengalir di dalam suatu penghantar berubah pada setiap waktu, maka pada penghantar tersebut akan terjadi gaya gerak listrik (GGL) i diksi diri. Proses terjadinya hal tersebut di rumuskan oleh Josep Henry seperti berikut:
ε = -L (dI/dt)
Keterangan:
ε = Gaya gerak listrik (GGL) induksi diri (Volt)
L = Induktansi diri
dI/dt = Besarnya perubahan arus tiap satuan waktu (A/s)
Induksi diri (L) adalah gaya gerak listrik (GGL yang terjadi di dalam suatu penghantar serta terjadi perubahan kuat arus 1A pada setiap detiknya. Besar induksi diri di dalam sebuah pengantar dapat dirumuskan menjadi:
L = NΦ/I
Keterangan:
L = Induktansi diri
N = Jumlah lilitan kumparan
Φ = Fluks magnet (Wb)
I = Kuat arus
Penerapan Induksi Elektromagnetik
Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik secara umum digunakan pada pembangkit energi listrik. Berapa pembangkit listrik energi listrik yang menerapkan sistem induksi elektromagnetik diantaranya adalah generator dan dinamo.
Pada generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan dan magnet tersebut yang berputar maka akan menyebabkan proses terjadinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan.
Pada perubahan tersebutlah yang menyebabkan terjadinya gaya gerak listrik induksi di dalam kumparan. Energi mekanik yang diberikan oleh generator dan juga dinamo akan diubah kedalam bentuk energi gerak rotasi.
Hal tersebutlah yang menyebabkan gaya gerak listrik induksi akan dihasilkan secara terus menerus dengan menggunakan pola yang berulang pula secara periodik.
Berbagai teknologi juga telah menerapkan induksi elektromagnetik misalnya seperti komponen elektrikal induktor dan transformator serta alat-alat yang krusial misalnya seperti motor elektrik dan generator. Dan di bawah ini merupakan penjelasan dari penerapan induksi elektromagnetik seperti berikut.
1. Generator
Secara umum generator dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak balik (AC). Generator arus searah dan generator arus bolak balik memutar kumparan di dalam medan magnet yang tetap.
Untuk generator arus bolak balik (AC) biasa disebut dengan nama alternator. Arus listrik yang dihasilkan tersebut merupakan arus bolak balik (AC).
Generator arus bolak balik (AC) memiliki ciri-ciri yaitu menggunakan cincin ganda. Sedangkan untuk arus searah atau DC merupakan arus yang memiliki ciri-ciri hitung menggunakan cincin belah atau komutaor.
Sehingga generator arus bolak balik (AC) dapat diubah menjadi generator arus searah (DC) dengan mengganti cincin ganda dengan menggunakan sebuah komutator. Sebuah generator arus bolak-balik (AC) kumparan berputar di antara kutub yang berbeda jenis dari dua magnet yang saling berhadapan.
Kedua kutub magnet tersebut akan menimbulkan medan magnet. Kedua ujung kumparan tersebut kemudian dihubungkan dengan menggunakan sikat karbon yang terdapat pada setiap cincin.
Kumparan pada bagian generator yang bergerak dengan berputar yang disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak yang disebut dengan stator.
Cara Kerja Generator
Cara kerja generator adalah pada saat kumparan sejajar dengan arah medan magnet yang membentuk sudut 0 derajat belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi gaya gerak listrik (GGL) induksi. Pada saat kumparan berputar secara perlahan-lahan, arus dan gaya gerak listrik (GGL) yang membentuk sudut 90°.
Pada saat posisi tersebutlah kumparan menjadi tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan tersebut kuat arus dan juga gaya gerak listrik induksi menunjukan nilai yang maksimal. Kemudian, pada putaran kumparan yang terus berputar akan semakin berkurang arus dan gaya gerak listrik (GGL).
Pada saat kumparan membentuk sudut 180 derajat dnegan kumparan pada arah medan magnet maka pada GGL induksi dan juga arus induksi akan menjadi 0. Kemudian, pada kumparan yang selanjutnya arus Sera tegangan mulai naik lagi dengan arah yang berlawanan. Ketika membentuk sudut 270° akan terjadi kumparan dengan arus yang tegak lurus dengan medan magnet.
Kedudukan kuat arus dan juga gaya gerak listrik induksi menunjukan nilai maksimum, akan tetapi pada rah yang berbeda. Untuk putaran kumparan yang selanjutnya arus serta tegangan akan turun secara perlahan sampai mencapai angka 0. DNA kumparan akan kembali pada posisi seperti semula dan membentuk sudut 360°.
2. Dinamo (Motor Listrik)
Dinamo dapat dibedakan menjadi dua jenis diantaranya yaitu dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Cara kerja dinamo pada umumnya sama dengan cara kerja generator yaitu dengan memutar magnet di dalam kumparan.
Kemudian bagian dinamo yang berputar tersebut disebut dengan nama rotor, dan bagian dinamo ynag tidak bergerak disebut dengan nama stator.
Terdapat perbedaan antara dua jenis dinamo. Untuk jenis dinamo arus searah (DC) menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua bagian dan cincin tersebut disebut dengan cincin belah (kokulator).
Cincin tersebut yang akan memungkinkan arus listrik yang berasal dari luar rangkaian dinamo berupa arus searah meskipun pada dinamo sendiri menghasilkan arus bolak-balik. Sedangkan pada jenis dinamo arus bolak-balik (AC) menggunakan cincin ganda.
3. Transformator (Trafo)
Cara kerja transformator adalah dengan cara menerapkan sistem kerja pada peristiwa induksi elektromagnetik. Apabila kumparan primer yang dialiri oleh arus bolak-balik (AC), maka inti besi yang dimiliki oelh kumparan akan menjadi magnet. Hak tersebut karena arus AC, pada elektromagnet akan selalu berlangsung perubahan garis gaya magnet.
Perubahan garis gaya tersebut kemudian akan bergeser menuju pada kumparan sekunder. Dengan begitu, maka pada kumparan sekunder akan terjadi perubahan garis gaya magnet. Hal tersebutlah yang menimbulkan adanya gaya gerak listrik induksi pada kumparan sekunder.
Pada transformator arus induksi yang dihasilkan adalah arus bolak-balik (AC) yang memiliki besaran yang sesuai dengan jumlah lilitan sekunder. Terdapat tiga bagian utama dari transformator di antaranya yaitu inti besi yang berlapis-lapis, kumparan primer, dan juga kumparan sekunder.
Kumparan primer yang disambungkan dengan PLN untuk dijadikan sebagai tegangan masukan yang nantinya akan dinaikkan atau diturunkan. Pada kumparan sekunder dihubungkan dengan menggunakan beban sebagai tegangan keluaran.
Baca Juga : Rumus Gelombang Elektromagnetik
Faktor Penyebab Munculnya Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi
Penyebab utama dari timbulnya gaya gerak listrik (GGL) hidup adalah terjadinya suatu perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu loop kawat. Yang memiliki besaran fluks magnetik yang telah dijelaskan pada penjelasan persamaan di atas sebelumnya. Dengan begitu jadi tiga faktor yang menjadi penyebab timbulnya gaya gerak listrik (GGL) pada suatu kumparan, 3 penyebab tersebut diantaranya adalah sebagai berikut:
- Gaya gerak listrik (GGL) di akibatkan karena adanya perluasan kumparan di dalam medan elektromagnetik.
- Gaya gerak listrik (GGL) induksi di akibatkan karena adanya perubahan terhadap orientasi pada sudut kumparan 0 terhadap Medan elektromagnetik.
- Gaya gerak listrik (GGL) induksi pada luasan bidang kumparan yang konstan terjadi karena di akibatkan adanya perubahan induksi magnetik.
Demikian yang dapat pintarnesia sampaikan tentang induksi elektromagnetik. Smeiga artikel ini dapat bermanfaat bagi para pembaca sekalian. Apabila terdapat kalimat atau penjelasan yang kurang tepat mohon dimaafkan. Terimakasih.