GGL INDUKSI ELEKTROMAGNETIK A. Tujuan
1. Menunjukkan pengaruh medan elektomagnetik disekitar arus bolak bali k, 2. Mengukur ggl induksi pada kumparan disetiap arus bolak-balik.
B. Alat dan Bahan
1. Kumparan 2. Power supplay 3. Voltmeter AC 4. Pengaris 5. Amperemeter 6. Kabel penghantar
C. Dasar Teori
1. Medan magnet Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan pada titik tersebut. Medan Magnet Disekitar Kawat Berarus Listrik Pada tahun 1820, seorang profesor Denmark, Hans Christian Oersted (1777-1851) melalui suatu percobaan menemukan bahwa arus listrik (muatan yang bergerak) dapat menimbulkan medan magnetik . magnetik . Penemuan Oersted ini telah membuka wawasan baru mengenai hubungan listrik dan magnet, yaitu bahwa suatu muatan listrik dapat berinteraksi dengan magnet ketika muatan itu bergerak. Penemuan ini membangkitkan kembali teori tentang “muatan” magnet, yaitu bahwa bahw a magnet
terdiri
dari
muatan
listrik.
Ampere
mengusulkan
bahwa
sesungguhnya batang magnet yang statis (diam) itu terdiri dari muatanmuatan listrik yang senantiasa bergerak dan sesungguhnya fenomena kelistrikan dan kemagnetan itu adalah satu fenomena .
Selanjutnya dari hasil percobaan menggunakan kompas, dapat diketahui bahwa medan magnet melingkar disekitar kawat berarus dengan arah yang dapat kita tentukan dengan aturan tangan kanan. Caranya adalah, genggamlah kawat dengan tangan kanan anda sedemikian sehingga ibu jari anda menunjuk arah arus. Arah putaran genggaman keempat jari anda menunjukkan arah medan magnet. Secara matematis, kuat medan magnet disuatu titik disekitar kawat berarus listrik dapat kita hitung dengan persamaan :
dengan, B
= Induksi magnetik (T )
k
=
I
= Kuat arus ( A)
a
= Jarak (m)
Induksi magnet di sekitar kawat lurus panjang sebanding dengan kuat arus I dan berbanding terbalik dengan jaraknya a
Besar Induksi magnet di sekitar kawat lurus panjang pada titik p dapat dirumuskan seperti dibawah ini,
dengan,
Bp
= induksi magnet di titik P (wb/m2)
i
= kuat arus listrik ( A)
a
= jarak titik P ke kawat (m)
μ0
= permiabilitas hampa (4π.10-7 wb/Am)
2. Induksi elektromagnetik Pada pembahasan diatas dibahas bahwa sebuah kawat berarus dapat menimbulkan medan magnet disekitarnya (yang arahnya menurut aturan tangan kanan) menurut hukum Biot-Savart. Amatlah beralasan jika kita mempertanyakan apakah hal sebaliknya bisa terjadi, yaitu : “Apakah medan magnetik dapat menimbulkan arus listrik ?” Pertanyaan ini dijawab oleh Faraday dan Henry melalui percobaan pada tahun 1830-an, setelah pada 1820 percobaan serupa dianggap gagal. Skema dari percobaan ini adalah
Skema di samping menunjukkan sebuah magnet batang yang dililit oleh suatu kawat penghantar, diharapkan pada kawat penghantar ini timbul arus yang nantinya diukur oleh sebuah Galvanometer. Akan tetapi arus yang diharapkan tidak terjadi, dan percobaan ini dianggap gagal. Akan tetapi Faraday dan Henry mengamati hal yang lain, bahwa ketika batang magnet mulai dimasukkan ke dalam lilitan kawat, terjadi arus yang terukur oleh Galvanometer, namun arus tersebut setelah beberapa saat kemudian hilang. Hal yang sama terjadi ketika batang magnet dikeluarkan dari lilitan. Hal ini menimbulkan pertanyaan besar ? Faraday dan Henry mengambil kesimpulan bahwa perubahan medan magnetiklah yang menimbulkan arus listrik, bukan hanya
medan
magnet.
Fenomena
perubahan
medan
magnet
menimbulkan arus listrik ini dinamakan Induksi elektromagnetik.
yang
Menurut Hukum Faraday, besar ggl induksi elektromagnetik dapat ditulis sebagai berikut,
atau dapat disederhanakan menjadi,
dengan,
A
= Luas penampang kumparan (
N
= Lilitan
B
= Besar medan magnet
= ggl induksi (volt)
)
D. Prosedur Percobaan
1. Skema Rangkaian Power supply
A
V
Voltmeter DC Kumparan
Kawat lurus
dua kawat lurus
dua kawat lurus berimpit
2. Langkah Percobaan
a. Pasang peralatan yang diperlukan b. Tentukan jarak kumparan dengan kabel berarus ac c. Atur besar tegangan sumber ac, sehingga arus yang mengalir menunjukkan besar tertentu d. Ukur besar ggl induksi elektromagnetik dengan voltmeter ac e.
Ulangi untuk besar arus yang berbeda
f. Ulangi lagi untuk jarak kumparan dengan kabel berarus g. Ulangi lagi untuk kedua kabel di sebelah kiri dan kanan kumparan h. Lakukan juga untuk kawat berarus listrik ac E. Data Pengamatan
N = 400 lilitan A = 4,41 x
m
1. Kawat I
I(A)
a (cm)
E(mV)
2
60
3
40
4
20
2
100
3
80
4
60
2
160
3
140
4
120
I(A)
a (cm)
E(mV)
0,5
3,2
360
1,0
3,2
240
1,5
3,2
120
0,5
1,0
1,5
2. Kawat II
3. Kawat III I(A)
0,5
1,0
1,5
a (cm)
E(mV)
2
0
3
0
4
0
2
0
3
0
4
0
2
0
3
0
4
0
F. Analisis Data
1. Medan magnet Besar medan magnet pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
dengan, Bp
= induksi magnet di titik P (wb/m2)
i
= kuat arus listrik ( A)
a
= jarak titik P ke kawat (m)
μ0
I(A)
0,5
1,0
= permiabilitas hampa (4π.10-7 wb/Am)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
2
60
1,429E-06
3
40
9,524E-07
4
20
7,143E-07
2
100
2,857E-06
3
80
1,905E-06
1,5
*E-06 =
4
60
1,429E-06
2
160
4,286E-06
3
140
2,857E-06
4
120
2,143E-06
Besar ralat medan magnet pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
|| || || || || || I(A)
E(mV)
B (Tesla)
2
60
1,429E-06
2,500E-09
3
40
9,524E-07
7,937E-10
4
20
7,143E-07
4,464E-10
2
100
2,857E-06
5,000E-09
3
80
1,905E-06
1,587E-09
4
60
1,429E-06
8,929E-10
2
160
4,286E-06
7,500E-09
3
140
2,857E-06
2,381E-09
4
120
2,143E-06
1,339E-09
0,5
1,0
1,5
*E-09 =
a (cm)
Besar medan magnet pada kawat berarus II dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
I(A)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
0,5
3,2
360
1,7857E-06
1,0
3,2
240
3,5714E-06
1,5
3,2
120
5,3571E-06
*E-06 =
Besar ralat medan magnet pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
|| || || || || ||
I(A)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
0,5
3,2
360
1,7857E-06
3,93304E-08
1,0
3,2
240
3,5714E-06
6,15179E-08
1,5
3,2
120
5,3571E-06
8,75149E-08
Besar medan magnet pada kawat berarus III dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
I(A)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
2
0
0
3
0
0
4
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
0,5
1,0
1,5
Besar ralat medan magnet pada kawat berarus I bernilai 0, karena , jadi I(A)
0,5
1,0
1,5
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
2
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
2
0
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
2
0
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
0
2. GGL induksi elektromagnetik Besar GGL induksi elektromagnetik pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
dengan,
A
= Luas penampang kumparan (
N
= Lilitan
B
= Besar medan magnet
I(A)
0,5
1,0
1,5
= ggl induksi (volt)
)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
2
60
1,429E-06
2,52E-07
3
40
9,524E-07
1,68E-07
4
20
7,143E-07
1,26E-07
2
100
2,857E-06
5,04E-07
3
80
1,905E-06
3,36E-07
4
60
1,429E-06
2,52E-07
2
160
4,286E-06
7,56E-07
3
140
2,857E-06
5,04E-07
4
120
2,143E-06
3,78E-07
(Volt)
Besar ralat GGL induksi elektromagnetik pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
|| || | | || || | || |
I(A)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
2
60
1,429E-06
2,52E-07
2,862E-07
3
40
9,524E-07
1,68E-07
1,906E-07
4
20
7,143E-07
1,26E-07
1,429E-07
2
100
2,857E-06
5,04E-07
5,723E-07
3
80
1,905E-06
3,36E-07
3,813E-07
4
60
1,429E-06
2,52E-07
2,860E-07
2
160
4,286E-06
7,56E-07
8,585E-07
3
140
2,857E-06
5,04E-07
5,718E-07
4
120
2,143E-06
3,78E-07
4,288E-07
0,5
1,0
1,5
(Volt)
Besar GGL induksi elektromagnetik pada kawat berarus II dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
dengan,
A
= Luas penampang kumparan (
N
= Lilitan
B
= Besar medan magnet
= ggl induksi (volt)
)
I(A)
a (cm)
E(mV)
0,5
3,2
360
3,150E-07
1,0
3,2
240
6,300E-07
1,5
3,2
120
9,450E-07
Besar ralat GGL induksi elektromagnetik pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
|| || | | || ||||||||
I(A)
a (cm)
E(mV)
0,5
3,2
360
3,150E-07
3,64081E-07
1,0
3,2
240
6,300E-07
7,25137E-07
1,5
3,2
120
9,450E-07
1,08687E-06
Besar GGL induksi elektromagnetik pada kawat berarus II dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
dengan,
A
= Luas penampang kumparan (
N
= Lilitan
B
= Besar medan magnet
= ggl induksi (volt)
I(A)
0,5
1,0
1,5
)
a (cm)
E(mV)
2
0
3
0
0
4
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
2
0
0
3
0
0
4
0
0
0
Besar ralat GGL induksi elektromagnetik pada kawat berarus I dapat dihitung mengunakan persamaan dibawah ini,
|| || | | || || | || |
I(A)
0,5
1,0
1,5
a (cm)
E(mV)
2
0
3
0
0
0
0
0
4
0
0
0
2
0
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
2
0
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
G. Pembahasan
Pada praktikum ggl induksi ini, kawat akan dialiri listrik dengan kuat arus dan tegangan tertentu. Ketika kawat dialiri listrik maka elekton-elekton dalam kawat akan bergerak dari tegangan yang tinggi ketegangan yang lebih rendah. Pergerakan elektron-elektron dalam kawat akan menghasilkan medan elektrokmagnetik dimana medan elektromagnetik ini mempunyai arah
dan
besar boleh disebut juga sebuah besaran vektor. Arah dan besar medan elektromagnetik dipengaruhi oleh arah aliran elekton dan kuat arus. Arah medan magnetik mengikuti kaedah tangan kanan. Medan magnet dari kawat berarus didekatkan pada kumparan dengan jarak tertentu yang mengakibatkan terjadi aliran elektron pada kumparan tersebut. Hal itulah yang disebut ggl induksi elektromagnetik. Pada percobaan kali ini mengunkan tiga jenis susunan kawat, dimana susunan kawat disusun bervariasi sehingga diharapkan medan magnet yang diperoleh mempunyai arah yang berbeda dan saling berinteraksi antar medan magnetik. Pada kawat I, merupakan aliaran arus tunggal sehingga hanya terdapat satu besar dan arah medan magnet. Dari analisis data dapat kita lihat seperti dibawah ini,
I(A)
a (cm)
E(mV)
B (Tesla)
2
60
1,429E-06
2,52E-07
3
40
9,524E-07
1,68E-07
4
20
7,143E-07
1,26E-07
2
100
2,857E-06
5,04E-07
3
80
1,905E-06
3,36E-07
4
60
1,429E-06
2,52E-07
2
160
4,286E-06
7,56E-07
3
140
2,857E-06
5,04E-07
4
120
2,143E-06
3,78E-07
0,5
1,0
1,5
(Volt)
Besar medan magnet tergantung pada besarnya kuat arus pada kawat dan jarak pengukuran medan magnet dari kawat berarus. Demikian pula ggl induksi besarnya berbanding lurus dengan besar medan magnet yang dihasilkan kawat berarus. Pada kawat II dan III merupakan aliaran dua arus
sehingga hanya
terdapat dua besar dan arah medan magnet yang saling beriteraksi. Dari analisis data dapat kita lihat seperti dibawah ini, Kawat II
I(A)
a (cm)
E(mV)
0,5
3,2
360
3,150E-07
3,64081E-07
1,0
3,2
240
6,300E-07
7,25137E-07
1,5
3,2
120
9,450E-07
1,08687E-06
Kawat III I(A)
0,5
1,0
1,5
a (cm)
E(mV)
2
0
3
0
0
0
0
0
4
0
0
0
2
0
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
2
0
0
0
3
0
0
0
4
0
0
0
Pada kawat III kedua kawat berimpit dimana aliran elektonnya saling berlawanan. Jadi pada kasus kawat III medan magnet yang dihasilkan sama besar tetapi arahnya berlawanan. Sehingga resultan medan magnet 0. Dari data kawat I, II dan III, besar ggl induksi secara perhitungan dengan pengukuran jika dibandingkan besarnya masih tidak sama ataupun mendekati, Hal itu dapat disebabkan, a. Ketidaktelitian praktikan dalam pengambilan data b. Alat yang belum dikalibrasi, dan c. Faktor dari lingkungan berupa medan magnet dan fluktuasi arus PLN. H. Kesimpulan
1. Pergerakan elektron-elektron dalam kawat akan menghasilkan medan elektrokmagnetik dimana medan elektromagnetik ini mempunyai arah dan besar boleh disebut juga sebuah besaran vektor 2. Arah dan besar medan elektromagnetik dipengaruhi oleh arah aliran elekton dan kuat arus. Arah medan magnetik mengikuti kaedah tangan kanan. 3. Medan magnet dari kawat arus menyebabkan aliran elektron pada kumparan disebut ggl induksi. 4. Besar medan magnet tergantung pada besarnya kuat arus pada kawat dan jarak pengukuran medan magnet dari kawat berarus. Demikian pula ggl induksi besarnya berbanding lurus dengan besar medan magnet yang dihasilkan kawat berarus. 5. Ketidak validan data itu dapa diakibatkan oleh beberapa faktor, diantaranya ; a. Ketidaktelitian praktikan dalam pengambilan data b. Alat yang belum dikalibrasi, dan c. Faktor dari lingkungan berupa medan magnet dan fluktuasi arus PLN.
I. Daftar Pustaka
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga Tim Dosen Fisika ,2013, Pengantar Listrik Magnet dan Optika, Yogyakarta : Jurusan Pendidikan Fisika Universitas negeri Yogyakarta. http://www.scribd.com/doc/113493929/laporan-induksi elektromagnetik diunduh pada 6 April 2013 pukul 21.13
