ELEKTROMEKANIK DAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Medan magnet berperan sangat penting sebagai rangkaian proses konversi energi. Melalui medium medan magnet, bentuk energi mekanik dapat diubah menjadi energi listrik, alat konversinya disebut generator. Sebaliknya dari bentuk energy listrik menjadi energi mekanik, alat konversinya disebut motor.

Pada transformator, gandengan medan magnet berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik dari rangkaian primer ke sekunder melalui prinsip induksi elektromagnetik.

Dari sisi pandangan elektris, medan magnet mampu untuk mengimbaskan tegangan pada konduktor, sedangkan dari sisi pandangan mekanis, medan magnet sanggup untuk menghasilkan gaya dan kopel.

Keutamaan medan magnet sebagai perangkai proses konversi energi disebabkan terjadinya bahan-bahan magnetik yang memungkinkan diperolehnya kerapatan energi tinggi, kerapatan energi tinggi ini akan menghasilkan kapasitas tenaga per unit volume mesin yang tinggi pula. Jelaslah bahwa pengertian kuantitatif tentang medan megnet dan rangkaian magnet merupakan bagian penting untuk memahami proses konversi energi.

Medan magnet dan medan listrik

Medan magnet terbentuk dari gerak elektron. Memngingat arus listrik yang melalui suatu hantaran merupakan aliran elektron, maka pada sekitar kawat hantaran listrik tersebut akan ditimbulkan suatu medan magnet. Medan magnet memiliki arah, kerapatan dan intensitas yang digambarkan sebagai garis-garis fluks.

Ø ( Fluks ) dalam besaran weber.

Besaran kerapatan medan magnet dinyatakan dengan banyaknya garis-garis fluks yang menembus suatu bidang tertentu.

B ( Kerapatan fluks ) dalam weber/m²

Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan dinyatakan dengan besarnya fluks sepanjang jarak tertentu.

H ( Kuat medan ) dalam ampere / m

Kerapatan medan B maupun kuat medan H merupakan besaran vektoris yang mempunyai besaran dan arah, dan besarnya adalah :

B = μ H

Dimana μ adalah permeabilitas dalam henry / meter ( H / M )

DASAR ELEKTROMEKANIK

Konversi energi baik dari energi listrik menjadi energi mekanik ( motor ) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik ( generator ) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari satu sistem ke sistem lainnya, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi sistem lainnya. Dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi juga sekaligus sebagai medium untuk mengkopel proses perubahan energi

Dengan menginget hukum kekekalan energi, proses konversi energi elektromekanik dalam hal ini sebagai aksi motor dapat dinyatakan sebagai berikut :

Energi listrik sebagai input = Energi mekanik sebagai output

+ Energi yang diubah menjadi panas

+ Energi tersimpan pada medan magnet

GAYA GERAK LISTRIK

Apabila sebuah konduktor digerakkan tegak lurus sejauh ds memotong suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B, maka perubahan fluks pada konduktor dengan panjang efektif l ialah :

d ? = B l ds

Dari hukum Faraday diketahui bahwa gaya gerak listrik ( ggl ) :

E = d ? / dt

Maka e = B / ds/dt dan ds / dt = v = kecepatan

Jadi e = B / v

Arah dari gerak listrik ini ditentukan oleh aturan tangan kanan, dengan jempol telunjuk dan jari tengah yang saling tegak lurus manunjukkan masing-masing arah v, B dan e. Bila konduktor tersebut dihubungkan dengan beban seperti misalnya suatu tahanan, maka pada konduktor tersebut mengalir arus yang menjauhi kita dan digambarkan dengan simbol ujung depan anak panah ( x ). Sedangkan arus yang mendekati kita digambarkan dengan simbol ujung depan anak panah ( . ).

Persamaan e = B /v dapat diartikan bahwa apabila dalam medium medan magnet diberikan energi mekanik ( untuk menghasilkan kecepatan v ), maka akan dibangkitkan energi listrik ( e ) dan ini merupakan prinsip dasar sebuah generator.

INDUKSI ELEKTRO MAGNETIK

Magnet adalah suatu benda yang dapat menarik benda lain yang terbuat dari besi, baja, nikel, kobalt, ataupun campuran dari logam-logam tersebut. Pada umumnya magnet terbuat dari besi, baja atau campuran logam lain dengan besi atau baja. Magnet selalu mempunyai dua kutub yakni Kutub Utara dan Kutub Selatan.

Magnet mempunyai bermacam-macam bentuk tetapi yang sering dijumpai adalah bentuk magnet batang, magnet U (ladam), magnet jarum dan lain sebagainya. Kalau magnet dapat berputar bebas maka magnet akan selalu menunjuk arah utara dan selatan , kutub magnet utara menunjuk arah utara geografis dan kutub selatan menunjuk arah selatan geografis. Kutub yang tak sejenis tarik-menarik dan kutub yang sejenis tolak-menolak. Gaya tarik menarik atau tolak menolak pada magnet dinamakan Gaya Magnet. Suatu ruang bila ditempatkan magnet dan magnet tersebut mempunyai pengaruh terhadap benda lain yang berada disekitar ruangan tersebut, maka pada ruangan tersebut terdapat medan magnet.

Menurut percobaan Oersted tentang medan magnet oleh arus listrik bahwa magnet yang berada dekat dengan suatu penghantar yang dialiri arus listrik akan merubah kedudukannya.

1. Kaidah tangan kanan Ampere

Kalau suatu kompas ditempatkan diatas telapak tangan yang kemudian terdapat arus listrik ( I ) dari pergelangan menuju ke ujung jari maka ujung kutub utara kompas akan menyimpang serarah dengan ibu jari.

2. Kaidah Kotrex Maxwell

Jika arah arus listrik menunjukan arah maju kotrek, maka arah garis gaya magnet yang ditimbulkan menunjukan arah putar kotrek Jika arah arus menunjukan arah putar kotrek, maka arah garis gaya magnet yang ditimbulkan menunjukan arah maju kotrek.

Kaidah Maxwell dapat pula ditentukan dengan kaidah tangan kanan yaitu sebagai berikut :

“ Arah ibu jari menggambarkan arah arus listrik.dan arah lipatan keempat jari lainnya menunjukan arah putaran gaya magnet"

Jika kaidah koterk Maxwell yang dinyatakan pada gambar 12. dengan jumlah kawat beraraskan banyak sekali dikenal dengan selenoida akan terjadi elektromagnet, sebab memiliki sifat-sifat magnet yaitu salah satu ujungnya menyerap garis gaya magnet yang berfungsi sebagai kutub selatan ( S ) sedang kutub ujung lainnya memancarkan garis gaya yang berfungsi sebagai kutub utara ( U ).

Gaya yang dialami kutub magnet karena pengaruh arus listrik di sebut gaya Bio-Savart. Sebaliknya suatu kawat berarus listrik ditempatkan di dalam medan magnet, ternyata kawat berarus itu ada kemungkinan dipengaruhi gaya yang di sebut gaya Lorenzt. Jadi gaya Lorenz ini merupakan reaksi gaya Bio-Savart.

Jika kawat AB dipatrikan pada titik A dan B dan kutub magnet utara (U) diberi kebebasan bergerak maka jika kawat AB berarus seperti pada gambar kutub utara (U) yang berada di bawah kawat AB akan bergerak ke kiri karena pengaruh gaya Bio-Savart. Atau sebaliknya. Jadi gaya Lorenzt adalah gaya yang timbul pada suatu arus listrik yang berada pada suatu medan magnet. Arah gaya Lorenzt ditentukan dengan kaidah tangan kiri sebagai berikut :

“ Jika suatu arus berada diantara suatu kutub utara magnet dan tapak tangan kiri sedangkan arus listrik seakan-akan berjalan dari pergelangan ke jari-jari tangan, maka arah gaya Lorenz ini mengarah ke ibu jari tangan kiri”.

Arah gaya lorenz dapat juga ditentukan dengan tiga jari tangan kiri ( ibu jari, telunjuk dan jari tengah yang dibentangkan saling tegak lurs satu sama lain.

a. Arah gaya lorenzt ditunjukan oleh ibu jari

b. Arah medan magnet ditunjukan oleh jari telunjuk

c. Arah arus listrik ditunjukan oleh jari tengah.