Induksi Elektromagnetik
Adapun tujuan pembelajaran ini yaitu melalui kegiatan pembelajaran dengan menggunakan model Discovery Learning dan pendekatan saintifik, dharapkan:
- Peserta didik dapat memahami Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi
- Peserta didik dapat memahami Hukum Faraday
- Peserta didik mapu memahami Hukum Lenz
- Peserta didik dapat menanalisis induksi diri dan menganalisis Fluks magnetik
- Serta peserta didik diharapkan mampu menyusun percobaan tentang induksi elektromagnetik dengan rasa rasa ingin tahu, tanggung jawab, displin selama proses pembelajaran, bersikap jujur, percaya diri dan pantang menyerah, serta memiliki sikap responsif (berpikir kritis) dan proaktif (kreatif), serta mampu berkomukasi dan bekerjasama dengan baik
Peta Konsep
A. MATERI PEMBELAJARAN
1. Fakta
a. Energy listrik
b. Perubahan arus pada sebuah kumparan dapat menimbulkan GGL induksi
2. Konsep
a. Eksperimen Oersted menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet
b. Arah arus induksi dalam suatu penghantar adalah sedemikian rupa sehingga menghasilkan medan magnet yang arahnya melawan perubahan garis gaya yang menimbulkannya
c. Hukum Faraday yang menyatakan bahwa besarnya gaya gerak listrik bergantung pada kecepatan perubahan fluks magnetik
d. Induksi adalah Imbasan
3. Prinsip
- Untuk menentukan arah arusnya dapat digunakan aturan sebagai berikut. Ibu jari sebagai arah kutub U pada kumparan dan jari-jarin lainnya dilipatkan sebagai arah arus listrik. Dengan menggunakan aturan tersebut dapat ditentukan arah arus dalam kumparan.
4. Prosedur
- Jika jumlah fluks magnetik yang memasuki kumparan berubah, pada ujung-ujung kumparan akan timbul GGL induksi;
- Besarnya GGL induksi bergantung pada laju perubahan fluks dan banyaknya lilitan pada kumparan.
B. METODE PEMBELAJARAN
- Pendekatan : Scientific Learning
- Model Pembelajaran : Discovery Learning (Pembelajaran Penemuan)
- Metode : Diskusi, Eksperimen, Tanya-Jawab, Penugasan
C. MEDIA PEMBELAJARAN
- LCD projector
- Layar
- Laptop / Notebook
- Bahan Tayang ( Slide Power Point)
- Papan tulis
- Spidol
- Penggaris
- Alat Peraga
D. SUMBER BELAJAR
1. Fisika SMA Jilid III,
2. Panduan Praktikum Fisika
3. Internet
4. Sumber lain yang relevan
G. Materi Singkat
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
A. Pengertian Induksi Elektromagnetik
Telepon adalah sarana telekomunikasi yang sangat populer digunakan saat ini. Dengan menggunakan telepon, maka kalian dapat mengirimkan dan menerima pesan berupa suara, walaupun pada jarak yang berjauhan. Pada umumnya, telepon dihubungkan dengan jaringan telepon lewat kabel. Dengan adanya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, kini telepon secara praktis dapat dibawa ke mana-mana dan dihubungkan dengan jaringan melalui gelombang radio. Tahukah kalian prinsip kerja telepon itu? Ternyata, telepon menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dalam penerapannya. Tahukah kalian yang dimaksud induksi elektromagnetik? Nah, untuk mengetahuinya, ikutilah pembahasan berikut ini.
Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan/konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.
B. GGL Induksi
1. Gaya Gerak Listrik Induksi
Gaya gerak listrik induksi adalah timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan yang mencakup sejumlah fluks garis gaya medan magnetik, bilamana banyaknya fluks garis gaya itu divariasi. Dengan kata lain, akan timbul gaya gerak listrik di dalam kumparan apabila kumparan itu berada di dalam medan magnetik yang kuat medannya berubah-ubah terhadap waktu.
a. Hukum Faraday
Untuk menemukan jawaban apakah medan magnet menghasilkan arus listrik, Faraday melakukan eksperimen dengan susunan peralatan seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Kumparan pertama dihubangkan ke sebuah baterai dan kumparan kedua dihubungkan dengan galvanometer. Faraday berharap arus pada kumparan pertama menghasilkan atus pada kumparan kedua . Ketika sakelar dihubungkan, jarum galvanometer menyimpang sesaat dan segera ke posisi nol dan tetap nol ketika arusnya konstan. Hal tersebut menunjukkan bahwa arus konstanpda kumparan pertama tidak menghasilkan arus listrik pada kumparan kedua. Akan tetapi ketika sakelar diputus-sambungkan, jarum galvanometer menyimpang ke kiri dan ke kanan.
Gambar 1. Skema peralatan eksperimen Faraday
Dari hasil eksperimen tersebut, Faraday menyimpulkan bahwa perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik. Oleh karena arus listrik mengalir jika ada sumber tegangan, dapat pula dikatakan bahwa perubahan medan magnet menghasikan gaya gerak listrik (GGL). Arus dan GGL yang timbul akibat perubahan medan magnet disebut arus dan GGL induksi, sedangakan peristiwa munculnya arus dan GGL induksi akibat perubahan medan magnet disebut induksi elektromagnetik. Besarnya ggl induksi bergantung pada faktor-faktor sebagai berikut.
Ø Laju perubahan fluks medan magnet dalam kumparan. Semakin besar laju perubahannya, semakin besar pula ggl yang dihasilkan.
Ø Jumlah lilitan kumparan. Semakin banyak jumlah lilitan kumparan, semakin besar pula ggl yang dihasilkan.
Selain eksperimen tersebut, Faraday melakukan eksperimen lanjutan dengan menggunakan magnet tetap dan kumparan, seperti diperlihatkan pada Gambar 2. GGL induksi muncul pada kumpara ketika magnet digerakkan keluar-masuk kumparan. GGL induksi juga terjadi ketika magnetnya diam dan kumparannya bergerak maju-mundur. Jadi, gerakan relatif antara magnet dan kumparan diperlukan untuk menghasilkan GGL induksi.
Gambar 2. GGL induksi timbul ketika ada gerak relatif antara magnet dan kumparan.
(a) Magnet bergerak masuk
(b) Magnet bergerak keluar
(c) Magnet tidak bergerak
Berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukannya, Faraday menyusun Hukum Faraday. Hukum ini yang menyatakan bahwa gaya gerak listrik induksi sebanding dengan laju perubahan fluks medan magnet yang terjadi dalam kumparan.
Evaluasi
1. Sebuah bidang seluas 40 cm2 berada dalam daerah medan magnetik homogen dengan induksi magnetik 8×10-4 T. Jika sudut antara arah normal bidang dengan medan magnetik adalah 60o, maka besar fluks magnetiknya adalah … .
a. 32× 10-7 Wb
b. 16× 10-7 Wb
c. 6,4× 10-7 Wb
d. 3, 2× 10-7 Wb
e. 1,6× 10-7 Wb
2. Sebuah penghantar yang digerakkan dalam medan magnetik akan menghasilkan beda potensial pada ujung-ujung penghantar yang dinamakan … .
a. tegangan jepit
b. gaya gerak listrik induksi
c. induksi elektromagnetik
d. fluks magnetik
e. kuat medan magnetik
3. Menaikkan ggl maksimum suatu generator AC agar menjadi 4 kali semula, dapat dilakukan dengan cara … .
a. jumlah lilitan dilipatgandakan dan periode putar menjadi 1/2 kali semula
b. kecepatan sudut dan luas penampang kumparan dijadikan 1/2 kalinya
c. induksi magnet dan jumlah lilitan dijadikan 4 kali semula
d. luas penampang dan periode putar dijadikan 2 kali semula
e. luas penampang dan periode putar dijadikan 1/2 kali semula
4. Suatu kumparan dengan induktansi 0,25 H dialiri arus yang berubah terhadap waktu menurut persamaan T = 8 – 6t 2 (dalam satuan SI). Ggl induksi diri sebesar 12 volt timbul pada saat t sama dengan … .
a. 1 detik
b. 2 detik
c. 3 detik
d. 4 detik
e. 5 detik
5. Kumparan primer suatu transformator mempunyai 200 lilitan dan kumparan sekundernya 50 lilitan. Jika kuat arus dalam kumparan sekundernya 10 A, kuat arus dalam kumparan primer adalah … .
a. 2,5 A
b. 4 A
c. 20 A
d. 25 A
e. 40 A
6. Apabila suatu kumparan memiliki induktansi 0,2 H dan dialiri arus sebesar 5 A, maka energi yang tersimpan dalam kumparan adalah ... .
a. 0,1 J
b. 0,5 J
c. 1 J
d. 2,5 J
e. 25 J
7. Bila sebuah generator berputar 1.500 putaran/menit untuk membangkitkan arus 100 V, maka besarnya kecepatan sudut untuk membangkitkan 120 V sebesar ... .
a. 1.200 putaran/menit
b. 1.500 putaran/menit
c. 1.800 putaran/menit
d. 2.100 putaran/menit
e. 2.400 putaran/menit
8. Sebuah trafo step-down dipakai untuk menurunkan tegangan 2.200 V menjadi 110 V. Jika pada kumparan sekunder terdapat 25 lilitan, banyaknya lilitan pada kumparan primer adalah ... .
a. 200 lilitan
b. 250 lilitan
c. 500 lilitan
d. 700 lilitan
e. 1.000 lilitan