Perangkat Dengan Prinsip Induksi ELektromagnet

Perangkat yang bekerja menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari diantaranya adalah generator listrik dan transformator. Generator listrik dekat dengan kehidupan manusia karena listrik merupakan kebutuhan pokok manusia. Kemudian transformator merupakan komponen yang sering digunakan dalam peralatan elektronika seperti TV, Video player dan peralatan elektronika lainnya.

Perangkat Dengan Prinsip Induksi ELektromagnet

Generator Listrik

Jika kutub-kutub magnet digerakkan di dekat kumparan, atau sebaliknya jika kumparan digerakkan di dekat kutub-kutub magnet, maka akan menimbulkan arus induksi dalam kumparan itu. Pada peristiwa ini telah terjadi perubahan energi gerak menjadi energi listrik. Berdasarkan konsep di atas dapat dibuat alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo.

Generator dibedakan menjadi 2, yaitu :

1. Generator yang menghasilkan gaya gerak listrik induksi bolak-balik disebut generator arus bolak-balik.
2. Generator yang menghasilkan gaya gerak listrik induski searah disebut dengan generator arus searah.

a. Generator Arus Bolak-Balik

Generator arus bolak-balik terdiri atas sebuah kumparan dan sepasang kutub magnet kuat, dua buah cincin geser dan dua buah sikat penyambung arus. Perhatikan di bawah, tiap ujung kawat kumparan dihubungkan pada sebuah cincin-cincin tersebut. Pada tiap cincin geser menempel pada sebuah sikat penyambung arus.

Bila kumparan diputar, maka dalam kumparan akan timbul gaya gerak listrik bolak-balik. Gaya gerak listrik bolak-balik ini jika dihubungkan dengan rangkaian luar, maka akan mengalir arus melalui kedua sikat secara bergantian, yaitu: mula-mula arus keluar melalui sikat pertama, sesaat kemudian melalui sikat kedua, sesaat kemudian melalui sikat pertama lagi, sesaat kemudian melalui sikat kedua lagi, demikian seterusnya sehingga dihasilkan arus induksi yang arahnya bolak-balik. Arus yang arahnya bolak-balik semacam ini disebut dengan arus bolak-balik, yang biasa disebut arus AC berasal dari bahasa Inggris Alternating Current.

Arus bolak-balik ini jika digambar dengan grafik terhadap waktu adalah sebagai berikut.

Dari gambar di atas keadaan arus pada saat tertentu di atas garis mendatar dan saat berikutnya di bawah garis mendatar, demikian seterusnya. Inilah yang menunjukkan bahwa arah arus itu bolak-balik. Bagian generator yang bergerak (berputar) disebut rotor, dan bagian yang diam (tidak berputar) disebut stator. Pada gambar generator di atas, sebagai rotornya kumparan ( jangkar), dan statornya sepasang magnet. Untuk generator pembangkit tenaga listrik yang besar-besar menggunakan lebih dari satu magnet sebagai rotor dan susunan kumparan-kumparan sebagai stator Arus bolak-balik banyak sekali digunakan antara lain untuk listrik di rumahrumah pabrik-pabrik dan kantor-kantor.

Generator Arus Searah

Generator arus searah pada prinsipnya sama dengan generator arus bolak-balik. Perbedaannya hanya menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua. Generator ini menghasilkan gaya gerak listrik induksi searah. Jika dihubungkan dengan rangkaian luar, maka arus akan mengalir melalui salah satu sikat. Yaitu pada awal melalui sikat pertama, waktu berikutnya melalui sikat pertama lagi demikian seterusnya arus selalu melalui sikat pertama, sehingga arus yang dihasilkan berupa arus searah.

Arus searah biasa disebut arus DC berasal dari bahasa Inggris Direct Current. Arus searah ini ditunjukkan dengan grafik seperti terlihat pada gambar di bawah.

Dari gambar di atas terlihat bahwa grafik arus selalu di atas garis, tidak pernah di bawah garis mendatar. Hal inilah yang menunjukkan bahwa arah arus itu searah.

Transformator

Dalam kehidupan sehari-hari transformator lebih dikenal dengan istilah trafo, yaitu alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik bolak-balik dengan cara induksi. Skema trafo dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Bagian-bagian utama trafo yaitu:

1. Kumparan primer ( n_p ) yang dihubungkan dengan sumber tegangan primer.
2. Kumparan sekunder (n_s ) yang dihubungkan dengan sumber tegangan sekunder.
3. Inti besi lunak yang berfungsi untuk memperkuat garis-garis gaya magnetik yang dihasilkan oleh kumparan primer.

Transformator yang digunakan untuk memperbesar tegangan disebut trafo penaik atau trafo step-up. Transformator yang digunakan untuk memperkecil tegangan disebut trafo penurun atau trafo step down.

Amati transformator step-up dan step-down pada gambar di bawah ini.

Pada trafo step-up jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder. Pada trafo step-down, jumlah lilitan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder.

Jika lilitan pimer lebih banyak daripada lilitan sekunder dan kumparan primer dihubungkan dengan catudaya yang menghasilkan tegangan bolak-balik, maka tegangan yang timbul pada kumparan sekunder akan turun.

Demikian juga jika lilitan primer lebih sedikit daripada lilitan sekunder dan kumparan primer dihubungkan dengan sebuah catudaya, maka tegangan yang timbul pada kumparan sekunder akan naik. Besarnya tegangan sekunder bergantung pada perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

Perbandingan antara tegangan primer dan tegangan sekunder sama dengan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan sekunder. Hubungan tersebut dapat secara matematis dituliskan sebagai berikut.

Dimana:

V_p = tegangan primer (Volt)
V_s = tegangan sekunder (Volt)
n_p = jumlah lilitan primer
n_s = jumlah lilitan sekunder

Dari persamaan tersebut di atas dapat dikatakan bahwa perbandingan tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitan. Apabila arus yang mengalir pada kumparan primer adalah I_pdan arus yang mengalir pada kumparan sekunder I_s maka dalam waktu t sekon energi yang masuk pada kumparan primer adalah V_p . I_p . t joule dan jumlah energi yang keluar dari kumparan sekunder adalah V_s . I_s . t joule. Jika dianggap tidak ada energi yang hilang dalam trafo, maka akan berlaku :

V_p . I_p . t = V_s . I_s . t

V_p . I_p = V_s . I_s

sehingga :
I_p : I_s = V_s : V_p atau dapat pula ditulis I_p : I_s = N_s : N_p

Dimana:

I_p = kuat arus primer (A)
I_s = kuat arus sekunder (A)
V_p = tegangan primer (V)
V_s = tegangan sekunder (V)
N_p = banyak lilitan primer
N_s = banyak lilitan sekunder

Dari persamaan di atas dapat diartikan secara fisis bahwa: Perbandingan antara kuat arus primer dengan kuat arus sekunder sama dengan perbandingan antara kumparan sekunder dengan kumparan primer.