KEMAGNETAN

IPA KELAS 9, SELASA 19 JANUARI 2021

KD : Memahami konsep dasar kemagnetan dalammikehidupan sehari-hari

TUJUAN :  Siswa dapat memahami konsep kemagnetan dalam kehidupan sehari-hari

Gaya Lorentz

Kawat berarus dalam medan magnet akan mengalami Gaya Lorentz. Arus listrik sebanding dengan gaya yang ditimbulkan, demikian juga dengan perubahan medan magnet yang diberikan. Akibat dari arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus, secara matematis Gaya Lorentz dituliskan sebagai berikut : 

Keterangan :

F = gaya lorentz (Newton) 

B = medan magnet tetap (Tesla) 

I = kuat arus listrik (Ampere) 

L = panjang kawat berarus yang masuk medan magnet  (meter)

Penentuan arah Gaya Lorentz, dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. seperti gambar berikut : 

Penerapan gaya lorentz contohnya motor listrik. Motor listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Contoh motor listrik dalam kehidupan sehari-hari yaitu motor listrik pada kipas angin yang berfungsi menggerakkan baling-baling. 

Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah perubahan medan magnet yang dapat menghasilkan listrik. Menurut Faraday, arus listrik dapat dihasilkan dengan cara menggerakkan magnet batang keluar masuk kumparan, diterapkan pada generator, dinamo AC – DC dan Transformator. 

Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak (kinetik) menjadi listrik. Energi gerak diperoleh dari energi angin, air, dan sebagainya. Generator ada 2 yaitu generator AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current). 

Generator AC atau alternator dapat menghasilkan arus listrik bolak balik dengan menggunakan cincin ganda, generator DC dapat menghasilkan arus listrik searah dengan menggunakan komutator (cincin belah). Berikut contohnya : 

(a): generator AC, (b) : generator DC

Dinamo adalah generator yang relatif kecil seperti yang digunakan pada sepeda. Pada sepeda terdapat dinamo yang berfungsi mengubah gerak menjadi energi listrik untuk menyalakan lampu. Cara kerja dinamo dan generator hampir sama, perbedaannya dinamo memiliki dua komponen utama, yaitu rotor (bagian yang  bergerak) dan stator (bagian yang diam). 

Berikut contoh dinamo AC-DC :

Saat sepeda dikayuh dengan cepat, kumparan pada dinamo bergerak cepat sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dihasilkan lebih kuat dan energi listrik lebih banyak. GGL induksi diperoleh dengan mempercepat putaran kumparan, penggunaan magnet yang kuat, memperbanyak jumlah lilitan, dan penggunaan inti besi lunak dalam dinamo. 

Transformator adalah alat yang digunakan menurunkan atau menaikkan tegangan listrik, berdasarkan penggunaannya, ada 2 jenis yaitu transformator step-down untuk menurunkan tegangan listrik dan transformator step-up untuk menaikkan tegangan listrik. Berikut ilustrasinya : 

(a): transformator step down, (b): transformator step up

Transformator terdiri atas lilitan primer dan sekunder yang dihubungkan menggunakan inti besi. Lilitan primer yang mendapat tegangan AC menginduksi inti besi hingga menjadi magnet. Perubahan arah arus AC membuat medan magnet yang terbentuk berubah-ubah, sehingga menghasilkan tegangan AC pada ujung-ujung kumparan sekunder. 

Besar kecilnya tegangan yang dihasilkan transformator dipengaruhi oleh jumlah lilitan. Jika lilitan primernya lebih banyak daripada lilitan sekunder, tegangan kumparan sekunder juga lebih kecil daripada tegangan kumparan sekunder, transformatornya tersebut disebut transformator step down. 

Jika jumlah lilitan primernya lebih sedikit daripada lilitan sekunder, maka tegangan kumparan sekunder lebih besar daripada tegangan kumparan primer, transformatornya disebut transformator step up. 

Pada transformator ideal, energi listrik yang masuk ke kumparan primer akan dipindahkan seluruhnya ke dalam kumparan sekunder, ini mengakibatkan besar efisiensi transformator menjadi 100% atau secara matematis dituliskan sebagai : 

Maka =  

Keterangan : W_p = energi primer 

W_s = energi sekunder 

I_p = arus primer 

I_s = arus sekunder 

N_p = lilitan primer

N_s = lilitan sekunder 

V_p = tegangan primer 

V_s = tegangan sekunder 

Pada kenyataannya, tidak pernah dibuat tranformator dengan efisiensi sebesar 100% (ideal), karena sebagian energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer akan diubah menjadi kalor. Perubahan energi listrik menjadi kalor ini salah satunya disebabkan oleh adanya arus Eddy pada inti besinya. Perhitungan trafo () tidak ideal dilakukan dengan menggunakan rumus : 

keterangan : P_out = daya listrik kumpara sekunder 

P_in = daya listrik kumparan primer 

 

CONTOH SOAL

1. Seseorang ingin mengubah tegangan dari AC 220 volt menjadi 110 volt dengan sebuah transformator. Tegangan 220 volt tadi dikaitkan dengan kumparan primer yang mempunyai 1,000 lilitan. Kumparan sekundernya harus mempunyai jumlah lilitan ……

Jawab:

Diketahui:

• Vp = 220 volt
• Vs = 110 volt
• Np = 1.000 lilitan

Ditanya Ns = …..?

Pembahasan:

• Vp/Vs = Np/Ns
• Ns = Vs/Vp x Np
• Ns = 220/110 x 1.000 = 2.000 lilitan

 

2. Suatu trafo arus primer serta sekundernya masing – masing adalah 0,8 A dan 0,5 A. Jika jumlah lilitan primer serta sekunder masing – masing adalah 100 dan 800, maka berapakah efisiensi trafo?

Jawab:

Diketahui:

• Ip = 0,8 A
• Np = 1000
• Is = o,5 A
• Ns = 800

Ditanya: Berapakah efisiensi trafo (η) …..?

Pembahasan:

• η = (I_s x N_s/ I_p x N_p) x 100%
• η = (0,5 A x 800/ 0,8 A x 1000) x 100%
• η = (400/ 800) x 100%η = 0,5 x 100%
• η = 50%

Sehingga, efisiensi di dalam suatu trafo yaitu sebesar 50%.

 

3. Di dalam suatu transformator memiliki kumparan primer dengan 1200 lilitan serta kumparan sekunder dengan 1000 lilitan. Jika arus primer 4 A, maka berapa kuat arus sekunder tersebut?

Jawab:

Diketahui:

• Np = 1200 lilitan
• Ns = 1000 lilitan
• Ip = 4 Ampere

Ditanya: Kuat arus sekunder (Is) …..?

Pembahasan:

• Is/Ip = Np/Ns
• Is/4 = 1200/1000
• Is/4 = 1,2
• Is = 1,2 (4)
• Is = 4,8 Ampere

Sehingga, kuat arus sekunder yang dihasilkan sebesar 4,8 Ampere.

 

4. Efisiensi suatu trafo 60%. Jika energi listrik yang dikeluarkan sebanyak 300 J, berapakah energi listrik yang masuk ke dalam trafo?

Jawab:

Diketahui:

• η = 60%
• W_s = 300 J

Ditanya: Energi listrik yang masuk ke trafo (W_p)?

Pembahasan:

• η = (Ws/Wp) x 100%
• 60% = (300 J/Wp) x 100%
• 60% = (300 J/Wp) x 100%
• 6 = 3000 J/Wp
• Wp = 3000 J/6
• Wp = 3000 J/6
• Wp = 500 J 
  

  Jadi hasilnya 500 J

  Setelah membaca materi silahkan kalian buat salah satu contoh soal dan penyelesainnya dibuku latihan diberi nama dan kelas dan dikumpul ke WA ibu 

  Terima kasih