Induksi Elektromagnetik

Ketika arus DC melewati konduktor lurus yang panjang, maka gaya magnet dan medan magnet statis akan berkembang di sekitarnya.

Jika kawat kemudian digulung menjadi sebuah kumparan, medan magnet sangat diintensifkan sehingga menghasilkan medan magnet statis di sekelilingnya membentuk bentuk magnet batang yang memberikan kutub Utara dan Selatan yang berbeda.

Fluks magnet yang berkembang di sekitar kumparan sebanding dengan jumlah arus yang mengalir di lilitan kumparan seperti yang ditunjukkan. Jika lapisan kawat tambahan dililitkan pada kumparan yang sama dengan arus yang sama mengalir melaluinya, kekuatan medan magnet statis akan meningkat.

Oleh karena itu, kekuatan medan magnet suatu kumparan ditentukan oleh lilitan ampere kumparan tersebut. Dengan semakin banyak lilitan kawat di dalam kumparan, semakin besar kekuatan medan magnet statis di sekitarnya.

Tetapi bagaimana jika kita membalikkan gagasan ini dengan memutuskan arus listrik dari kumparan dan alih-alih inti berongga, kita menempatkan magnet batang di dalam inti kumparan kawat. Dengan menggerak-gerakkan magnet batang “masuk” dan “keluar” dari kumparan, arus akan diinduksi ke dalam kumparan dengan gerakan fisik fluks magnet di dalamnya.

Demikian juga, jika magnet batang tetap diam dan yang digerakkan kumparannya secara bolak-balik dalam medan magnet, arus listrik akan diinduksi ke dalam kumparan. Kemudian dengan menggerakkan kabel atau mengubah medan magnet kita dapat menginduksi tegangan dan arus di dalam kumparan dan proses ini dikenal sebagai Induksi Elektromagnetik dan merupakan prinsip dasar pengoperasian transformator, motor, dan generator.

Induksi Elektromagnetik pertama kali ditemukan pada tahun 1830-an oleh Michael Faraday. Faraday memperhatikan bahwa ketika dia memindahkan magnet permanen masuk dan keluar dari sebuah kumparan atau satu loop kawat itu menginduksi sebuah Gaya ElektroMotif atau ggl, dengan kata lain sebuah Tegangan, dan oleh karena itu sebuah arus dihasilkan.

Jadi 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 Induksi Elektromagnetik Faraday. Jadi bagaimana cara kerjanya ?.

Ketika magnet yang ditunjukkan di bawah ini digerakkan “ke arah” kumparan, penunjuk atau jarum Galvanometer, yang pada dasarnya merupakan amperemeter kumparan bergerak nol pusat yang sangat sensitif, akan membelok menjauh dari posisi tengahnya dalam satu arah saja. Ketika magnet berhenti bergerak dan ditahan diam sehubungan dengan kumparan, jarum galvanometer kembali ke nol karena tidak ada gerakan fisik dari medan magnet.

Demikian juga, ketika magnet digerakkan "menjauh" dari kumparan ke arah lain, jarum galvanometer membelok ke arah yang berlawanan sehubungan dengan yang pertama menunjukkan perubahan polaritas. Kemudian dengan menggerakkan magnet bolak-balik menuju kumparan, jarum galvanometer akan membelok ke kiri atau ke kanan, positif atau negatif, relatif terhadap gerakan arah magnet.

Induksi Elektromagnetik dengan menggerakkan Magnet tetap.

Demikian juga, jika magnet sekarang dibiarkan diam dan kumparannya yang digerakkan menuju atau menjauh dari magnet, jarum galvanometer juga akan membelok ke suatu arah. Kemudian tindakan menggerakkan 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 maka semakin besar ggl atau tegangan yang diinduksi pada kumparan, sehingga agar hukum Faraday berlaku harus ada “gerak relatif” atau pergerakan antara kumparan dan medan magnet dan baik medan magnet, kumparan atau keduanya dapat bergerak.

Hukum Induksi Faraday

Dari uraian di atas, kita dapat mengatakan bahwa ada hubungan antara tegangan listrik dan medan magnet yang berubah yang menurut hukum induksi elektromagnetik terkenal Michael Faraday menyatakan: "bahwa tegangan diinduksi dalam rangkaian setiap kali ada gerakan relatif antara konduktor dan magnet. medan dan bahwa besarnya tegangan ini sebanding dengan laju perubahan fluks ”.

Dengan kata lain, Induksi Elektromagnetik adalah proses penggunaan medan magnet untuk menghasilkan tegangan, dan dalam rangkaian tertutup, arus.

Jadi berapa banyak tegangan (ggl) yang dapat diinduksi ke koil hanya dengan menggunakan magnet. Nah ini ditentukan oleh 3 faktor berbeda berikut.

1). Meningkatkan jumlah lilitan kawat dalam kumparan - Dengan menambah jumlah konduktor individu yang memotong medan magnet, jumlah ggl yang diinduksi akan menjadi jumlah dari semua lilitan individu dari kumparan, jadi jika ada 20 putaran kumparan akan ada 20 kali lebih banyak ggl yang diinduksi daripada di selembar kawat.

2). Meningkatkan kecepatan gerak relatif antara kumparan dan magnet - Jika kumparan kawat yang sama melewati medan magnet yang sama tetapi kecepatan atau kecepatannya dinaikkan, kawat akan memotong garis fluks dengan kecepatan yang lebih cepat sehingga lebih banyak ggl yang diinduksi akan diproduksi.

3). Meningkatkan kekuatan medan magnet - Jika kumparan kawat yang sama digerakkan dengan kecepatan yang sama melalui medan magnet yang lebih kuat, akan lebih banyak ggl yang dihasilkan karena lebih banyak garis gaya yang harus dipotong.

Jika kita dapat memindahkan magnet dalam diagram di atas masuk dan keluar dari kumparan dengan kecepatan dan jarak yang konstan tanpa henti, kita akan menghasilkan tegangan yang diinduksi terus menerus yang akan bergantian antara satu polaritas positif dan polaritas negatif menghasilkan keluaran AC atau bolak-balik. tegangan dan ini adalah prinsip dasar cara kerja generator listrik mirip dengan yang digunakan pada dinamo dan alternator mobil.

Pada generator kecil seperti dinamo sepeda, magnet permanen kecil diputar oleh aksi roda sepeda di dalam kumparan tetap. Sebagai alternatif, elektromagnet yang ditenagai oleh tegangan DC tetap dapat dibuat berputar di dalam kumparan tetap, seperti pada pembangkit listrik besar yang menghasilkan arus bolak-balik dalam kedua kasus.

Generator Sederhana menggunakan Induksi Magnetik

Generator tipe dinamo sederhana di atas terdiri dari magnet permanen yang berputar mengelilingi poros pusat dengan kumparan kawat ditempatkan di sebelah medan magnet yang 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 induksi elektromagnetik Faraday.

Besarnya induksi elektromagnetik berbanding lurus dengan kerapatan fluks, β jumlah loop yang memberikan total panjang konduktor, l dalam meter dan laju atau kecepatan, ν di mana medan magnet berubah dalam konduktor dalam meter / detik atau m / s, diberikan dengan ekspresi ggl gerak:

Ekspresi Gerakan Emf Faraday

Jika konduktor tidak bergerak pada sudut siku-siku (90 °) ke medan magnet maka sudut θ ° akan ditambahkan ke persamaan di atas sehingga menghasilkan keluaran yang berkurang dengan bertambahnya sudut:

Hukum Induksi Elektromagnetik Lenz

Hukum Faraday memberi tahu kita bahwa memasukkan tegangan ke dalam konduktor dapat dilakukan dengan melewatkannya melalui medan magnet, atau dengan menggerakkan medan magnet melewati konduktor dan 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 yang memberi tahu kita arah arus induksi (atau polaritas ggl yang diinduksi).

Tetapi fluks magnet yang berubah menghasilkan arus yang bervariasi melalui kumparan yang dengan sendirinya akan menghasilkan medan magnetnya sendiri seperti yang kita lihat di artikel Elektromagnet. 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, menurut hukum Lenz, akan menentang perubahan arus dalam kumparan dan karena arahnya ggl yang diinduksi sendiri ini umumnya disebut ggl-balik atau ggl-lawan.

Hukum Lenz menyatakan bahwa: "arah induksi ggl sedemikian rupa sehingga akan selalu menentang perubahan yang menyebabkannya". Dengan kata lain, arus induksi akan selalu mendapatkan 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 melawan penurunan ini dengan membangkitkan dan menginduksi fluks magnet yang menambah fluks asli.

Hukum Lenz merupakan salah satu hukum dasar dalam induksi elektromagnetik untuk menentukan arah aliran arus induksi dan berkaitan dengan hukum kekekalan energi.

Menurut hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa jumlah energi di alam semesta akan selalu konstan karena energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hukum Lenz diturunkan 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 di dalam konduktor.

Tetapi konduktor mungkin sebenarnya bukan bagian dari rangkaian listrik kumparan, tetapi mungkin inti besi kumparan atau bagian logam lain dari sistem, misalnya, transformator. Ggl yang diinduksi dalam bagian logam dari sistem ini menyebabkan arus yang bersirkulasi mengalir di sekitarnya dan jenis arus inti ini dikenal sebagai Arus Eddy.

Arus pusaran 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 loop kawat. Arus Eddy tidak memberikan kontribusi apa pun terhadap kegunaan sistem tetapi sebaliknya mereka menentang aliran arus induksi dengan bertindak seperti gaya negatif yang menghasilkan pemanasan resistif dan kehilangan daya di dalam inti. Namun, ada aplikasi tungku induksi elektromagnetik di mana hanya arus eddy yang digunakan untuk memanaskan dan melelehkan logam feromagnetik.

Arus Eddy Beredar di Transformator

Perubahan fluks magnet pada inti besi transformator di atas akan menimbulkan ggl, tidak hanya pada belitan primer dan sekunder, tetapi juga pada inti besi. Inti besi merupakan penghantar yang baik, sehingga arus yang diinduksi pada inti besi padat akan besar. Selanjutnya, Arus Eddy mengalir ke arah yang, menurut hukum Lenz, bertindak untuk melemahkan fluks yang dibuat oleh kumparan primer. Akibatnya, arus dalam kumparan primer yang diperlukan untuk menghasilkan medan B tertentu meningkat, sehingga kurva histeresis lebih tebal di sepanjang sumbu H.

Arus Eddy dan kerugian histeresis tidak dapat dihilangkan sepenuhnya, tetapi dapat sangat dikurangi. Caranya, tidak menggunakan inti besi padat sebagai bahan inti magnet transformator atau kumparan,  tetapi menggunakan pelat-pelat jalur magnetis yang “dilaminasi”.

Laminasi ini adalah potongan sangat tipis dari logam berinsulasi (biasanya dengan pernis) yang disatukan untuk menghasilkan inti padat. Laminasi meningkatkan resistansi inti besi sehingga meningkatkan resistansi keseluruhan terhadap aliran arus eddy, sehingga kehilangan daya arus eddy yang diinduksi dalam inti berkurang, dan untuk alasan inilah sirkuit besi magnet transformator dan mesin listrik semuanya dilaminasi.