Dokumen tersebut membahas tentang induksi elektromagnetik, termasuk percobaan Faraday, hukum Lenz, generator, transformator, dan rangkaian arus bolak-balik. Secara khusus membahas bagaimana perubahan medan magnet dapat menimbulkan gaya gerak listrik induksi dan arus listrik.

1. Berkelas

2. BAB 5BAB 5
Induksi ElektromagnetikInduksi Elektromagnetik

3. Standar Kompetensi:Standar Kompetensi:
Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan
dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk
teknologi.
Kompetensi Dasar:Kompetensi Dasar:
• Memformulasikan konsep induksi Faraday dan
arus bolak-balik serta aplikasinya dalam
teknologi dan kehidupan sehari-hari.

4. A. Gaya Gerak Listrik Induksi
1. Percobaan Faraday1. Percobaan Faraday
Gambar 5.1
(a) Magnet digerakkan masuk ke dalam
solenoida dan (b) magnet digerakkan ke
luar dari solenoida
Michael Faraday (1791–1867), seorang
ilmu wan berkebangsaan Jerman
menemukan bahwa medan magnet yang
berubah-ubah dapat menimbulkan arus
listrik. Bagaimanakah percobaan yang
dilakukannya?
Michael Faraday (1791–1867), seorang
ilmu wan berkebangsaan Jerman
menemukan bahwa medan magnet yang
berubah-ubah dapat menimbulkan arus
listrik. Bagaimanakah percobaan yang
dilakukannya?
Percobaan Faraday digambarkan seperti
Gambar 5.2.
Gambar 5.2
Percobaan Faraday: (a) magnet bergerak masuk
ke kumparan, (b) magnet dihentikan dalam
kumparan,
dan (c) magnet bergerak ke luar dari kumparan

5. Penyimpangan jarum galvanometer pada percobaan Faraday
menunjukkan bahwa dalam rangkaian kumparan terdapat arus listrik
atau aliran muatan listrik. Muatan listrik dapat mengalir pada suatu
penghantar jika pada ujung-ujung penghan tar itu terdapat beda
tegangan.
Beda tegangan pada ujung-ujung penghantar selama magnet
batang digerakkan disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi
atau ggl imbas). Muatan listrik yang mengalir pada kumparan
disebut arus induksi atau arus imbas.
Bertambah atau berkurangnya jumlah garis gaya magnetik
yang dilingkungi kumparan menunjukkan terjadinya perubah
an medan magnetik yang dilingkungi kumparan. Perubahan
medan magnetik itu menimbulkan beda tegangan pada ujung-
ujung kumparan yang disebut ggl induksi. Ggl induksi
itulah yang dapat menimbulkan arus listrik pada kumparan.

6. Dari hasil percobaan Faraday, diperoleh kesimpulan tentang besarnya
ggl induksi sebagai berikut.
a.Besar ggl induksi bergantung pada kecepatan gerakan batang
magnet, dalam hal ini sama dengan perubahan fluks magnetik setiap
saat.
b. Besar ggl induksi bergantung pada jumlah lilitan pada kumparan.
Dengan demikian, besar ggl induksi yang dihasilkan adalah
Dari hasil percobaan Faraday, diperoleh kesimpulan tentang besarnya
ggl induksi sebagai berikut.
a.Besar ggl induksi bergantung pada kecepatan gerakan batang
magnet, dalam hal ini sama dengan perubahan fluks magnetik setiap
saat.
b. Besar ggl induksi bergantung pada jumlah lilitan pada kumparan.
Dengan demikian, besar ggl induksi yang dihasilkan adalah
Keterangan:
ε = ggl induksi (volt)
∆Ф = perubahan fluks (Wb)
∆t = selang waktu (s)
N = jumlah lilitan
Hukum Lenz
Arah arus induksi ini sedemikian rupa sehingga
menghasilkan medan magnet yang menentang medan
magnet penyebab terjadinya arus induksi tersebut.
Arah arus induksi ini sedemikian rupa sehingga
menghasilkan medan magnet yang menentang medan
magnet penyebab terjadinya arus induksi tersebut.

7. Gambar 5.4
Arah arus induksi yang terjadi pada kumparan menghasilkan medan
magnetik yang melawan medan magnetik penyebabnya: (a) magnet
mendekat dan (b) magnet menjauh
ε = –Blvε = –Blv
Keterangan:
ε = ggl induksi (v)
B = medan magnet (Wb/m2
)
l = panjang kawat (m)
v = kecepatan gerak kawat (m/s)
Gambar 5.3
Kawat penghantar digerakkan dalam
medan magnet

8. Gambar 5.5
Arah medan magnetik dengan
kawat
AB membentuk sudut Ө
ε = –Blv sin Өε = –Blv sin Ө
Ө = sudut yang terbentuk
antara arah arus I dengan
arah medan magnet B
Gambar 5.6
Kaidah tangan kanan untuk
menentukan arah arus pada
penghantar bergerak

9. 2. Penerapan Hukum Faraday
a. Generator
Generator atau pembangkit listrik adalah alat yang dapat
menimbulkan ggl induksi atau arus listrik induksi berdasarkan pada
konsep perubahan medan magnetik yang dapat menimbulkan ggl
induksi. Generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
1) Generator arus bolak-balik
Gambar 5.8
Bagan generator arus listrik bolakbalik
Gambar 5.9
Grafik ggl bolak-balik (AC)

10. Dalam praktiknya, energi mekanik untuk memutar kumparan dapat
diperoleh dari energi air yang disebut pembangkit listrik tenaga air
(PLTA), dari energi uap (PLTU), tenaga nuklir (PLTN), dan tenaga panas
bumi (PLTGU). Di Indonesia terdapat banyak tenaga pembangkit listrik,
di antaranya adalah PLTA Jati Luhur dan PLTA Saguling, di Jawa Barat ;
PLTU Tanjung Jati, di Jawa Tengah; dan PLTGU/Gas Alurcanang, di Jawa
Barat.
Gambar 5.10
(a) Air sumber energi listrik pada PLTA, (b) air menggerakan generator pada
stasiun PLTA, dan (c) skema aliran air dalam menggerakan turbin sebuah
generator

11. 2) Generator arus searah
Gambar 5.11
Generator arus searah
Gambar 5.12
Grafik arus searah (DC)
Generator arus searah menggunakan sebuah cincin kolektor
Gambar 5.13
Ggl induksi pada kawat ab dan cd
ε = –N B A ω sin ωtε = –N B A ω sin ωt
Keterangan
ε = Ggl yang dihasilkan generator
N= Banyak lilitan kumparan
B= medan magnet
A= luas penampang kumparan
ω= kecepatan putaran kumparan

12. b. Dinamo Sepeda
Gambar 5.14
Dinamo sepeda

13. B. Transformator
1. Tegangan pada Transformator
Transformator atau kadang disebut trafo adalah alat untuk
mengubah besarnya tegangan listrik bolak-balik.
Transformator atau kadang disebut trafo adalah alat untuk
mengubah besarnya tegangan listrik bolak-balik.
Transformator bekerja berdasarkan perubahan induksi magnetik
pada sebuah kumparan yang diinduksikan pada kumparan lain.
Transformator bekerja berdasarkan perubahan induksi magnetik
pada sebuah kumparan yang diinduksikan pada kumparan lain.
Transformator dapat difungsikan jika tegangan masukan (input)
merupakan tegangan bolak-balik.
Transformator dapat difungsikan jika tegangan masukan (input)
merupakan tegangan bolak-balik.
Gambar 5.15
(a) Tranformator, (b) bagan trafo, dan (c) simbol transformator

14. Keterangan:
V1 = tegangan masukan (input)
V2 = tegangan keluaran (output)
N1 = jumlah lilitan kumparan primer
N2 = jumlah lilitan kumparan sekunder

15. 2. Efisiensi Transformator
Efisiensi atau daya guna transformator adalah perbandingan antara
daya listrik keluaran (Poutput ) dengan daya listrik masukan (Pinput ).
Efisiensi atau daya guna transformator adalah perbandingan antara
daya listrik keluaran (Poutput ) dengan daya listrik masukan (Pinput ).
Poutput < Pinput
Hilangnya energi listrik pada transfor
mator diakibatkan timbulnya arus pusaran
atau arus Eddy pada teras besi. Arus
pusaran adalah arus listrik yang alirannya
mem bentuk lingkaran-lingkaran tegak
lurus arah fluks magnetik. Arus pusaran
dalam penghantar menimbulkan kalor. Hal
tersebut menyebabkan kerugian listrik.
Gambar 5.16
Teras besi yang berlapis
mengurangi energi listrik yang
diubah menjadi kalor

16. C. Aplikasi Induksi Elektromagnet pada Sistem
Pengeras Suara
1. Aplikasi Induksi pada Mikrofon
Gambar 5.18
(a) Mikrofon dinamik dan (b) bagan sederhana mikrofon dinamik yang bekerja
menggunakan prinsip induksi

17. 2. Aplikasi Induksi pada Perekaman ke Kaset
Gambar 5.19
Head yang digunakan untuk
merekam dan memutar ulang
pita kaset atau disk
menggunakan induksi
Kaset yang digunakan pada tape
recorder untuk audio dan video
mengandung
lapisan tipis oksida magnetik pada pita
plastik tipis. Selama rekaman
berlangsung, tegangan sinyal audio dan
video yang telah diubah ke dalam
bentuk sinyal listrik oleh mikrofon
diperkuat kemudian dikirim ke head
rekam yang berfungsi sebagai
elektromagnet kecil yang memagnetisasi
sebagian kecil dari pita yang pada saat
itu sedang berada di celah sempit
dari head seperti Gambar 5.19.

18. D. Tegangan Listrik Bolak-Balik
1. Generator1. Generator
Gambar 5.20
Bagian-bagian generator AC
Arus bolak-balik (AC) adalah arus yang besarnya selalu berubah-ubah secara
efektif dan tegangan maksimum periodik. Tegangan bolak-balik adalah
tegangan yang besarnya selalu berubah-ubah secara periodik
Simbol tegangan bolak-balik digambarkan:
Gambar 5.21
Gerakan kumparan berputar dengan
sudut Ө terhadap kedudukan tegak lurus

19. ε = N B A ω sin ωtε = N B A ω sin ωt
ω maks = N B A ω
ε = εmaks sin ωtε = εmaks sin ωt
Gambar 5.22
Grafik tegangan AC terhadap waktu
I = Imaks sin ωtI = Imaks sin ωt
Gambar 5.23
Grafik arus dari tegangan AC terhadap waktu

20. Untuk mengetahui grafik dari tegangan bolak-balik,
digunakan osiloskop.
Gambar 5.24
Grafik arus dari tegangan AC terhadap waktu

21. 2. Nilai Efektif Arus dan Tegangan Bolak-Balik (AC)
Gambar 5.25
Mengukur arus searah
dengan
amperemeter DC
atau
atau

22. E. Rangkaian Arus Bolak-Balik
1. Rangkaian Hambatan Murni dengan Arus Bolak-Balik1. Rangkaian Hambatan Murni dengan Arus Bolak-Balik
Gambar 5.26
Rangkaian R dengan generator
AC
Gambar 5.27
Grafik sinusoidal pada rangkaian
hambatan murni

23. 2. Rangkaian Induktor Murni dengan Arus Bolak-Bali
Gambar 5.28
Rangkaian L
Keterangan:
XL = reaktansi induktif (Ω)
ω = frekuensi sudut (rad/s)
f = frekuensi (Hz)
L = induktor (henry = H)

24. Gambar 5.29
(a)Grafik sinusoidal pada rangkaian induktor murni dan
(b)diagram fasor pada rangkaian induktor murni
3. Rangkaian Hambatan dan Induktor dengan Arus
Bolak-Balik
Gambar 5.30
Rangkaian RL

25. Gambar 5.31
Diagram fasor dari rangkaian RL
Z = impedansi (Ω)
Gambar 5.32
Diagram tegangan pada rangkaian
RL

26. 4. Rangkaian Kapasitor Murni dengan Arus Bolak-Balik
Gambar 5.35
Rangkaian C
Jadi, arus I merupakan arus sinusoidal. I
dan V memiliki beda fase π/2 atau 90°,
artinya pada rangkaian ini, arus yang
ada dalam rangkaian mendahului
tegangan dengan beda fase 90°
Keterangan:
XC = reaktansi kapasitif (Ω)
ω = frekuensi sudut (rad/s)
f = frekuensi (Hz)
C = kapasitas (F)

27. Gambar 5.36
Grafik sinusoidal pada rangkaian
kapasitor murni
Gambar 5.37
Diagram fasor pada rangkaian
kapasitor murni
5. Rangkaian Hambatan dan Kapasitor dengan Arus
Bolak-Balik
5. Rangkaian Hambatan dan Kapasitor dengan Arus
Bolak-Balik
Gambar 5.38
Rangkaian RC

28. Gambar 5.39
Diagram fasor dari rangkaian RC
Gambar 5.40
Diagram tegangan pada rangkaian
RC

29. 6. Rangkaian Hambatan, Induktor, dan Kapasitor pada
Arus Bolak- Balik (Rangkaian RLC)
Gambar 5.43
Rangkaian RLC
Gambar 5.44
Diagram fasor dari rangkaian RLC
dan (b) grafik hubungan Vad
dengan ωD

30. Gambar 5.45
Diagram tegangan pada rangkaian RLC
7. Frekuensi Resonansi7. Frekuensi Resonansi
Gambar 5.48
Diagram fasor rangkaian seri
RLC
a. Hambatan induktif lebih besar
daripada hambatan kapasitif.
Dalam hal ini:
XL > XC
Rangkaian seri ini bersifat induktif
dan tan Ө bernilai positif. Hal itu
menunjukkan bahwa arus yang ada
dalam rangkaian mendahului
tegangan, dengan beda fase
sebesar Ө°.

31. Gambar 5.49
Diagram fasor rangkaian seri
RLC jika XL<XC
b. Hambatan induktif lebih kecil
daripada hambatan kapasitif. Dalam hal
ini:
XL < XC
Rangkaian seri ini bersifat kapasitif dan
tanӨ bernilai negatif. Hal itu
menunjukkan bahwa tegangan yang
ada dalam rangkaian mendahului
arus dengan beda fase sebesar Ө°.
c. Hambatan induktif sama dengan hambatan
kapasitif. Dalam hal ini.
XL = XC
Rangkaian seri ini bersifat resonansi tegangan atau
dikenal dengan istilah frekuensi resonansi.
Tegangan yang ada pada kapasitor (C) sama dengan
tegangan yang ada pada induktor (L) dan saling
meniadakan. Dengan demi kian, tegangan pada
seluruh rangkaian sama dengan tegangan
sumbernya. Arus yang ada dalam rangkaian adalah
arus minimum,

32. Keterangan:
f = frekuensi resonansi (Hz)
L = induktansi diri (H)
C = kapasitas kapasitor (F)

33. 8. Daya pada Rangkaian Arus Bolak-Balik
Faktor daya.
P= I V cos ӨP= I V cos Ө
Keterangan:
P = daya (W)
V = tegangan (V)
I = kuat arus (A)
cos Ө = faktor daya

34. Sebuah magnet batang digerakkan menjauhi
kumparan yang terdiri dari 600 lilitan, medan
magnet yang memotong kumparan berkurang dari
9x10-5
Wb menjadi 4x10-5
Wb dalam selang waktu
0,015 sekon, besar GGL induksi antar kedua ujung
kumparan adalah ... volt
Tongkat konduktor yang panjangnya 40 cm berputar
dengan kecepatan sudut tetap sebesar 10 rad/s di
dalam daerah bermedan magnet seragam B=0,5 T.
Sumbu putaran tersebut melalui salah satu ujung
tongkat dan sejajar arahnya dengan arah garis-garis
medan magnet di atas. GGL yang terinduksi antara
kedua ujung tongkat (dalam V) besarnya ...