Pengertian Induksi Elektromagnetik Beserta Contoh-Contohnya

Induksi elektromagnetik atau imbas elektromagnetik terjadi apabila suatu kawat penghantar bergerak melewati medan magnet.


Ketika kawat penghantar sedang bergerak memotong medan magnet, akan timbul beda potensial induksi diantara ujung-ujung kawat penghantar. Namun apabila kawat penghantar berhenti bergerak, beda potensialnya pun menjadi hilang.

Beda potensial yang dihasilkan pada saat kawat bergerak memotong medan magnet, kemudian akan menghasilkan suatu gaya yang disebut gaya gerak listrik induksi (GGL induksi).

Kemudian apabila ujung-ujung kumparan tersebut diberikan beban (hambatan), maka arus listrik yang mengalir dinamakan arus induksi.

Adapun cara lain untuk menghasilkan gaya gerak listirik induksi (GGL), yaitu dengan cara menggerakan magnet disekitar kumparan, atau sebaliknya yaitu menggerakan kumparan disekitar magnet.

Pada saat magnet atau kumparan sedang bergerak, tegangan imbas akan dihasilkan pada kedua ujung kumparan. Tegangan imbas tersebut akan berhenti apabila magnet atau kumparannya berhenti bergerak.


A. Hukun Faraday Tentang Induksi Elektromagnet.

Setelah melakukan sejumlah percobaan dengan induksi elektromagnet, Faraday memperoleh kesimpulan bahwa suatu GGL induksi dapat dinaikan jumlah tegangannya.

Yaitu dengan cara :
  1. Memperkuat daya medan magnet
  2. Menambah jumlah lilitan kumparan
  3. Menambah kecepatan gerak magnet atau kumparan
Ketiga cara tersebut dirangkum oleh Faraday dengan mengatakan bahwa :

"Gaya gerak listrik induksi yang dihasilkan oleh suatu kumparan sebanding dengan kecepatan perubahan fluks magnet"

Fluks magnet adalah jumlah garis-garis magnet yang menembus suatu bidang. Satuan fluks magnet adalah weber.

Pada suatu kawat melingkar, fluks magnet yang menembus lingkaran kawat dapat dihitung dengan cara mengalikan rapat fluks magnet (kuat medan magnet B, satuannya tesla) dengan luas lingkaran kawat tersebut.

Sehingga tegangan (GGL induksi) yang dihasilkan suatu kawat melingkar dapat dihitung dengan rumus :

Keterangan :
ε = ggl induksi (volt) 
N = banyaknya lilitan kumparan 
ΔΦ= perubahan fluks magnetik (weber) 
Δ t = selang waktu (s)

Disamping dengan cara menggerakan magnet di sekitar kumparan, GGL induksi elektromagnetik juga dapat pula dihasilkan dengan cara mendekatkan suatu kumparan ke dekat elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah.

Kekuatan magnet yang berubah-ubah tersebut dihasilkan dari suatu elektromagnet yang mendapatkan arus yang berubah-ubah.

Gaya gerak listrik (GGL) yang dihasilkan dengan cara menggerakan magnet di sekitar kumparan atau sebaliknya menggerakan kumparan di sekitar magnet, merupakan prinsip yang digunakan pada dinamo dan generator listrik.

Sedangkan gaya gerak listrik (GGL) yang dihasilkan dengan cara mendekatkan suatu kumparan ke elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah, merupakan prinsip yang digunakan pada transformator dan induktor.

B. Hukum Lenz Tentang Arah Arus Induksi Elektromagnetik.

Faraday telah berhasil menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tegangan listrik induksi yang dihasilkan oleh ujung-ujung kawat pada kumparan.

Kemanakah arah arus yang mengalir dalam suatu kumparan? Hal ini dijelaskan lebih jauh oleh Lenz.

Hukum Lenz menyatakan bahwa: 

“GGL induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetnya berlawanan dengan asal perubahan fluks”

Perubahan fluks yang terjadi akan menginduksi GGL dan menimbulkan arus di dalam suatu kumparan, dan arus induksi ini membangkitkan medan magnet itu sendiri

Ketika suatu kumparan mengalami perubahan fluks magnet, maka dihasilkan kutub-kutub listrik (positif dan negatif) pada kawat kumparan yang demikian, sehingga kumparan tersebut akan menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang dialami.

Atau dengan kata lain kumparan tersebut akan menghasilkan medan magnet yang melawan gerak kutub magnet didekatnya.

Latihan Soal 1
  1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan GGL induksi!
  2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan arus induksi!
  3. Jelaskan apa yang terjadi pada kumparan apabila suatu magnet diam dan berada di tengah-tengah kumparan!
  4. Jelaskan apa yang terjadi pada kumparan apabila di dekatnya terdapat magnet batang yang bergerak-gerak!
  5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan induksi elektromagnet!

C. Generator.

Sumber : Defaka.com
Sebagaimana telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, GGL induksi dapat dihasilkan oleh ujung-ujung kawat kumparan apabila kumparan tersebut bergerak disekitar medan magnet, atau disekitar kumparan tersebut terdapat magnet yang bergerak-gerak.

Alat-alat yang bekerja dengan prinsip ini diantaranya adalah generator listrik dan dinamo

Cara kerja generator listrik pada dasarnya adalah kebalikan dari cara kerja motor listrik, karena secara umum generator listrik hanya berupa kumparan yang diputar memotong flluks magnet.

Ketika kedudukan kumparan horizontal, kumparan akan memotong fluks magnet dengan cepat, sehingga dihasilkan GGL induksi yang cukup tinggi.

Dan ketika kedudukan kumparan vertikal, kumparan sangat sedikit memotong fluks magnet, sehingga dihasilkan GGL induksi yang relatif kecil.

Dengan demikian, generator listrik diatas akan menghasilkan arus bolak-balik (AC=Alternating Current). Arah arus listrik AC akan berbalik setiap setengah putaran generator.

Sedangkan generator arus searah (DC=Direct Current) mempunyai prinsip yang hampir sama dengan generator arus bolak-balik. Akan tetapi generator arus searah (DC) menggunakan cincin belah (komutator) untuk membalik arah arus induksi.

Meski dihasilkan arah arus yang searah, namun GGL induksi pada generator arus searah tetap berfluktuasi (tidak rata). Pada pembentukan GGL induksi pada generator arus searah dengan menggunakan cincin belah, maka sikat sebelah kiri selalu memperoleh kutub negatif, dan sebelah kanan selalu memperoleh kutub positif.

Generator arus bolak-balik dan generator arus searah mempunyai beberapa kelemahan, yaitu mempunyai mekanisme yang rumit karena harus menggunakan cincin dan sikat, juga gesekan antara cincin dan sikat yang dapat menghambat arus induksi.

D. Dinamo

Sumber : bukalapak.com
Dinamo merupakan bentuk lain dari generator listrik. Dinamo merupakan salah satu komponen listrik yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik, dimana pada dinamo, magnet berputar diantara kumparan, sehingga dinamo tidak memerlukan cincin dan sikat didalamnya.

Dengan tidak adanya cincin dan sikat ini, maka akan membuat dinamo selalu menghasilkan arus bolak-balik (AC).

Sesuai dengan hukum Faraday mengenai induksi elektromagnetik, maka GGL induksi yang dihasilkan oleh generator dan dinamo dapat dinaikan dengan cara :
  1. Menambah jumlah lilitan pada kumparan.
  2. Mempercepat putaran generator.
  3. Menggunakan magnet tetap yang kuat.
  4. Menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.
Latihan 2
  1. Jelaskan perbedaan antara generator arus bolak-balik dengan generator arus searah!
  2. Jelaskan perbedaan antara generator dengan dinamo!
  3. Jelaskan mengapa generator dan dinamo menghasilkan arus yang berfluktuasi!
  4. Jelaskan cara-cara agar diperoleh GGL induksi yang lebih besar pada generator  dan dinamo!
  5. Jelaskan fungai komutator pada generator arus searah.

E. Transformator.

Sebagaimana telah dijelaskan pada bagian sebelumnya, GGL induksi dapat pula dihasilkan dengan cara mendekatkan suatu kumparan pada suatu elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah.

Elektromagnet tersebut dihasilkan oleh kumparan lain yang diberi arus bolak-balik. Hal ini menjadi prinsip kerja dari transformator.

Transformator adalah alat yang bermanfaat untuk mengubah jumlah tegangan arus bolak-balik (AC). Transformator listrik banyak digunakan di perusahaan besar atau kecil karena digunakan untuk mentransmisikan daya listrik ke tempat yang jauh, sebab akan lebih efisien bila digunakan pada tegangan listrik yang sangat tinggi.

Untuk itu, tegangan yang dihasilkan generator listrik dapat dinaikan dengan menggunakan transformator step up (penaik tegangan).

Namun pada penggunaan industri dalam rumah tangga, akan lebih aman jika menggunakan tegangan yang rendah. Untuk itu tegangan diturunkan kembali dengan transformator step down (penurun tegangan).

Transformator pada dasarnya terdiri atas dua kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. 

Kumparan primer berfungsi menghasilkan elektromagnet yang kekuatannya berubah-ubah bagi kumparan sekunder. Untuk itu kumparan primer harus diberi tegangan arus bolak-balik terlebih dahulu.

Setelah kumparan sekunder menerima elektromagnet dengan kekuatan yang berubah-ubah dari kumparan primer, timbul GGL induksi pada kedua ujung kawat kumparan sekunder tersebut. Dengan demikian transformator hanya dapat bekerja apabila kumparan primer diberi arus bolak-balik saja.

Pada transformator step up (penaik tegangan), jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak dari jumlah lilitan kumparan sekundernya. Sebaliknya pada transformator step down (penurun tegangan), jumlah lilitan kumparan sekundernya lebih sedikit dibandingkan jumlah lilitan kumparan primernya.

Sedangkan untuk mengetahui naik dan turunnya tegangan ditentukan oleh perbandingan antara jumlah lilitan kumparan primer dengan jumlah lilitan kumparan sekunder.