INDUKSI ELEKTROMAGNETIK (L8)
SANTI NUR AINI1413100048
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA
Abstrak Telah dilakukan percobaan dengan judul Induksi Elektromagnetik yang bertujuan untuk membuktikan Hukum Induksi Faraday melalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan arus,luas induksi,kecepatan induksi serta mengetahui hubungan keproporsionalan antara pasang magnet(b), jari-jari motor ekperimen (R), kopling(U), dan nilai tegangan yang terjadi (V). Metode percobaan yang digunakan adalah dengan menempatkan sejumlah magnet pada suatu pinggir lintasan dan menarik keluar suatu konduktor dari medan magnet homogen tersebut menggunakan motor eksperiman. Kemudian untuk menguji terjadi tegangan listrik pada alat induksi tersebut, maka alat tersebut dihubungkan pada mikrovoltmeter. Alat yang digunakan untuk menarik konduktor tersebur yaitu motor yang dihubungkan pada listrik. Setelah tertarik, pada mikrovoltmeter tercatat angka dan angka tersebut merupakan tegangan yang ditimbulkan dari proses tersebut. Hal ini terjadi karena kumparan melewati medan magnet sehingga terjadi perubahan fluks. Dari berbagai variasi keadaan tersebut, maka dapat diperoleh data data yang tercatat pada mikrovoltmeter dalam hal ini adalah ggl induksi (). Data tersebut membuktikan bahwa semakin besar variasi B (jumlah magnet), V (kecepatan induksi) maka semakin besar pula ggl induksi yang diperoleh. Hal ini sesuai dengan persamaan yaitu sebanding dengan B dan V
DAFTAR ISIHalaman JuduliDAFTAR ISIiiBAB 1 PENDAHULUAN11.1 Latar Belakang11.2 Permasalahan11.3 Tujuan1BAB II DASAR TEORI22.1 Hukum Faraday22.2 Hukum Lenz22.3 Hukum Gauss32.4 Hukum Lorentz42.5 Medan Magnet5BAB III METODOLOGI PERCOBAAN73.1 Peralatan dan Bahan73.2 Cara Kerja7BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN94.1 Analisa Data94.2 Grafik144.3 Pembahasan16BAB 5 KESIMPULAN18DAFTAR PUSTAKA19LAMPIRAN20
i
BAB 1PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Hampir setiap alat atau mesin, dari komputer ke mesin cuci ke bor listrik, mempunyai rangkaian listrik dijantungnya. Kita telah mempelajari bahwa sebuah tegangan gerak elektrik atau yang sering disebut juga dengan gaya gerak listrik diperlukan untuk mengalirkan arus dalam suatu rangkaian. Induksi Elektromagnetik telah digunakan untuk memenuhi berbagai kebutuhan manusia di segala sektor, contohnya saja dikehidupan sehari-hari, kita pasti sudah sering mendengar peralatan elektronik bernama travo. Travo digunakan sebagai alat untuk menurunkan (step down travo) dan menaikkan tegangan (step down travo). Travo adalah alat dengan prinsip kerja transformater yang menggunakan Induksi Elektromagnetik. Hampir semua peralatan elektronik memasang komponen transformator pada rangkaian didalamnya. Untuk itu kali ini kami akan melakukan percobaan Induksi Elektromagnetik untuk membuktikan Hukum Induksi Faraday 1.2 PermasalahanPermasalahan yang timbul dalam percobaan ini adalah bagaimana cara membuktikan Hukum Induksi Faraday.1.3 Tujuan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk membuktikan Hukum Induksi Faraday melalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi.
BAB IIDASAR TEORI2.1 Hukum FaradayHukum Faraday menyatakan bahwa tegangan gerak elektrik induksi dalam sebuah simpal tertutup sama dengan negatif dari kecepatan perubahan fluks magnetik terhadap waktu yang melalui simpal itu. Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan di dalam weber/sekon, maka tegangan gerak elektrik akan dinyatakan di dalam volt. Di dalam bentuk persamaan : .................................................................(2.1) (Halliday,1996) Inilah hukum induksi Faraday. Tanda negatif tersebut adalah suatu petunjuk mengenai arah tegangan gerak elektrik imbas. Jika kita memakaikan persamaan 2.1 kepada sebuah koil yang terdiri dari N lilitan, maka sebuah tegangan gerak elektrik muncul didalam setiap lilitan dan semua tegangan gerak elektrik ini harus dijumlahkan. Jika koil tersebut dililit dengan begitu eratnya sehingga setiap lilitan dapat dikatakan menempati daerah yang sama dari ruang, maka fluks yang melalui setiap lilitan akan sama besarnya. Fluks yang melalui setiap lilitan adalah juga sama untuk toroida dan solenoida (Zemansky, 2012). Setidak-tidaknya ada dua cara didalam mana kita dapat membuat fluks yang melalui sebuah rangkaian berubah dan demikian mengimbas sebuah tegangan gerak elektrik di dalam rangkaian tersebut. Fluks yang melalui sebuah rangkaian dapat juga diubah dengan mengubah bentuknya, yakni dengan mengecilkan atau meregangkannya (Halliday,1996).2.2 Hukum LenzHukum Lenz yang direduksi oleh Heinrich Friedrich Lenz (1804-1865) menyatakan Arus imbas akan muncul di dalam arah yang sedemikian rupa sehingga arah tersebut menentang perubahan yang menghasilkannya. Tanda negatip di dalam hukum faraday menunjukkan penentangan arah ini. Hukum ini menyatakan bahwa tegangan induksi akan menghasilkan fluks yang melawan medan awalnya. Hukum Lenz menunjuk mengenai arus imbas yang berarti bahwa hukum tersebut berlaku hanya kepada rangkaian penghantar yang tertutup. (Halliday,1996). Jika suatu simpal adalah sebuah konduktor yang baik, maka sebuah arus induksi akan mengalir selama magnet itu bergerak relatif terhadap simpal tersebut. Sekali magnet dan simpal itu tidak lagi berada dalam gerak relatif, arus induksi itu secara sangat cepat berkurang ke nol karena hambatan yang besarnya tidak nol dalam simpal tersebut (Zemansky, 2012 ).
Gambar 1 Magnet yang didekatkan dengan kumparan Jika kutub U magnet batang di dekatkan kumparan AB, maka akan terjadi pertambahan garis gaya magnet arah BA yang dilingkupi kumparan.Sesuai dengan hukum Lens, maka akan timbul garis gaya magnet baru arah AB untuk menentang pertambahan garis gaya magnet tersebut.Garis gaya magnet baru arah AB ditimbulkan oleh arus induksi pada kumparan. Jika kutub U magnet batang dijauhkan, maka akan terjadi kebalikannya (Halliday,1996).2.3 Hukum Gauss Hukum Gaussadalah hukum yang menentukan besarnya sebuah fluks listrik yang melalui sebuah bidang.Hukum Gaussmenyatakan bahwa besar dari fluks listrik yang melalui sebuah bidang akan berbanding lurus dengan kuat medan listrik yang menembus bidang, berbanding lurus dengan area bidang dan berbanding lurus dengan cosinus sudut yang dibentuk fluks listrik terhadap garis normal (http://www.tugasku4u.com/2013/07/hukum-gauss.html) Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung medan listrik dari sistem yang mempunyai kesimetrian yang tinggi(misalnya simetri bola, silinder, atau kotak). Untuk menggunakan hukum gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup(permukaan gauss). Bentuk permukaan tertutup tersebut dapat sembarang ( A.Buck,2006). Hukum gauss dinyatakan"Jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut"dan di rumuskan sebagai berikut : = .................................................................(2.2) (http://www.tugasku4u.com/2013/07/hukum-gauss.html)
2.4 Hukum LorentzGaya Lorentz itu adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet (B). Dimana arah gaya ini akan mengikuti arah maju sekrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B). Arah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jari-jari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya lorentz (F) di tunjukkan oleh jari tengah. Perhatikan gambar berikut :
Gambar 2 Kaidah tangan KananGaya lorentz pada penghantar bergantung pada faktor kuat medan magnet (B), besar arus listrik (I), dan panjang penghantar (L), sehingga Hukum Lorentz dapatdirumuskan: F = B.I.L ..................................................................(2.3)dengan keterangan F adalah gaya lorentz (N), B adalah kuat medan magnet (Tesla), I adalah kuat arus listrik (A), dan L adalah panjang penghantar (m). (J.Bueche, 2006)2.5 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 padatitiktersebut. Penemuan Oersted 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 magnet terdiri dari muatan listrik. 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 : B = k ..............................................................(2.4)Dengan keterangan :B = Induksi magnetik (T)k = I= Kuat arus (A)a= Jarak (m) (Zemansky. 2012)
BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN3.1 Peralatan dan BahanPeralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain ; Peralatan induksi dengan konduktor 1 set, pasangan magnet 6 pasang, motor eksperimen 100 W 1 buah, alat kemudi dan pengatur 1 buah dan mikrovoltmeter 1 buah.3.2 Cara Kerja
8888220 VoltGambar 2. Skema alat Percobaan ini pertama-tama dilakukan dengan menyusun peralatan seperti gambar diatas dan dihubungkan dengan peralatan lain. Lalu diikatkan senar pancing pada peluncur dan dihubungkan dengan kopling penarik. Diatur mikrovoltmeter pada 104, kemudian dipasangkan 8 pasang magnet yang tersedia pada alat induksi. Untuk proporsionalitas dari U dan V, dihubungkan konduktor b = 4 cm dengan cara dimasukkan penghubung kortsluiting pada alat peluncur. Kemudian diikatkan suatu kumparan tali senar pancing pada garis tengah kumparan kopling yang bergerak terkecil. Lalu dihidupkan motor dan distel putarannya hingga tercapai suatu tegangan induksi sebesar 40mV. Lalu dicari harga rata-rata pada goyangan yang mungkin terjadi pada alat penunjuk pengukur. Diulangi percobaan dengan menggunakan kedua alat kumparan lain dengan garis tengah kumparan yang berlainan. Untuk proporsionalitas dari U dan b, pertama-tama dilakukan dengan menggunakan 8 pasang magnet dan garis tengah alat kumparan maksimal (V = 4 Vo) untuk konduktor dengan b = 2 cm dan b = 2,8 cm. Diulangi percobaan untuk proporsionalitas dari U dan b namun dengan menggunakan alat kumparan lain dengan garis tengah kumparan yang berlainan serta point-point untuk proporsionalitas dari U dan V, dan point-point sebelumnya dengan 2 pasang magnet.Untuk proporsionalitas antara V dan B, percobaan pertama-tama dilakukan dengan garis tengah alat kumparan yang minimal dan lebar konduktor yang maksimal pula yaitu b = 4 cm. Diulangi percobaan untuk proporsionalitas antara V dan B namun dengan menggunakan alat kumparan lain dengan garis tengah kumparan yang berlainan serta point-point untuk proporsionalitas dari U dan V, dan point-point sebelumnya dengan 2 pasang magnet.
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Data Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan didapat data hasil percobaan sebagai berikut ini: Tabel 1. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=6, r kecilPercBrUVUV
16r kecil1-7,60.1042-8,60.104
2-7,60.104-7,90.104
3-7,50.104-8,00.104
4-8,20.104-7,90.104
5-7,90.104-7,90.104
6-8,30.104-8,20.104
7-6,70.104-8,10.104
8-7,30.104-7,90.104
Tabel 2. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=6, R besarPercbRUVUV
16R besar1-2,21.1052-2,09.105
2-2,08.105-2,69.105
3-2,07.105-2,46.105
4-2,13.105-2,81.105
5-2,02.105-2,90.105
6-1,95.105-2,83.105
7-2,05.105-2,74.105
8-2,04.105-2,90.105
Tabel 3. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=5, r kecilPercbrUVUV
15r kecil1-6,40.1042-7,10.104
2-6,60.104-7,50.104
3-7,00.104-7,50.104
4-7,20.104-7,20.104
5-7,30.104-6,50.104
6-6,30.104-6,90.104
7-6,40.104-6,50.104
8-6,90.104-6,70.104
Tabel 4. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=5, R besarPercBRUVUV
15R besar1-1,54.1052-7,60.104
2-1,49.105-1,88.104
3-1,53.105-9,30.104
4-1,47.105-7,90.104
5-1,51.105-8,30.104
6-1,41.105-7,50.104
7-1,52.105-7,70.104
8-1,47.105-9,20.104
Tabel 5. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=4, r kecilPercBrUVUV
14r kecil1-5,80.1042-6,60.104
2-5,70.104-6,20.104
3-5,90.104-6,30.104
4-6,20.104-6,50.104
5-6,20.104-6,20.104
6-5,80.104-6,50.104
7-5,70.104-6,30.104
8-5,50.104-6,70.104
Tabel 6. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=4, R besarPercBRUVUV
14R besar1-1,21.1052-1,75.105
2-1,23.105-1,71.105
3-1,37.105-1,65.105
4-1,26.105-1,70.105
5-1,27.105-1,64.105
6-1,27.105-1,69.105
7-1,31.105-1,67.105
8-1,33.105-1,71.105
Tabel 7. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=3, r kecilPercbrUVUV
13r kecil1-5,40.1042-5,50.104
2-5,20.104-5,90.104
3-5,10.104-6,30.104
4-5,30.104-6,30.104
5-5,20.104-6,00.104
6-5,20.104-5,80.104
7-5,30.104-6,00.104
8-5,40.104-5,70.104
Tabel 8. Data hasil percobaan dengan menggunakan b=3, R besarPercbRUVUV
13R besar1-6,80.1042-1,81.105
2-7,00.104-1,43.105
3-7,30.104-1,34.105
4-6,80.104-1,34.105
5-6,60.104-1,30.105
6-6,90.104-1,36.105
7-7,60.104-1,20.105
8-7,10.104-1,34.105
4.2 GrafikGrafik 1. Proporsionalitas B (jumlah magnet) terhadap V (tegangan)
Grafik 2. Proporsionalitas U (kopling) terhadap V (tegangan)
Grafik 3. Proporsionalitas U (kopling) dengan B (jumlah magnet)
4.3 Pembahasan Telah dilakukan percobaan dengan judul Induksi Elektromagnetik kode L8 yang bertujuan untuk membuktikan Hukum Induksi Faradaymelalui pengukuran ketergantungan tegangan induksi dari kepadatan arus, luas induksi, dan kecepatan induksi. Percobaan dilakukan dengan menggunakan variasi jari-jari besar dan jari-jari kecil, b menggunakan variasi 6,5,4, dan 3, serta menggunakan variasi kopling (U) kopling 1 dan kopling 2. Percobaan ini menerapkan Hukum Faraday dan Hukum Gausss. Percobaan dilakukan dengan menarik suatu konduktor dari medan magnet homogen menggunakan motor eksperimen dengan kecepatan konstan lalu tegangannya diukur menggunakan Mikrovoltmeter. Percobaan dilakukan dengan pengulangan sebanyak 8 kali . Dari data-data yg diperoleh setelah percobaan dapat kita lihat untuk = 6, nilai tegangan (V) yang terjadi berbanding lurus dengan nilai kopling yang digunakan untuk nilai jari-jari motor listrik yang sama, dapat dilihat juga bahwa rata-rata nilai tegangan (V) untuk kopling (U) 2 lebih besar jika dibandingkan dengan nilai tegangan (V) untul kopling (U) 1. Sama halnya untuk perbandingan dengan nilai jari-jari motor listrik yang digunakan.untuk besarnya kopling (U) yang sama, jari-jari motor listrik yang berukuran besar memiliki nilai tegangan (V) jauh lebih besar jika dibandingkan dengan menggunakan jari-jari motor listrik yang berukuran kecil. Jadi dapat disimpulkan bila jumlah pasang magnet semakin besar tegangan yang dihasilkan juga semakin besar, bila jari-jari diperbesar tegangan yang dihasilkan juga semakin besar, dan bila koplingnya diperbesar tegangannya juga semakin besar. Secara teoritis hubungan U,b dan R berbanding lurus dengan nilai V. Pada saat percobaan ke-5 dengan menggunakan 5 pasang magnet dengan kopling 2 dan menggunakan R besar nampaknya ada sedikit data yang kurang proporsional nilai tegangan yang didapat (V) ternyata lebih rendah jika dibandingkan dengan kopling(U) = 1 . Hal ini kemungkinan dapat disebabkan karena pada waktu praktikum adanya kesalahan yang terjadi pada pengukuran dan kinerja alat-alat percobaan tersebut sehingga menyebabkan data yang dihasilkan juga kurang presisi dan akurat, selain itu faktor posisi kemudi motor yang berada tidak pada posisi yang sama ketika perulangan, dan tali sering keluar dari roda R besar sehinggan bergulungnya tidak teratur. Namun pada dasarnya, prinsip dari hasil percobaan tersebut sudah benar yaitu semakin besarnya nilai jari-jari(R),dan kopling(U) maka nilai tegangan yang dihasilkan juga lebih besar.
BAB 5 KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan antara lain sebagai berikut :1. GGL induksi dapat dipengaruhi oleh kepadatan arus, luas induksi dan kecepatan induksi2. Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya arus listrik akibat adanya perubahan fluks magnetik3. Tanda minus yang diperoleh saat percobaan menunjukkan Hukum Lenz yang menyatakan bahwa tegangan induksi akan menghasilkan fluks yang melawan medan awalnya4. Semakin besar nilai jari-jari (R), kopling(U), dan jumlah pasang magnet yang digunakan maka semakin besar pula nilai tegangan yang dihasilkan.
DAFTAR PUSTAKA
A.Book, John. 2006.Elektromagnetika. Jakarta: Erlangga.Hallliday, David.1996.Fisika Universitas Jilid 2 Edisi 5. Jakarta: Erlangga.J.Bueche, Frederick. 2006.Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta:Erlangga.Zemansky, Sears. 2012. University Physic volume 13th edition. Inc : Pearson Education.http://www.tugasku4u.com/2013/07/hukum-gauss.html. Selasa, 18 maret, 21.00
LAMPIRAN19
