Induksi Elektromagnetik
Ketika arus DC melewati konduktor lurus panjang, gaya magnetisasi dan medan magnet statis dikembangkan di sekitarnya.
Jika kawat kemudian dililitkan menjadi coil, medan magnet sangat diintensifkan menghasilkan medan magnet statis di sekelilingnya sendiri membentuk bentuk magnet batang yang memberikan kutub Utara dan Selatan yang berbeda.
Fluks magnet yang dikembangkan di sekitar kumparan sebanding dengan jumlah arus yang mengalir dalam gulungan coil seperti yang ditunjukkan. Jika lapisan-lapisan kawat tambahan dililit pada coil yang sama dengan arus yang sama yang melewatinya, kekuatan medan magnet statis akan meningkat.
Oleh karena itu, kekuatan medan magnet coil ditentukan oleh belitan ampere coil. Dengan lebih banyak putaran kawat di dalam coil, semakin besar kekuatan medan magnet statis di sekitarnya.
Tetapi bagaimana jika kita membalikkan ide ini dengan memutus arus listrik dari coil dan bukannya inti berlubang, kita menempatkan magnet batang di dalam inti coil kawat. Dengan menggerakkan magnet batang ini "masuk" dan "keluar" dari coil, arus akan diinduksi ke dalam coil dengan gerakan fisik dari fluks magnet di dalamnya.
Demikian juga, jika kita menyimpan magnet batang stasioner dan menggerakkan kumparan bolak-balik dalam medan magnet, arus listrik akan diinduksi dalam kumparan.
Kemudian dengan menggerakkan kawat atau mengubah medan magnet kita dapat menginduksi tegangan dan arus di dalam coil dan proses ini dikenal sebagai Induksi Elektromagnetik dan merupakan prinsip dasar pengoperasian trafo/transformator, motor dan generator.
Induksi Elektromagnetik pertama kali ditemukan pada tahun 1830-an oleh Michael Faraday. Faraday memperhatikan bahwa ketika ia pindah magnet permanen dan keluar dari kumparan atau loop tunggal kawat itu disebabkan sebuah ggl (Gaya Gerak Listrik), dengan kata lain tegangan, dan oleh karena itu arus diproduksi.
Jadi apa yang ditemukan Michael Faraday adalah cara menghasilkan arus listrik dalam suatu rangkaian dengan hanya menggunakan gaya medan magnet dan bukan baterai.
Ini kemudian mengarah pada hukum yang sangat penting yang menghubungkan listrik dengan magnet, Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik. Jadi bagaimana cara kerjanya?
Ketika magnet yang ditunjukkan di bawah ini digerakkan "ke arah" coil, penunjuk atau jarum Galvanometer, yang pada dasarnya merupakan pusat ammeter kumparan bergerak nol yang sangat sensitif, akan membelokkan menjauh dari posisi tengahnya dalam satu arah saja.
Ketika magnet berhenti bergerak dan ditahan diam-diam sehubungan dengan coil, jarum galvanometer kembali ke nol karena tidak ada gerakan fisik medan magnet.
Demikian juga, ketika magnet dipindahkan "menjauh" dari coil ke arah lain, jarum galvanometer membelok ke arah yang berlawanan sehubungan dengan yang pertama menunjukkan perubahan polaritas.
Kemudian dengan menggerakkan magnet bolak-balik ke arah kumparan, jarum galvanometer akan membelok ke kiri atau ke kanan, positif atau negatif, relatif terhadap gerakan arah magnet.
Demikian juga, jika magnet sekarang dipegang diam dan HANYA coil bergerak ke arah atau menjauh dari magnet, jarum galvanometer juga akan membelok ke arah manapun.
Kemudian aksi memindahkan kumparan atau loop kawat melalui medan magnet menginduksi tegangan pada kumparan dengan besarnya tegangan yang diinduksi ini sebanding dengan kecepatan atau kecepatan gerakan.
Kemudian kita dapat melihat bahwa semakin cepat pergerakan medan magnet, semakin besar ggl atau tegangan yang diinduksi dalam kumparan, jadi agar hukum Faraday benar, harus ada "gerakan relatif" atau gerakan antara kumparan dan medan magnet dan baik medan magnet, coil atau keduanya bisa bergerak.
Dengan kata lain, Induksi Elektromagnetik adalah proses menggunakan medan magnet untuk menghasilkan tegangan, dan dalam rangkaian tertutup, arus.
Jadi berapa banyak tegangan (ggl) dapat diinduksi ke dalam coil hanya menggunakan magnet. Nah ini ditentukan oleh 3 faktor berbeda berikut.
Dalam generator kecil seperti dinamo sepeda, magnet permanen kecil diputar oleh aksi roda sepeda di dalam coil tetap. Sebagai alternatif, sebuah elektromagnet yang ditenagai oleh tegangan DC tetap dapat dibuat untuk berputar di dalam coil tetap, seperti pada generator listrik besar yang memproduksi dalam kedua kasus arus bolak-balik.
Generator jenis dinamo sederhana di atas terdiri dari magnet permanen yang berputar di sekitar poros pusat dengan kumparan kawat ditempatkan di sebelah medan magnet berputar ini. Saat magnet berputar, medan magnet di sekitar bagian atas dan bawah kumparan terus berubah antara kutub utara dan selatan.
Gerakan rotasi medan magnet ini menghasilkan ggl bolak-balik yang diinduksi ke dalam kumparan seperti yang didefinisikan oleh hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik.
Besarnya induksi elektromagnetik berbanding lurus dengan kerapatan fluks, β jumlah loop yang memberikan panjang total konduktor, l dalam meter dan laju atau kecepatan, ν di mana medan magnet berubah dalam konduktor dalam meter/detik atau m/s, memberi dengan ekspresi gerak ggl:
Kelemahan arus eddy dan histerisis tidak dapat dihilangkan sepenuhnya, tetapi mereka dapat sangat dikurangi. Alih-alih memiliki inti besi padat sebagai bahan inti magnet trafo atau coil, jalur magnets-nya adalah "berlapis".
Jika kawat kemudian dililitkan menjadi coil, medan magnet sangat diintensifkan menghasilkan medan magnet statis di sekelilingnya sendiri membentuk bentuk magnet batang yang memberikan kutub Utara dan Selatan yang berbeda.
Fluks magnet yang dikembangkan di sekitar kumparan sebanding dengan jumlah arus yang mengalir dalam gulungan coil seperti yang ditunjukkan. Jika lapisan-lapisan kawat tambahan dililit pada coil yang sama dengan arus yang sama yang melewatinya, kekuatan medan magnet statis akan meningkat.
Oleh karena itu, kekuatan medan magnet coil ditentukan oleh belitan ampere coil. Dengan lebih banyak putaran kawat di dalam coil, semakin besar kekuatan medan magnet statis di sekitarnya.
Tetapi bagaimana jika kita membalikkan ide ini dengan memutus arus listrik dari coil dan bukannya inti berlubang, kita menempatkan magnet batang di dalam inti coil kawat. Dengan menggerakkan magnet batang ini "masuk" dan "keluar" dari coil, arus akan diinduksi ke dalam coil dengan gerakan fisik dari fluks magnet di dalamnya.
Demikian juga, jika kita menyimpan magnet batang stasioner dan menggerakkan kumparan bolak-balik dalam medan magnet, arus listrik akan diinduksi dalam kumparan.
Kemudian dengan menggerakkan kawat atau mengubah medan magnet kita dapat menginduksi tegangan dan arus di dalam coil dan proses ini dikenal sebagai Induksi Elektromagnetik dan merupakan prinsip dasar pengoperasian trafo/transformator, motor dan generator.
Induksi Elektromagnetik pertama kali ditemukan pada tahun 1830-an oleh Michael Faraday. Faraday memperhatikan bahwa ketika ia pindah magnet permanen dan keluar dari kumparan atau loop tunggal kawat itu disebabkan sebuah ggl (Gaya Gerak Listrik), dengan kata lain tegangan, dan oleh karena itu arus diproduksi.
Jadi apa yang ditemukan Michael Faraday adalah cara menghasilkan arus listrik dalam suatu rangkaian dengan hanya menggunakan gaya medan magnet dan bukan baterai.
Ini kemudian mengarah pada hukum yang sangat penting yang menghubungkan listrik dengan magnet, Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik. Jadi bagaimana cara kerjanya?
Ketika magnet yang ditunjukkan di bawah ini digerakkan "ke arah" coil, penunjuk atau jarum Galvanometer, yang pada dasarnya merupakan pusat ammeter kumparan bergerak nol yang sangat sensitif, akan membelokkan menjauh dari posisi tengahnya dalam satu arah saja.
Ketika magnet berhenti bergerak dan ditahan diam-diam sehubungan dengan coil, jarum galvanometer kembali ke nol karena tidak ada gerakan fisik medan magnet.
Demikian juga, ketika magnet dipindahkan "menjauh" dari coil ke arah lain, jarum galvanometer membelok ke arah yang berlawanan sehubungan dengan yang pertama menunjukkan perubahan polaritas.
Kemudian dengan menggerakkan magnet bolak-balik ke arah kumparan, jarum galvanometer akan membelok ke kiri atau ke kanan, positif atau negatif, relatif terhadap gerakan arah magnet.
Induksi Elektromagnetik oleh Magnet Bergerak
Demikian juga, jika magnet sekarang dipegang diam dan HANYA coil bergerak ke arah atau menjauh dari magnet, jarum galvanometer juga akan membelok ke arah manapun.
Kemudian aksi memindahkan kumparan atau loop kawat melalui medan magnet menginduksi tegangan pada kumparan dengan besarnya tegangan yang diinduksi ini sebanding dengan kecepatan atau kecepatan gerakan.
Kemudian kita dapat melihat bahwa semakin cepat pergerakan medan magnet, semakin besar ggl atau tegangan yang diinduksi dalam kumparan, jadi agar hukum Faraday benar, harus ada "gerakan relatif" atau gerakan antara kumparan dan medan magnet dan baik medan magnet, coil atau keduanya bisa bergerak.
Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik
Dari uraian di atas kita dapat mengatakan bahwa ada hubungan antara tegangan listrik dan medan magnet yang berubah, yang oleh hukum terkenal Michael Faraday tentang induksi elektromagnetik menyatakan: “bahwa tegangan diinduksi dalam suatu rangkaian ketika gerakan relatif ada antara konduktor dan medan magnet dan besarnya tegangan ini sebanding dengan laju perubahan fluks”.Dengan kata lain, Induksi Elektromagnetik adalah proses menggunakan medan magnet untuk menghasilkan tegangan, dan dalam rangkaian tertutup, arus.
Jadi berapa banyak tegangan (ggl) dapat diinduksi ke dalam coil hanya menggunakan magnet. Nah ini ditentukan oleh 3 faktor berbeda berikut.
- Menambah jumlah putaran kawat pada coil - Dengan meningkatkan jumlah konduktor individu yang memotong medan magnet, jumlah ggl yang diinduksi akan menjadi jumlah dari semua loop individu coil, jadi jika ada 20 putaran dalam kumparan akan ada 20 kali lebih banyak ggl diinduksi daripada di satu potong kawat.
- Meningkatkan kecepatan gerakan relatif antara kumparan dan magnet - Jika kumparan kawat yang sama melewati medan magnet yang sama tetapi kelajuan atau kecepatannya meningkat, kawat akan memotong garis fluks pada tingkat yang lebih cepat sehingga lebih banyak induksi akan diproduksi.
- Meningkatkan kekuatan medan magnet - Jika kumparan kawat yang sama digerakkan dengan kecepatan yang sama melalui medan magnet yang lebih kuat, akan ada lebih banyak ggl yang dihasilkan karena ada lebih banyak garis gaya untuk memotong.
Dalam generator kecil seperti dinamo sepeda, magnet permanen kecil diputar oleh aksi roda sepeda di dalam coil tetap. Sebagai alternatif, sebuah elektromagnet yang ditenagai oleh tegangan DC tetap dapat dibuat untuk berputar di dalam coil tetap, seperti pada generator listrik besar yang memproduksi dalam kedua kasus arus bolak-balik.
Generator Sederhana menggunakan Induksi Magnetik
Generator jenis dinamo sederhana di atas terdiri dari magnet permanen yang berputar di sekitar poros pusat dengan kumparan kawat ditempatkan di sebelah medan magnet berputar ini. Saat magnet berputar, medan magnet di sekitar bagian atas dan bawah kumparan terus berubah antara kutub utara dan selatan.
Gerakan rotasi medan magnet ini menghasilkan ggl bolak-balik yang diinduksi ke dalam kumparan seperti yang didefinisikan oleh hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik.
Besarnya induksi elektromagnetik berbanding lurus dengan kerapatan fluks, β jumlah loop yang memberikan panjang total konduktor, l dalam meter dan laju atau kecepatan, ν di mana medan magnet berubah dalam konduktor dalam meter/detik atau m/s, memberi dengan ekspresi gerak ggl:
Ekspresi GGL Gerak Faraday
ε = -β.ℓ.ʋ volt
Jika konduktor tidak bergerak pada sudut siku-siku (90°) ke medan magnet maka sudut θ° akan ditambahkan ke ekspresi di atas memberikan output yang berkurang dengan meningkatnya sudut:
ε = -β.ℓ.ʋ sinθ volt
Hukum Lenz tentang Induksi Elektromagnetik
Hukum Faraday memberi tahu kita bahwa menginduksi tegangan ke konduktor dapat dilakukan dengan melewatkannya melalui medan magnet, atau dengan menggerakkan medan magnet melewati konduktor dan bahwa jika konduktor ini merupakan bagian dari rangkaian tertutup, arus listrik akan mengalir.
Tegangan ini disebut ggl terinduksi karena telah diinduksi ke dalam konduktor oleh medan magnet yang berubah karena induksi elektromagnetik dengan tanda negatif dalam hukum Faraday memberitahu kita arah arus induksi (atau polaritas ggl induksi).
Tetapi perubahan fluks magnetik menghasilkan arus yang bervariasi melalui coil yang dengan sendirinya akan menghasilkan medan magnetnya sendiri seperti yang kita lihat dalam tutorial Medan Elektromagnetik.
GGL yang diinduksi sendiri ini menentang perubahan yang menyebabkannya dan semakin cepat laju perubahan arus semakin besar ggl yang berlawanan.
GGL yang diinduksi sendiri ini, oleh hukum Lenz menentang perubahan arus dalam coil dan karena arahnya ggl yang diinduksi sendiri ini umumnya disebut ggl-balik.
Penyataan Hukum Lenz yaitu: "arah ggl yang diinduksi dengan sedemikian rupa membuatnya akan selalu menentang perubahan yang menyebabkannya". Dengan kata lain, arus induksi akan selalu MENGOPERASIKAN gerakan atau perubahan yang memulai arus induksi di tempat pertama dan ide ini ditemukan dalam analisis Induktansi.
Demikian juga, jika fluks magnet berkurang maka ggl yang diinduksi akan menentang penurunan ini dengan menghasilkan dan menginduksi fluks magnetik yang menambah fluks asli.
Hukum Lenz adalah salah satu hukum dasar dalam induksi elektromagnetik untuk menentukan arah aliran arus induksi dan terkait dengan hukum konservasi energi.
Menurut hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa jumlah total energi di alam semesta akan selalu tetap konstan karena energi tidak dapat diciptakan atau dihilangkan. Hukum Lenz berasal dari hukum induksi Michael Faraday.
Satu komentar terakhir tentang Hukum Lenz tentang induksi elektromagnetik. Kita sekarang tahu bahwa ketika ada gerakan relatif antara konduktor dan medan magnet, ggl diinduksi dalam konduktor.
Tetapi konduktor mungkin sebenarnya bukan bagian dari rangkaian listrik gulungan, tetapi mungkin inti besi gulungan atau bagian logam lainnya dari sistem, misalnya, transformator.
GGL yang diinduksi dalam bagian logam dari sistem ini menyebabkan arus sirkulasi mengalir di sekitarnya dan jenis arus inti ini dikenal sebagai Arus Eddy.
Arus eddy yang dihasilkan oleh induksi elektromagnetik bersirkulasi di sekitar inti kumparan atau komponen logam penghubung apa pun di dalam medan magnet karena untuk fluks magnet, mereka bertindak seperti satu putaran kawat.
Arus Eddy tidak berkontribusi apa pun terhadap kegunaan sistem tetapi sebaliknya mereka menentang aliran arus yang diinduksi dengan bertindak seperti gaya negatif yang menghasilkan pemanasan resistif dan kehilangan daya di dalam inti.
Namun, ada aplikasi perapian induksi elektromagnetik di mana hanya arus eddy yang digunakan untuk memanaskan dan melelehkan logam feromagnetik.
Namun, ada aplikasi perapian induksi elektromagnetik di mana hanya arus eddy yang digunakan untuk memanaskan dan melelehkan logam feromagnetik.
Sirkulasi Arus Eddy dalam Trafo (transformator)
Perubahan fluks magnet pada inti besi dari trafo di atas akan menyebabkan ggl, tidak hanya pada belitan primer dan sekunder, tetapi juga pada inti besi. Inti besi adalah konduktor yang baik, sehingga arus yang diinduksi dalam inti besi padat akan besar.
Selanjutnya, arus eddy mengalir ke arah yang, menurut hukum Lenz, bertindak untuk melemahkan fluks yang diciptakan oleh kumparan primer. Akibatnya, arus dalam kumparan primer yang diperlukan untuk menghasilkan medan B yang diberikan meningkat, sehingga kurva histerisis lebih gemuk di sepanjang sumbu H.
Laminasi/berlapis ini adalah strip yang sangat tipis dari logam terisolasi (biasanya dengan pernis) yang disatukan untuk menghasilkan inti yang solid.
Laminasi meningkatkan resistansi inti-besi dengan demikian meningkatkan resistansi keseluruhan terhadap aliran arus eddy, sehingga rugi-arus arus listrik yang diinduksi dalam inti berkurang, dan untuk alasan inilah mengapa rangkaian besi magnetis transformator dan mesin listrik semuanya dilaminasi.