Aplikasi Induksi Faraday pada Produk Teknologi

Aplikasi Induksi Faraday pada Produk Teknologi - Tentunya kalian pernah menggunakan mikrofon atau tape recorder. Tahukah kalian bagaimana alat tersebut bekerja? Saat aliran arus listrik terputus biasanya kita menggunakan generator atau genset untuk menghasilkan arus listrik. Bagaimana sebuah mikrofon, tape recorder dan generator berkaitan dengan prinsip induksi elektromagnetik dalam fisika?

Aplikasi Induksi Faraday pada Produk Teknologi

Faraday

Jika arus listrik menimbulkan medan magnet, apakah mungkin medan magnet dapat menghasilkan arus listrik? Pertanyaan ini dijawab oleh Michael Faraday (1791-1867) melalui eksperimen yang dilakukannya. Faraday melakukan eksperimen dengan menggunakan peralatan fisika yaitu sebuah baterai, sakelar, dua buah kumparan dan sebuah galvanometer. Kumparan pertama dihubungkan ke baterai dan kumparan kedua dihubungkan ke galvanometer. Ketika sakelar dihubungkan, jarum galvanometer menyimpang sesaat dan segera kembali ke posisi nol ketika arusnya konstan. Ini menunjukkan arus konstan pada kumparan pertama tidak menghasilkan arus listrik pada kumparan kedua. Akan tetapi ketika sakelar diputus sambungkan, jarum galvanometer menyimpang ke kiri dan ke kanan.

Dari hasil eksperimen tersebut Faraday menyimpulkan bahwa perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik. Peristiwa munculnya arus listrik akibat perubahan medan magnet disebut induksi elektomagnetik. Faraday menemukan bahwa besaran yang berpengaruh terhadap munculnya arus induksi adalah fluks magnet. Fluks magnet adalah jumlah garis-garis gaya medan magnet yang menembus tegak lurus bidang dengan luas tertentu.

Faraday menemukan bahwa besaran yang berpengaruh terhadap munculnya arus induksi adalah fluks magnet. Fluks magnet adalah jumlah garis-garis gaya medan magnet yang menembus tegak lurus bidang dengan luas tertentu.

Secara matematis, fluks magnet ditulis sebagai berikut:

                                                                      Ф=BA$\text{Ф}=BA$

Dalam kenyataannya, induksi magnetik B tidak selalu tegak lurus pada bidang.

Sehingga rumus fluks magnet di atas berubah menjadi:

                                                                      Ф=BAcosθ$\text{Ф}=BAcos\text{θ}$

Dengan:

Ф = Fluks magnet (Wb)$(Wb)$

B = Induksi magnet (Wb/m2)$(Wb/m^2)$

A = Luas bidang (m2)$\left(m^2\right)$

θ = Sudut antara arah induksi magnet B dengan arah normal bidang

Hasil eksperimen Faraday mennjukkan bahwa besar GGL induksi pada kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik dan jumlah lilitan kumparan.

                                                                      ε=−N∆Ф∆t$\text{ε}=-N\frac{\text{∆}\text{Ф}}{\text{∆}t}$

Dengan:

ε = GGL induksi (volt)$\left(volt\right)$

N = Jumlah lilitan kumparan

∆Ф∆t$\frac{\text{∆Ф}}{∆t}$=Laju perubahan fluks magnet (Wb/s)$\left(Wb/s\right)$

Generator arus listrik merupakan salah satu aplikasi dari induksi Faraday yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Besar ggl induksi untuk generator adalah:

                                                                      ε=εmakssinωt$\text{ε}={\text{ε}}_{maks}sin\text{ω}t$

                                                                      εmaks=NBAω${\text{ε}}_{maks}=NBA\text{ω}$

Dengan:

εmaks${\text{ε}}_{maks}$= GGL maksimum (volt)$\left(volt\right)$

ω        = Kecepatan sudut (rad/s)$\left(rad/s\right)$

N        = Jumlah lilitan

B        = Induksi magnetik (Wb/m2)$\left(Wb/m^2\right)$

A        = Luas kumparan (m2)$\left(m^2\right)$

t        = Waktu (s)$\left(s\right)$

Selain generator, alat yang bekerja berdasarkan prinsip Faraday adalah transformator atau trafo. Trafo adalah alat untuk menaikkan atau menurunan tegangan listrik bolak-balik. Alat ini ditemukan pada peralatan elektrik dan elektronik, seperti televisi, tape recorder, radio, adaptor, dan sistem transmisi tegangan listrik.

Berdasarkan konsep imbas elektromagnetik, maka pada trafo berlaku:

                                                                      V_sV_p=N_sN_p$\frac{V\mathrm{\_}s}{V\mathrm{\_}p}=\frac{N\mathrm{\_}s}{N\mathrm{\_}p}$

Np$N_p$ dan Ns$N_s$= Jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder

Vp$V_p$ dan Vs$V_s$= Tegangan primer dan sekunder

Efisiensi trafo:

η=P_sP_p=V_sI_sV_pV_s$\text{η}=\frac{P\mathrm{\_}s}{P\mathrm{\_}p}=\frac{V\mathrm{\_}sI\mathrm{\_}s}{V\mathrm{\_}pV\mathrm{\_}s}$

Contoh Soal

Sebuah kumparan dengan 100 lilitan dalam waktu 0,01 detik menimbulkan perubahan fluks magnet sebesar 10−4Wb${10}^{-4}Wb$, maka panjang ujung ujung kumparan akan timbul ggl induksi sebesar ....

a. 1 volt

b. 10 volt

c. 50 volt

d. 100 volt

e. 200 volt

Pembahasan:

Diketahui: N = 100 lilitan, dФdt=10−4Wb0,01s=10−2Wb/s$\frac{d\text{Ф}}{dt}=\frac{{10}^{-4}Wb}{0,01s}={10}^{-2}Wb/s$

Ditanya : ε = ....

Jawab:

ε=−NdФdt⟶ε=−100(10−2)$\text{ε}=-N\frac{d\text{Ф}}{dt}⟶\epsilon =-100\left({10}^{-2}\right)$

ε = -1 volt (tanda negatif menunjukkan arah arus induksi)

Jawaban A

Tentang: Fisika

Share:

Artikel Terkait