Gaya Gerak Listrik !

• Masalah Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara ujung-ujung penghantar sebelum dialiri arus listrik. Gayagerak listrik disingkat dengan GGL, dengan satuan volt.Gaya gerak listrik merupakan energy yang diberikan pada setiap muatan listrik untuk bergerak antara duakutub baterai ataugenerator. Sebuah electron-elektron bermuatan e yang bergerak dari kutub negative ke
• kutub positif melalui konduktor di luar baterai dengan gaya gerak listrik sebesar V, akan mendapat energysebesar e x V joule.B. Identifikasi MasalahMencari hubungan antara gayagerak listrik yang di tinjau dari gaya medan magnet dan gaya laurenC. Pembatasan MasalahKarena cangkupan gaya gerak listrik yang begitu luas dan meliputi berbagai aspeknya., maka kamihanya membataskan pembahasan hanya dari tinjauan gaya medan magnet dan gaya lauren.D. Perumusan MasalahAtas dasar penentuan latar belakang dan identiikasi masalah diatas, maka kami dapat mengambilperumusan masalah sebagai berikut:”Bagaimana mencari Gaya gerak listrik ditinjau dari gaya magnet dengan gaya lauren.?”Pembahasan materiGaya Gerak Listrik Induksi GGL, Medan Magnet menimbulkan Arus ListrikSejarahMichael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, membuat hipotesis (dugaan)bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan arus listrik. Untuk membuktikan kebenaranhipotesis Faraday.Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam kumparan menyebabkan jarumgalvanometer menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarumgalvanometer menyimpang ke kanan. Jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidakmenyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang
• ke kiri. Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparanterdapat arus listrik. Peristiwa timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik.Adapun beda potensial yang timbul pada ujung kumparan disebut gaya gerak listrik (GGL) induksi.A.GGL INDUKSITahun 1821 Michael Faraday membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan aruslistrik (artinya magnet menimbulkan listrik) melalui eksperimen yang sangat sederhana. Sebuah magnetyang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat menghasilkan arus listrik pada kumparan itu.Galvanometer merupakan alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yangmengalir. Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan (seperti kegiatan diatas), jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri. Bergeraknya jarum galvanometermenunjukkan bahwa magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan aruslistrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL (gaya gerak listrik). GGLyang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGL induksi. Arus listrik hanya timbul pada saatmagnet bergerak. Jika magnet diam di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik.1. Penyebab Terjadinya GGL InduksiKetika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnetyang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis- garis gaya inimenimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkanarus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan caramemerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalamkumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu.Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yangditunjukkan Gambar 12.1.a (ingat kembali cara menentukan kutub-kutub solenoida).Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gayamagnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini jugamenimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkanarus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masukke kumparan. pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnethasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu merupakankutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.b. Ketika kutub utaramagnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadiperubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadiGGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Jadi, GGLinduksi 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 gayamagnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arusinduksi. Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis
• gaya magnet disebut induksi elektromagnetik. Coba sebutkan bagaimana cara memperlakukan magnetdan kumparan agar timbul GGL induksi?2. Faktor yang Memengaruhi Besar GGL Induksi Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat dilihat padabesar kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudut penyimpangan jarum galvanometerbesar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGLinduksi?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 magnetB. PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIKPada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik. Induksielektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerapkaninduksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparandan magnet. Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garisgaya 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 itumenyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yang berulang secara periodikTerjadinya GGL induksi dapat dijelaskan seperti berikut. Jika kutub utara magnet didekatkan kekumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak. Perubahan jumlah garis gaya itulahyang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum galvanometer. Hal yang sama juga akan terjadi jikamagnet digerakkan keluar dari kumparan. Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer berlawanandengan penyimpangan semula. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab timbulnya GGLinduksi adalah perubahan garis gaya magnet yang dilingkupi oleh kumparan.Menurut Faraday, besarGGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yangdilingkupi kumparan. GeneratorGenerator atau pembangkit listrik yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada sepeda, biasanyadinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian atas dinamo (bagian yang dapatberputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada proses itulah terjadi perubalian energi gerak menjadi energilistrik. Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik.Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.Berkebalikan dengan motor listrik, generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energilistrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arusyang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua rnacam, yaitu generator AC dan generator DC.Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC).Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
• 1.Generator ACBagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dansikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalammedan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkanGGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC iniditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat. Sebagaimana percobaanFaradayGGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara: memperbanyak lilitan kumparan, menggunakan magnet permanen yang lebih kuat. mempercepat perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda.Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jikamagnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampupijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebutakan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jikaperputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).2.Generator DC Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arusinduksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincinbelah (komutator).TransformatorAgar tidak berbahaya tegangan yang tinggi itu harus diturunkan terlebih dahulu sebelum arus listrikdisalurkan ke rumah-rumah penduduk. Pada umumnya tegangan listrik yang disalurkan ke rumah-rumahpenduduk ada dua macam, yaitu 220 volt dan 1l0 volt. Alat yang digunakan untuk menurunkan tegangandisebuttransformator.Bagian utama transformator adalah dua buah kumparan yang keduanya dililitkan pada sebuah inti besi
• lunak. Kedua kumparan tersebut memiliki jumlah lilitan yang berbeda. Kumparan yang dihubungkandengan sumber tegangan AC disebut kumparan primer, sedangkan kumparan yang lain disebut kumparansekunder.Jika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC (dialiri arus listrik AC), besi lunak akanmenjadi elektromagnet. Karena arus yang mengalir tersebut adalah arus AC, garis-garis gayaelektromagnet selalu berubah-ubah. Oleh karena itu, garis-garis gaya yang dilingkupi oleh kumparansekunder juga berubah-ubah. Perubahan garis gaya itu menimbulkan GGL induksi pada kumparansekunder. Hal itu menyebabkan pada kumparan sekunder mengalir arus AC (arus induksi).Kita dapat rnembedakan transformator menjadi dua macam. yaitu transformator step up dan transformatorstep down. Transformator .step up adalah transformator yang jumlah lilitan primernya lebih kecil daripada lilitan sekunder. Oleh karena itu, transformator step up dapat digunakun untuk menaikkan teganganAC.C.MEDAN MAGNET.Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya masih dirasakan olehmagnet lain.Kuat Medan ( H ) = ITENSITY.Kuat medan magnet di suatu titik di dalam medan magnet ialah besar gaya pada suatu satuan kuat kutubdi titik itu di dalam medan magnet m adalah kuat kutub yang menimbulkan medan magnet dalamAmpere-meter. R jarak dari kutub magnet sampai titik yang bersangkutan dalam meter. dan H = kuatmedan titik itu dalam :Garis Gaya.Garis gaya adalah : Lintasan kutub Utara dalam medan magnet atau garis yang bentuknya demikianhingga kuat medan di tiap titik dinyatakan oleh garis singgungnya.Sejalan dengan faham ini, garis-garis gaya keluar dari kutub-kutub dan masuk ke dalam kutub Selatan.Untuk membuat pola garis-garis gaya dapat dengan jalan menaburkan serbuk besi disekitar sebuahmagnet.Gambar pola garis-garis gaya.Rapat Garis-Garis Gaya ( FLUX DENSITY ) = BJumlah garis gaya tiap satuan luas yang tegak lurus kuat medan.
• Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis-garis gaya dan berbanding terbalik denganpermeabilitasnya.B = rapat garis-garis gaya. = Permeabilitas zat itu.H = Kuat medan magnet.catatan : rapat garis-garis gaya menyatakan kebesaran induksi magnetik.Medan magnet yang rapat garis-garis gayanya sama disebut : medan magnet serba sama ( homogen )Bila rapat garis-garis gaya dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis-garis gaya ( ) 2yang menembus bidang seluar A m dan mengapit sudut dengan kuat medan adalah : = B.A SinSatuanya : Weber.1 MagnetismeSetiap magnet memiliki kutub magnet yang saling berlawanan, yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan(S), yang keduanya memiliki daya untuk menarik sekeping besi atau semacamnya. Sama halnya denganmuatan listrik, kutub yang senama saling tolak-menolak dan kutub yang berlawanan saling tarik-menarik.Daerah di antara kutub utara dan kutub selatan disebut medan magnet. Medan magnet memiliki dayauntuk menarik sekeping logam atau semacamnya. Medan magnet tersusun dari garis-garis yang keluardari kutub utara menuju kutub selatan, yang disebut garis-garis gaya magnet (ggm). Dengan demikianarah medan magnet juga dari kutub utara ke kutub selatan. Semakin kuat kemagnetan, semakin banyakjumlah garis gaya magnetnya. Jumlah garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara suatu magnetdisebut fluks magnet (magnetic flux), yang dinyatakan dengan simbol Π (phi). Satuan internasionaluntuk fluks magnet adalah Weber (Wb). Satu Weber sama dengan 108 garis gaya magnet. Satuan cgsuntuk fluks magnet adalah Maxwell. Satu Maxwell sama dengan 10-8 Weber.2 Kerapatan fluks magnetKerapatan fluks magnet (magnetic flux density) adalah fluks magnet per satuan luas pada bidang yangtegak lurus dengan fluks magnet tersebut. Kerapatan fluks magnet sering disebut juga dengan induksimagnet (magnetic induction). Kerapatan fluks magnet dapat dinyatakan dengan:……………….. (1)deganB = kerapatan fluks magnet dalam Weber/m2 (Wb/ m2) atau Tesla (T)Φ = fluks magnet dalam Weber (Wb)A = luas penampang dalam meter persegi (m2)
• Dalam satuan cgs, kerapatan fluks magnet dinyatakan dengan Maxwell/cm2 atau gauss. Denganmenggunakan metode konversi didapatkan 1 Maxwell/cm2 = 10-6 Wb/m2.3 PermeabilitasPermeabilitas (permeability) adalah kemampuan suatu benda untuk dilewati garis gaya magnet.Permeabilitas dinyatakan dengan simbul m (mu). Benda yang mudah dilewati garis gaya magnet disebutmemiliki permeabilitas tinggi. Pemeabilitas udara dan ruang hampa dianggap sama dengan satu. Untukbenda-benda yang lain, besarnya permeabilitas ditentukan dengan perbandingan terhadap udara atauruang hampa, didapatkan permeabilitas relatif (relative permeability). Nilai permeabilitas untuk udaraadalah mo = 4p x 10-7 atau 1,26 x 10-6. Untuk menghitung m, nilai permeabilitas relatif mr harus dikalikandengan permeabilitas udara mo, sebagaimana rumus di bawah ini. ……. (2)dengan:µ = permeabilitas suatu bendaµr = permeabilitas relatifµo = permeabilitas udaraDitinjau dari permeabilitas relatifnya, benda-benda dikelompokkan dalam tiga kelompok, yaitu : 1. Benda-benda ferromagnetik, yang memiliki permeabilitas jauh lebih besar dari 1. Benda-benda yang memiliki permeabilitas tinggi bila terletak di dalam medan magnet, garis-garis gaya magnet cenderung lewat pada benda tersebut. Dengan demikian benda-benda ferromagnetik mudah ditarik oleh magnet dan mudah dibuat magnet buatan. Yang tergolong benda ini antara lain besi, baja, nikel, cobalt, logam paduan seperti alnico dan permalloy. Kutub magnet, inti transformator dan bagian-bagian yang berhubungan dengan kemagnetan dibuat dari bahan ferromagnetik 2. Benda-benda paramagnetik, yang memiliki permeabilitas sedikit lebih besar dari 1. Benda- benda yang tergolong pada jenis ini tidak begitu kuat ditarik magnet dan bila terletak di dalam medan magnet, fluks yang mengalir di dalamnya sama dengan fluks magnet yang mengalir di dalam udara biasa. Yang tergolong benda ini antara lain aluminium, khrom, mangaan dan platinum. 3. Benda-benda diamagnetik, yang memiliki permeabilitas kurang dari 1. Benda-benda yang tergolong jenis ini sukar ditarik magnet dan bila terletak di dalam medan magnet cenderung dihindari oleh garis-garis gaya magnet. Yang tergolong beda ini antara lain bismuth, antimoni, tembaga, seng, merkuri, emas dan perak.