Penjelasan Induksi elektromagnetik dan penerapannya pada dinamo, generator serta trafo

 INDUKSI ELEKTROMAGNETIK DAN PENERAPANNYA

Apakah kamu tahu jika arus listrik juga dapat dihasilkan dengan menggunakan magnet? yups magnet dapat menghasilkan beda potensial listrik dan arus listrik. Arus listrik yang dihasilkan dengan menggunakan magnet dinamakan arus listrik induksi atau induksi elektromagnetik.

Induksi elektromagnetik diperoleh dengan menggerakkan magnet di sebuah kumparan atau lilitan kawat. Pergerakan magnet di sekitar kumparan menyebabkan garis-garis gaya magnet atau fluks akan terpotong. Perpotongan fluks akan menghasilkan beda potensial pada ujung-ujung kumparan sehingga timbul arus listrik di dalam kumparan. Beda potensial dari induksi elektromagnet disebut Gerak Gaya Listrik (GGL) Induksi. GGL ini sama dengan GGL pada sumber tegangan. Jadi GGL induksi dapat mengalirkan arus listrik.

Induksi elektromagnet ditemukan oleh seorang ilmuawan bernama Michael Faraday. Adapun faktor yang mempengaruhu induksi elektromagnet antara lain : jumlah lilutan, kecepatan gerak dan kekuatan magnet. Penerapan induksi elektromagnet dapat dilihat pada dinamo, generator dan trafo.

Artikel ini akan membahas mengenai induksi elektromagnetik yang meliputi sejarah singkat penemunya,  pengertian, faktor-faktor yang mempengaruhinya dan penerapannya. Baca dengan santai, relaks dan tidak buru-buru agar kamu dapat memahami isi artikel ini. Artikel ini dapat diakses di ipamts.com.

Sejarah Singkat Michael Faraday

Seperti yang disebutkan di atas bahwa induksi elektromagnetik ditemukan oleh seorang ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday (1791-1867). Faraday lahir di Inggris pada 22 September 1791 dan meninggal di usia 75 tahun pada tanggal 25 Agustus 1867. Beliau merupakan anak ke-3 dari 4 bersaudara.

Beliau tergolong keluarga miskin. Ayahnya bekerja sebagai tukang besi dengan penghasilan yang kurang memenuhi kebutuhan makan dan biaya sekolah anak-anaknya. Oleh karena itu, di usia 14 tahun, beliau bekerja untuk membantu ekonomi keluarganya. Beliau bekerja sebagai penjilid buku dan penjual buku. Di sela-sela pekerjaannya, beliau memanfaatkan waktu senggangnya untuk membaca segala jenis buku termasuk buku tentang ilmu pengetahuan alam seperti fisika  dan kimia.

Ketika berumur 20 tahun, Faraday mulai mengikuti ceramah-ceramah ilmuwan-ilmuwan Inggris ternama seperti Sir Humprhy Davy yang merupakan seorang ahli kimia juga kepala laboratorium Royal Institution. Selama mengikuti ceramah, beliau mencatat semua yang didengarnya dengan teliti kemudian menyalinnya kembali dengan rapih. Catatan-catatan tersebut beliau kirimkan ke Humprhy Davy disertai lamaran kerja. Ternyata dosen tersebut tertarik dan mengangkat beliau menjadi asistennya di laboratorium universitas terkenal di London. 

Di bawah bimbingan Davy, Faraday menunjukkan kemajuan yang pesat. Awalnya, beliau bekerja sebagai pencuci botol kemudian dengan kegigihannya dan ketekunannya dalam belajar, beliau dapat membuat penemuan-penemuan baru melalui usahanya sendiri seperti menemukan dua senyawa klorokarbon dan mencairkan gas klorin dan gas-gas lainnya. Berkat kepandaiannya tersebut, beliau dapat berhubungan dengan para ahli ternama dan berkeliling eropa bersama Davy. Pada saat itulah, beliau mulai membanguan pengetahuannya yang praktis dan teoritis.

Pada tahun 1831, Faraday menemukan bahwa jika magnet digerakkan pada sepotong kawat, maka arus mengalir pada kawat tersebut. Kondisi tersebut dikenal dengan induksi elektromagnetik (pengaruh elektromagnetik) dan penemuan tersebut diberi nama Hukum Faraday.

Penemuan ini merupakan penemuan yang penting dalam menjelaskan secara teoritis tentang konsep elektromagnet dan penerapannya. Perlu diketahui, beliau merupakan orang pertama yang membuat dinamo listrik. Dinamo adalah alat yang dapat meggerakkan arus listrik secara terus-menerus. Dinamo ini digunakan sebagai generator pembangkit listrik.

Saat ini, penggunaan generator digunakan untuk menghasilkan listrik dengan memanfaatkan sumber-sumber energi yang terbarukan seperti cahaya matahari, air dan angin sebagai energi alternatif penghasil listrik. 

Baca juga : Memahami Sumber Energi Tak Terbarukan dan Terbarukan.

Pengertian Induksi Elektromagnetik

Pengertian induksi elektromagnetik adalah arus listrik yang timbul dari pergerakan magnet didekat sebuah kumparan (lilitan kawat tembaga). Ketika sebuah magnet digerakkan didekat kumparan, maka kawat-kawat kumparan akan memotong garis-garis gaya pada medan magnetnya. Potongan-potongan garis-garis gaya magnet itu menyebabkan timbulnya tegangan atau beda potensial di kedua ujung kawat sehingga arus listrik juga mengalir. Tegangan atau beda potensial yang dihasilkan disebut Gerak Gaya Listrik (GGL) induksi, arusnya dinamakan arus listrik induksi.

Untuk memahami induksi elektromagnetik, perhatikan gambar di bawah ini.

Proses terjadinya arus listrik pada induksi elektromagnetik

Pada gambar di atas, dapat dilihat bahwa ada sebuah kumparan dihubungkan dengan galvanometer. Galvanometer merupakan alat untuk mendeteksi tegangan listrik atau arus listrik yang relatif kecil.

Ketika sebuah magnet dimasukkan atau dikeluarkan seperti pada gambar a dan b, maka jarum galvanometer menyimpang ke kanan dan ke kiri. Saat kutub utara memasuki kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan, dan saat kutub utara dikeluarkan dari kumparan maka jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Gerakan jarum galvanometer tersebut menunjukkan adanya beda potensial listrik yang akan menimbulkan arus listrik pada kawat kumparan.

Namun bila magnet didiamkan atau tidak bergerak seperti gambar c, maka tidak ada penyimpangan jarum, maka hal itu menunjukkan tidak ada beda potensial atau arus listrik yang mengalir di dalam lilitan kawat.

Baca juga : Konsep gaya magnet dan teori dasar kemagnetan bumi - IPA MTs

Berdasarkan uraian singkat di atas, dapat diketahui bahwa listrik dapat dihasilkan dengan memanfaatkan magnet. Magnet dapat menghasilkan listrik dengan cara menggerakkan magnet didekat sebuah lilitan kawat. Listrik tersebut timbul karena garis-garis gaya magnet terpotong oleh kawat saat magnet digerakkan. Garis-garis gaya magnet disebut fluks.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Induksi Elektromagnetik

Besar kecilnya GGL induksi atau arus pada induksi elektromagnetik dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor-faktor tersebut antara lain :

1. Jumlah lilitan kawat. Junlah lilitan pada kumparan akan mempengaruhi GGL dan arus induksi. Semakin banyak jumlah lilitannya, maka garis-garis gaya magnet yang terpotong akan semakin banyak sehingga GGL dan arus yang dihasilkan akan semakin besar. Namun bila jumlah lilitan kawatnya sedikit maka GGL dan arus yang dihasilkan akan semakin kecil.
2. Kecepatan gerak magnet. Kecepatan magnet bergerak dapat mempengaruhi GGL dan arus induksi pada induksi elektromagnetik. Kecepatan gerak magnet merupakan banyaknya gerakan magnet dalam tiap detik. Semakin banyak gerakannya seperti gerak bolak balik atau putaran, maka semakin cepat magnet tersebut bergerak. Bila semakin cepat maka akan dihasilkan potongan-potongan fluks yang terjadi sehingga akan menimbulkan GGL dan arus induksi yang semakin besar.
3. Kuat medan magnet. Kuat medan magnet berkaitan dengan ukuran magnet. Jika magnet memiliki ukuran yang besar maka medan magnetnya semakin besar dan semakin banyak pula garis-garis gaya magnet yang dapat dipotong oleh lilitan kawat, sehingga GGL dan arus listrik yang ditimbulkan akan semakin besar. Jadi, kuat medan magnet dapat mempengaruhi induksi elektromagnetik.

Jadi, jika kamu ingin memperoleh GGL dan arus induksi pada induksi elektromagnet, maka kamu perlu menambah jumlah lilitan kawat, meningkatkan gerak magnet di dekat kawat dan gunakan magnet yang berukuran besar.

Penerapan Induksi Elektromagnetik

Seperti yang sudah disebutkan di atas, penerapan induksi elektromagnet dapat dilihat pada dinamo, generator dan trafo. Berikut penjelasan mengenai dinamo, generator dan trafo.

A. Dinamo

Dinamo merupakan alat sederhana yang menerapkan induksi elektromagnet. Dinamo pertama kali ditemukan oleh penemu hukum Faraday yaitu Michael Faraday. Dinamo menghasilkan gerak gaya listrik kecil, contohnya yaitu dinamo pada sepeda yang digunakan untuk menyalakan lampu sepeda. Dinamo mengubah energi gerak menjadi energi listrik dimana magnet diputarkan didekat lilitan kawat sehingga timbul gaya gerak listrik pada kawat tersebut.

Komponen dinamo terdiri dari kawat tembaga, inti besi lunak, magnet (rotor), pemutar, seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.

Bagian-bagian dinamo sepeda

Saat kepala dinamo (roda penggerak) dihubungkan dengan ban sepeda maka ketika roda berputar akan menggerakkan sumbu pemutar yang terdapat magnet sehingga magnet juga ikut berputar. Magnet tersebut terletak di depan sebuah lilitan kawat yang dililitkan pada inti besi lunak dan ujung-ujung kawat dihubungkan ke lampu sepeda. Ketika magnet berputar maka garis-garis gaya medan magnetnya akan terputus-putus oleh lilitan kawat tersebut. Hal tersebut menimbulkan GGL induksi pada kedua ujung kawat dan arus mengalir di dalam kawat tersebut kemudian menyalakan lampu sepeda. Coba kamu buat dinamo sendiri di rumah agar kamu dapat memahami tentang induksi elektromagnet.

B. Generator

Generator merupakan alat untuk menghasilkan arus listrik AC dan DC dalam jumlah besar. Jadi, generator ini merupakan sumber arus listrik AC dan DC. Selain generator, arus AC dan DC juga dihasilkan oleh sumber arus lain seperti baterai dan lainnya. Prinsip kerja generator sama dengan dinamo yaitu memanfaatkan magnet untuk menghasilkan GGL dan arus. Perubahan energi yang terjadi yaitu perubahan energi gerak menjadi energi listrik. 

Berdasarkan arus listrik yang dihasilkan, terdapat dua macam generator yaitu :

1. Genarator arus bolak-balik (AC)

Generator AC menghasilkan arus listrik bolak balik. Arus listrik bolak-balik merupakan arus listrik yang aliran elektron di dalam kawat penghantarnya bergerak secara bolak-balik. Bagian-bagian generator AC dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Bagian-bagian generator AC

Berdasarkan gambar, generator AC terdiri dari dua magnet, wire loop (kumparan kawat pada inti besi), dua cincin logam (slip rings) dan dua carbon brush (sikat karbon). Pada gambar juga dapat dilihat bahwa sebuah kumparan pada inti besi diletakkan di tengah-tengah dua magnet dengan kutub yang berlawanan. Kutub utara di sebelah kiri dan kutub selatan di sebelah kanan sehingga garis-garis gaya magnet (magnetic flux) bergerak dari kutub utara ke kutub selatan. Salah satu ujung kumparan tersebut dilekatkan pada sebuah cincin dan ujung lainnya pada cincin lainnya kemudian kedua ujung tersebut disambungkan ke sebuah hambatan seperti lampu atau alat elektronik lainnya..

Ketika kumparan diputar maka fluk magnet akan terpotong atau terputus. Saat itulah akan timbul gerak gaya listrik di kedua ujung kawat yang menempel pada kedua cincin kemudian arus mengalir menuju hambatan atau alat elektronik yang terhubung dengan kawat tersebut dan menghidupkan alat elektronik tersebut.

2. Generator arus searah (DC)

Generator DC akan menghasilkan arus searah. Arus searah merupakan arus listrik yang arus elektronnya bergerak satu arah. Bagian-bagian generator searah terdiri dari magnet, cincin belah (komutator) dan lilitan kawat pada inti besi, seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.

Bagian dan cara kerja generator DC

Pada gambar bagian dan cara kerja generator DC dapat diketahui bahwa kawat dililitkan pada inti besi kemudian diletakkan di antara dua kutub magnet utara dan selatan. Kedua ujung inti besi tersebut, salah satunya dilekatkan ke salah satu komutator dan yang lainnya ditempelkan ke komutator lainnya. 

Komutator merupakan sebuah cincin yang dibelah menjadi dua bagian. Cincin inilah yang membedakan generator DC dengan generator AC. Jika pada generator AC menggunakan dua cincin logam yang utuh sedangkan pada generator DC menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua kemudian tiap-tiap belahan cincin tersebut ditempelkan inti besi yang berisi lilitan kawat. Cincin belah tersebut akan mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Cara kerja generator DC sama dengan generator AC, yakni memutar lilitan kawat (wire coil) kemudian putaran kawat tersebut akan memutus fluks magnet (magnetic flux) yang bergerak dari kutub utara ke selatan sehingga menimbulkan gerak gaya listrik di dalam lilitan kawat lalu mengalirkan arus searah.

Baca juga : Sumber Arus Listrik Searah dan Bolak-balik - IPA MTs

C. Trafo

Trafo merupakan alat yang berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan listrik dari sumber tegangan ke alat elektronik yang terhubung dengan trafo. Trafo sebenarnya singkatan dari Transformator. Bagian-bagian trafo terdiri dari inti besi dan kawat tembaga yang dililitkan ke inti besi tersebut. Trafo juga merupakan salat satu alat yang menggunakan prinsip induksi elektromagnet agar dapat menghasilkan tegangan dan arus listrik. Baca selengkapnya mengenai trafo di artikel Memahami Komponen, Rumus, Jenis dan Efisiensi pada transformator listrik - IPA MTs.

Penutup

Demikian penjelasan mengenai induksi elektromagnet dan penerapannya pada dinamo, generator serta trafo. Mudah-mudahan dapat menambah pengetahuan dan pemahaman kepada pembaca. Kami berharap pembaca dapat membagikan artikel ini kepada yang lainnya agar memperoleh manfaat dari artikel ini. Baca juga artikel-artikel bermanfaat lainnya di situs IPA MTs.

Bagikan artikel :