INDUKSI ELEGTROMAGNETIK

NDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pada pembahasan tentang Medan Magnet kita telah mengetahui bahwa Arus listrik dapat menimbulkan Medan Magnet. Sedang Arus listrik adalah Muatan yang bergerak. Disekitar muatan ada Medan Listrik. Jika muatan bergerak maka medan listrik yang dihasilkan akan berubah, maka dapat dikatakan bahwa Perubahan Medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.

Melihat kenyataan ini Faraday menyatakan sebuah hipotesanya dengan pernyataannya :

Jika perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, maka Perubahan medan magnet juga akan menimbulkan medan listrik.

Fluks Magnetik : ( f )

Banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus pada satu satuan luas bidang .

B A

f = B. A

B = Kuat Medan Magnet ( Wb/m2) A = Luas penampang (m2)

Jika medan magnetik dengan bidang membentuk sudut tertentu, maka akan berlaku :

Besarnya Fluks Magnetik adalah : f = B.A. Cos a B = Besarnya Kuat medna magnet ( Wb.m-2) A = Luas penampang (m2) a = Sudut antara bidang sesungguhnya dengan bidang normal

Bidang normal adalah bidang hayal yang selalu tegak lurus terhadap garis gaya magnet.

Kemudian Faraday menguji dengan mempengaruhi sebuah kumparan dengan magnet yang digerakkan disekitar kumparan yang dihubungkan dengan Amperemeter, sehingga terjadi perubahan kuat medan magnet yang menembus bidang kumparan ( terjadi perubahan fluks magnetik ), seperti gambar di samping :

hasilnya ternyata jarum pada Amperemeter bergerak. Ini menunjukkan bahwa ada arus listrik pada kumparan. Adanya arus listrik ini menunjukkan bahwa ada muatan yang bergerak di dalam kumparan, sehingga dikatakan ada medan listrik. Dengan demikian Hipotesa Faraday terbukti.

Peristiwa terjadinya arus listrik pada penghantar / kumparan karena dipengaruhi oleh perubahan fluks magnetik disebut dengan “Induksi elektromagnetik”

Arus listrik yang terjadi pada penghantar akibat perubahan flukmagnetik disebut dengan Arus Induksi. Beda Potensial antara ujung-ujung penghantar disebut dengan GGL Induksi ( Gaya Gerak Listrik Induksi).

Arah Arus Induksi dinyatakan berdasarkan Hukum Lenz yang menyatakan :

Arah Arus Induksi pada penghantar sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan sesuatu yang melawan penyebabnya.

Jika penyebab Arus Induksi tersebut Medan Magnet / Magnet, maka pada penghantar / kumparan harus dapat menghasilkan Medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya, yaitu :

1. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Utara . ( gb. 1)

2. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.2)

3. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.3)

4. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Utara. (gb.4 )

S U U I Gb.1 G

S U S I Gb.2 G

U S S Gb.3 G

U S U I Gb.4 G

Jika penyebab timbulnya Medan Magnet adalah Gaya, maka pada penghantar akan timbul Gaya yang melawannya yang besarnya sama dan arahnya berlawanan, yaitu

Pada gambar di bawah akibat Gaya Mekanis F, timbul Gaya Lorentz F_L yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.

GGL Induksi Pada Kumparan, dinyatakan menurut Hukum Faraday :

GGL Induksi yang terjadi pada kumparan sebanding dengan cepat perubahan Fluks Magnetik melingkupinya

Dirumuskan :

e = GGL Induksi ( volt) N = Jumlah lilitan kumparan = cepat perubahan fluks magnetik ( Wb/s) Tanda ( - ) = Kesesuaian dengan Hukum Lensz

Juga berlaku, bahwa :

Besarnya GGL Induksi Pada penghantar yang bergerak dalam Medan Magnet dinyatakan :

Keterangan :

- Saat penghantar AB digerakkan oleh gaya mekanis F_mek, maka muatan + dalam penghantar seolah olah bergerak dari kiri ke kanan, sehingga seolah olah ada arus listrik induksi (I_i), akibatnya Muatan + tersebut seolah olah akan mendapatkan gaya Lorentz elementer (F_Li).

- Akibat gaya Lorentz elementer ini, muatan + benar benar bergerak di dalam penghantar dari bawah ke atas, sehingga mengalirlah arus listrik induksi (I) di dalam penghantar.

- Akibatnya penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet akan mendapat gaya Lorentz (F_L) yang arahnya ke kiri, melawan gaya mekanis penyebab gerakkan kawat penghantar.

- Pada keadaan ini terjadi perubahan Energi mekanis ( akibat gaya Mekanis) menjadi Energi listrik ( akibat adanya arus listrik dalam penghantar), dimana :

W_mek = F_mek. S dengan F_mek = - F_L = - B.I.l

Dan

W _listrik = e.I.t Sehingga berlaku : W_mek = W _listrik

- B.I.l = e.I.t dengan l/t = v, maka diperoleh

e = – B.l.v

e = GGL Induksi ( Volt) B = Kuat medan Magnet ( Tesla) l = Panjang Kawat Penghantar (m ) v = Kecepatan gerak kawat ( m/s)

GGL Induksi Diri :

GGL Induksi yang terjadi karena perubahan fluks magnetic pada kumparan akibat perubahan arus listrik mempengaruhi kumparan itu sendiri sehingga ujung ujung kumparan timbul beda potensial.

Kumparan I Ii neon S V

Keterangan : 1. Saat saklar tertutup arus listrik mengalir lewat kuparan besarnya konstan sehingga fluks magnetic yang terjadi juga konstan. 2. Sesaat, saat arus listrik terhubung dan terlepas, terjadi perubahan arus listrik dari tidak ada menjadi ada dan dari ada menjadi tidak ada, sehingga sesaat itu terjadi perubahan fluks magnetic disekitar kumparan.

3. Perubahan fluks magnetic ini mempengaruhi kumparan itu lagi sehingga timbul GGl pada Ujung ujung kumparan yang disebut dengan GGL Induksi Diri.

Besarnya GGL Induksi Diri sebanding dengan cepat perubahan arus listrik,

dirumuskan : atau :

= cepat perubahan kuat arus listrik ( Ampere/sekon ) L = Konstanta pembanding yang disebut dengan Induktansi Diri sering disebut Induktansi dengan satuan Henry ( H ) ei = GGL Induksi diri GGL Induksi diri tidak lain adalah GGL Induksi

Induktansi Diri pada Kumparan / Solenoida dan Toroida :

Dari persamaan : dan dengan e ₌ e_I

Maka diperoleh nilai Induktansi diri kumparan dan toroida :

f = fluks magnetic ( Wb ). N = Jumlah lilitan I = Kuat Arus listrik ( Ampere ) L = Induktansi Kumparan / toroida ( Henry )

Dengan mengganti nilai f = B.A dan diperoleh persamaan Induktansi kumparan atau toroida :

A = Luas penampang ( m2 ) N = Jumlah lilitan l = panjang penghantar ( m )

Energi Induktor :

Karena Induktor dapat menghasilkan GGL Induksi maka Induktor memiliki energi, yang dapat diturunkan dari energi listrik :

W = e.I.t dengan maka diperoleh :

W = ½. L.I2

L = Induktansi ( H ) I = Kuat arus listrik ( A ) W = Energi Induktor ( Joulle )

GELOMBANG BUNYI

Gelombang Bunyi

Pengertian Bunyi
Bunyi adalah energi gelombang yang berasal dari sumber bunyi, yaitu benda yang bergetar. Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang dapat merambat melalui medium. Gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal sehingga mempunyai sifat-sifat dapat dipantulkan (reflection), dapat dibiaskan (refraction), dapat dilenturkan (difraction), dan dapat dibiaskan (interferention).
Sifat-sifat Gelombang Bunyi
1 Pemantulan gelombang bunyi
Pemantulan gelombang bunyi dapat memberikan dampak merugikan dan menguntungkan, antara lain : timbulnya gaung/gema di dalam ruangan yang luas, pemanfaatan bunyi untuk mengukur kedalaman sumur.
Gaung/gema
Gema dapat timbul jika jarak antara sumber bunyi (biasanya sekaligus pendengar)
55 meter dari dinding pemantul. Jika diketahui kecepatan perambatan bunyi di udara rata-rata 340 m/s, sedangkan waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu suku kata ! 1/3 s, maka jarak yang ditempuh gelombang bunyi dari sumber bunyi ke dinding pemantul sampai ke pendengar sebesar
340 m/s x 1/3 s = 113,33 m
sehingga 133,33 m : 2 = 56,67 m


2 Interferensi gelombang bunyi
Dua sumber bunyi dari dua pengeras suara yang berasal dari sebuah audio generator akan menghasilkan gelombang-
gelombang bunyi yang koheren, yaitu dua gelombang dengan frekuensi sama, amplitudo sama, dan beda fase tetap. Jika rapatan bertemu rapatan atau regangan bertemu regangan maka terjadi penguatan bunyi (konstruktif) sehingga bunyi terdengar semakin keras. Jika regangan bertemu rapatan maka terjadi pelemahan bunyi (destruktif) sehingga bunyi terdengar semakin lemah.
Secara matematis penguatan terjadi jika selisih panjang gelombang sebesar 2nl dan pelemahan terjadi jika selisih panjang gelombang (2n+1)l.
Pada kegiatan paduan suara, seorang konduktor memberikan aba menyamakan suara maksudnya menyamakan tinggi-rendahnya suara atau frekuensi sehingga terjadi interferensi bunyi. Tetapi kadang-kadang suara yang terdengar tidak tepat sama tinggi-rendahnya, berarti telah terjadi pelayangan bunyi yang frekuensi pelayangannya dapat dihitung dengan persamaan
f_pelayangan = f_tinggi – f_rendah
Beberapa alat musik berbentuk pipa organa, misalnya seruling, terompet, drum, gitar akustik, dan lain-lain. Pipa organa adalah sebuah pipa yang berisi kolom udara. Terdapat dua jenis pipa organa yang masing-masing menimbulkan pola interferensi gelombang bunyi yang berbeda.
Resonansi
Resonansi adalah ikut bergetarnya molekul udara dalam kolom udara akibat getaran benda, dalam beberapa alat musik akan menimbulkan efek bunyi yang merdu. Pada alat musik berbentuk pipa organa tertutup, yaitu salah satu atau kedua ujung pipanya tertutup, resonansi terjadi jika : l = ¼ l, l, l, dst……, dengan l adalah panjang pipa dan l adalah panjang gelombang bunyi.
Cepat Rambat Bunyi
Cepat rambat bunyi dapat dicari dengan rumus :v = f . l
dengan v : cepat rambat bunyi (m/s)
f : frekuensi bunyi (Hz)
l : panjang gelombang bunyi (m).
Intensitas Bunyi
Tinggi rendahnya bunyi ditentukan oleh frekuensi sedangkan intensitas atau kuat lemahnya bunyi ditentukan oleh amplitudo. Intensitas bunyi dinyatakan dengan persamaan : I = P / A

dengan :
P = daya bunyi (watt)
A = luas bidang yang ditembus gelombang
bunyi (m²) ® A = 4pr²
I = intensitas bunyi (watt/m²)
Batas intensitas bunyi yang dapat didengar oleh manusia adalah antara 1 watt/m² sampai dengan 10^-12 watt/m². Intensitas terkecil ini disebut intensitas ambang pendengaran.
Taraf intensitas bunyi
Taraf intensitas bunyi (TI) dinyatakan dengan persamaan : TI = 10 log (I/Io)

dengan :
I = intensitas bunyi (watt/m²)
I₀ = intensitas ambang bunyi (10^-12 watt/m²)
TI = taraf intensitas bunyi (deciBell atau dB)
Efek Doppler
Jika sumber bunyi relatif mendekati pendengar, frekuensi bunyi yang didengar lebih tinggi daripada frekuensi sumber bunyi sebenarnya. Sebaliknya jika sumber bunyi relatif menjauhi pendengar maka frekuensi bunyi yang didengar lebih rendah.
Perbedaan frekuensi bunyi akibat pergerakan sumber bunyi atau pendengar ini disebut efek doppler yang diamati oleh fisikawan Australia bernama Christian Johann Doppler (1803-1855), yang dapt dituliskan dengan persamaan :

dengan :
f_p = frekuensi sumber bunyi yang didengar oleh pendengar (Hz)
f_s = frekuensi sumber bunyi sebenarnya (Hz)
v = kecepatan gelombang bunyi di udara (m/s)
v_p = kecepatan gerak pendengar (m/s)
v_s = kecepatan gerak sumber bunyi (m/s)
Tanda v_p dan v_s :
Jika P adalah pendengar dan S adalah sumber bunyi.
1. P bergerak mendekati S, maka v_p diberi tanda (+) sehingga f_p > f_s.
2. P bergerak menjauhi S, maka v_p diberi tanda (-) sehingga f_p < f_s.
3. S bergerak mendekati P, maka v_s diberi tanda (+) sehingga f_p > f_s.
4. S bergerak menjauhi P, maka v_s diberi tanda (-) sehingga f_p < f_s.
5. P dan S diam, maka v_p = v_s = 0 sehingga f_p = f_s.