Ada berbagai cara untuk menghasilkan arus listrik, salah satunya adalah melalui peristiwa induksi elektromagnetik. Istilah induksi mungkin masih sedikit asing di telinga sebagian orang meskipun sebenarnya aplikasinya sangat luas dalam kehidupan.
Bahkan bisa dibilang listrik yang bersumber dari PLN yang biasa digunakan di kehidupan sehari-hari dihasilkan berkat fenomena induksi dari konduktor yang digerakkan di dalam medan magnet. Oleh karena itu, dalam artikel ini akan dibahas materi lengkap dengan rumusnya.
Pengertian Induksi Elektromagnetik
Prinsip induksi elektromagnetik merupakan peristiwa dihasilkannya arus listrik karena perubahan fluks magnetik. Tegangan listrik akan dihasilkan di sepanjang konduktor ketika konduktor terus digerakan atau berubah posisinya di dalam medan magnet yang diam.
Konduktor yang terus digerakkan akan menghasilkan beda potensial di masing-masing ujung kumparan yang disebut sebagai GGL (Gaya Gerak Listrik) Induksi. Perbedaan potensial di ujung kumparan inilah yang akan mengalirkan arus listrik.
Arus listrik yang mengalir dari peristiwa ini disebut arus induksi. Untuk mengukur arus listrik yang mengalir akibat peristiwa induksi menggunakan alat yang disebut galvanometer.
Besar GGL (Gaya Gerak Listrik) elektromagnetik ditentukan oleh tiga faktor seperti kecepatan perubahan magnet, banyak lilitan dan juga kekuatan magnetnya. Berikut penjelasan masing-masing faktor yang menentukan:
- Kecepatan perubahan medan magnet: Apabila magnet yang keluar masuk kumparan lebih cepat maka perubahan medan magnetnya semakin cepat. Perubahan medan magnet yang lebih cepat akan membuat GGL induksi yang dihasilkan lebih besar
- Kekuatan magnet: Besar GGL induksi juga ditentukan oleh kekuatan magnetnya. Semakin kuat gejala kemagnetannya akan membuat GGL induksi yang dihasilkan lebih besar
- Jumlah lilitan pada kumparan menentukan besar GGL induksi yang dihasilkan. Apabila jumlah lilitan semakin banyak akan membuat GGL induksi yang dihasilkan lebih besar
Bunyi Hukum
Hukum induksi elektromagnetik yang digunakan terdiri dari dua macam yakni dari Faraday dan hukum induksi Lenz. Penting untuk memahami kedua jenis induksi ini karena diaplikasikan dalam berbagai perangkat kelistrikan.
1. Hukum Induksi Faraday
Hukum induksi pertama dikemukakan oleh ilmuwan Faraday yang mengungkapkan bahwa besar GGL listrik induksi berbanding lurus dengan kecepatan perubahan fluks magnetik di sekelilingnya.
Fluks magnetik sendiri merupakan garis gaya magnet yang bergerak dalam arah tegak lurus di luas area tertentu.
Faraday mengungkapkan bahwa jika perubahan medan magnetik semakin cepat akan menghasilkan GGL yang lebih besar. Besar GGL sebanding terhadap laju perubahan fluks magnetiknya. Hukum Faraday bisa dinyatakan dengan rumus berikut:
ε = – N ()
Keterangan:
ε = GGL induksi (Volt)
N = banyak lilitan pada kumparan
= laju perubahan dari fluks magnet terhadap perubahan waktu, juga dikenal sebagai laju perubahan fluks
2. Hukum Induksi Lenz
Menurut Lenz, arus listrik akan mengalir tatkala GGL induksi dihubungkan ke dalam rangkaian listrik tertentu yang memiliki hambatan tertentu.
Arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian tertutup tersebut disebut arus induksi. GGL induksi dan arus induksi ini akan muncul selama terjadinya perubahan fluks magnetik.
Hukum Lenz oleh Heinrich Friedrich Lenz hanya berlaku untuk arus induksi yang mengalir di dalam rangkaian penghantar tertutup. Bunyi hukum Lenz yakni GGL induksi akan menghasilkan arus induksi dengan medan magnet berlawanan arah dari asal perubahan fluksnya.
Aplikasi Induksi Elektromagnetik Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Penerapan dalam kehidupan sehari-hari sangat luas, seperti pada generator, transformator listrik (trafo) dan dinamo atau motor listrik. Berikut adalah cara kerja dari masing-masing perangkat tersebut beserta fungsinya.
1. Generator Pembangkit Listrik
Prinsip kerja generator berdasarkan kepada hukum induksi elektromagnetik Faraday dengan mengkonversi energi kinetik menjadi energi listrik. Ada dua jenis generator yang digunakan yakni generator DC (arus searah) dan generator AC (arus bolak-balik).
Jenis arus listrik yang dihasilkan generator apakah arus searah atau bolak-balik ditentukan oleh jumlah cincin di dalam generatornya. Pada generator arus searah (DC) maka jumlah cincin luncurnya hanya satu. Sementara pada generator arus bolak-balik (AC) maka jumlah cincin luncurnya ada dua.
Generator bekerja membangkitkan listrik dengan cara mengubah putaran poros menjadi arus listrik. Bagian generator yang terus bergerak disebut sebagai rotor sementara bagian generator yang diam adalah statornya.
Untuk menghitung besar GGL induksi yang dihasilkan oleh generator menggunakan rumus di bawah ini:
ε = B.A.ω.N.sin θ
θ merupakan sudut yang dihitung dengan rumus:
θ = ω x t
Keterangan:
ε = GGL induksi (Volt)
B = induksi magnet (T)
A = luas bidang pada kumparan (m2)
N = jumlah lilitan pada kumparan
ω = kecepatan pada sudut kumparan (rad/s)
t = waktu (detik)
Besar GGL induksi akan mencapai nilai maksimum atau terbesar ketika θ = 90⁰ karena nilai sin θ = 1
Sehingga rumus GGL maksimum dihitung dengan rumus berikut:
ε max = B.A.ω.N
Persamaan di atas juga bisa ditulis menjadi:
ε = ε max sin θ
2. Transformator
Transformator atau disingkat trafo adalah alat yang biasa dipasang pada jaringan listrik PLN untuk mengubah tegangan bolak-balik AC menggunakan prinsip induksi.
Trafo dapat meningkatkan atau menurunkan tegangan listrik dengan cara memindahkan energi listriknya dari kumparan primer menuju kumparan sekunder.
Kerja transformator akan memunculkan GGL di kumparan sekundernya karena aliran arus listrik bolak-balik di kumparan primer menyebabkan medan magnet berubah.
Berdasarkan fungsi trafo untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC dari sumbernya, trafo dibagi ke dalam dua jenis yakni trafo step down dan trafo step up.
Fungsi trafo step up adalah untuk meningkatkan tegangan AC sumber sementara trafo step down berfungsi untuk menurunkan tegangan AC sumbernya.
Jumlah lilitan pada trafo mempengaruhi fungsi masing-masing trafo. Jumlah lilitan kumparan primer pada trafo step up lebih sedikit dibandingkan kumparan sekundernya. Sementara jumlah lilitan kumparan primer pada trafo step down lebih banyak dibanding kumparan sekundernya.
Hubungan antara jumlah lilitan dan tegangan listrik yang dihasilkan ditunjukkan pada rumus di bawah:
Vp/Vs = Np/Ns
3. Motor Listrik
Motor listrik atau dinamo merupakan peralatan yang bekerja mengkonversi energi listrik menjadi energi mekanis. Sehingga prinsip kerja dinamo adalah kebalikan dari generator.
Komponen elektromagnet pada motor listrik bekerja dengan mengkonversi energi listriknya menjadi energi magnetik.
Energi magnetik akan menimbulkan gerak melalui gaya tarik menarik maupun gaya tolak-menolak antara kutub magnet yang tidak sejenis maupun sejenis. Ketika magnet diletakkan pada suatu poros berputar maka energi listrik akan berubah menjadi energi mekanik.
Motor listrik dipakai pada peralatan elektronik seperti kipas angin, pompa, mixer, bor, konveyor dan kompresor
Induksi elektromagnetik merupakan peristiwa dihasilkannya arus listrik di sepanjang konduktor dengan cara menggerakkan konduktor di dalam medan magnet yang diam.
Penerapan konsep ini sangat luas di berbagai bidang kehidupan seperti generator yang menghasilkan arus listrik melalui putaran poros.