Generator

Generator listrik memproduksi energilistrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tetapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorongmuatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tetapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tetapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan,energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.

Kesimpulan timbunya GGL

KESIMPULAN
Timbulnya gaya listrik (GGL) pada kumparan hanya apabila terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet.Gaya gerak listrik yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut GGL induksi, sedangkan arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut induksi elektromagnetik. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi yaitu:
1. Kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka GGL 
induksi yang timbul semakin besar.

2. Banyaknya lilitan Semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.
3. Kekuatan magnet Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul juga 
semakin besar.


Untuk memperkuat gejala kemagnetan pada kumparan dapat dengan jalan memasukkan inti besi lunak. GGL induksi dapat ditimbulkan dengan cara lain yaitu:
1. Memutar magnet di dekat kumparan atau memutar kumparan di dekat magnet. Maka kedua ujung kumparan akan timbul GGL induksi.
2. Memutus-mutus atau mengubah-ubah arah arus searah pada kumparan primer yang di dekatnya terletak kumparan sekunder maka kedua ujung kumparan sekunder dapat timbul GGL induksi. 
3. Mengalirkan arus AC pada kumparan primer, maka kumparan sekunder didekatkan dapat timbul GGL induksi. Arus induksi yang timbul
adalah arus AC dan gaya gerak listrik induksi adalah GGL AC.

Penerapan induksi elektromagnetik

• PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik.Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik.Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo.Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL induksi pada kumparan. Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yang berulang secara periodik.

Dinamo.
Dinamo dibedakan menjadi dua yaitu, dinamo arus searah (DC) dan dinamo arus bolak-balik (AC). Prinsip kerja dinamo yaitu memutar kumparan di dalam medan magnet atau memutar magnet di dalam kumparan. Bagian dinamo yang berputar disebutrotor.Bagian dinamo yang tidak bergerak disebut stator.Alat pembangkit listrik arus bolak balik yang paling sederhana adalah dinamo sepeda.

Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor adalah roda sepeda.Jika roda berputar, kumparan atau magnet ikut berputar.Akibatnya, timbul GGL induksi pada ujung-ujung kumparan dan arus listrik mengalir.Makin cepat gerakan roda sepeda, makin cepat magnet atau kumparan berputar. Makin besar pula GGL induksi dan arus listrik yang dihasilkan. Jika dihubungkan dengan lampu, nyala lampu makin terang. GGL induksi pada dinamo dapat diperbesar dengan cara putaran roda dipercepat, menggunakan magnet yang kuat (besar), jumlah lilitan diperbanyak, dan menggunakan inti besi lunak di dalam kumparan.

Bagian utama dinamo, :
a. Sebuah kumparan (C)
b. Sebuah cincin geser (A)
c. Sikat (B)
d. Magnet
Sedangkan langkah-langkah kerja dinamo adalah sebagai berikut:
a. Sebuah kumparan berputar dalam medan magnet.
b. Tiap-tiap ujung kawat kumparan dihubungkan dengan sebuah “cincin geser”.
c. Cincin geser tersebut menempel sebuah sikat.
d. Bila kumparan diputar maka dalam kumparan itu timbul GGL AC. GGL AC ini menimbulkan arus AC di dalam rangkaian dinamo.

Faktor yang memengaruhi besar GGL Induksi

• Faktor yang Memengaruhi Besar GGL Induksi.

Sebenarnya besar kecil GGL induksi dapat di lihat pada besar kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudut penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGL induksi?
Ada tiga faktor yang mempengaruhi GGL induksi, yaitu:
1.kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet
(fluks magnetik),
2. jumlah lilitan,
3. medan magnet

Penyebab terjadinya GGL Induk

Penyebab Terjadinya GGL Induksi | Ketika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garis- garis gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujungkumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. 

Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang di timbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan.

Pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang.Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu.  Ketika kutub utaramagnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak. Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gayamagnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi.Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet,yang disebut induksi elektromagnetik.

GGL Induksi

Gaya Gerak Listrik Induksi (GGL Induksi) adalah beda potensial yang terjadi pada ujung-ujung kumparan karena pengaruh induksi elektromagnetik. Dalam mempelajari GGL Induksi ini, kita akan mempelajari lebih lanjut tentang induksi elektromagnetik. Induksi elektromagetik ini merupakan dasar dari prinsip kerja dinamo atau generator dan peralatan listrik lainnya, misalnya transformator. Sebelum lebih dalam mempelajariGaya Gerak Listrik Induksi (GGL Induksi) kita ingat dahulu tentang medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet tetap dan medan magnet yang timbul di sekitar kawat penghantar beraliran arus listrik. Di mana untuk menggambarkan kuat medan dapat digunakan garis-garis gaya magnet, daerah yang memiliki medan magnet kuat digambarkan dengangaris gaya magnet yang rapat, sedangkan daerah yang medan magnetnya lebih kecil digambarkan dengan garis gaya magnet yang kurang rapat. Dekat dengan kutub-kutub magnet, garis-garis gayanya rapat, makin jauh dari kutub magnet makin jarang.

Kegunaan elektromagnet

Elektromagnet di dalam motor listrik dapat berubah kutub saat arah arus listrik dirubah. Hal tersebut karena di dalam motor listrik terdapat magnet permanen. Kutub utara magnet permanen tersebut berdekatan dengan kutub utara elektromagnet, sehingga gerakan magnet permanen akan selalu mendorong elektromagnet. Dorongan ini membuat elektromagnet berputar sehingga posisi kutub selatannya mendekati kutub utara magnet permanen. Pada saat kutub selatan elektromagnet mendekati kutub utara magnet permanen, arah arus berubah. Hal Ini yang menyebabkan elektromagnet dapat berputar secara terus menerus. Inilah asal putaran pada motor listrik.

Gambar 1. Motor listrik dan komponen di dalamnya (Sumber: Wikipedia, gambar berada di bawah lisensiCreative Commons)
Selain motor listrik, alat lain yang memanfaatkan elektromagnet adalah speaker. Mari kita lihat cara kerja speaker ini.

♣ Speaker

Speaker merupakan alat yang digunakan untuk mengeluarkan suara di televisi, radio, dan telepon genggam. Cara kerja speaker adalah sebagai berikut.

Gambar 2. Bagian dari speaker 1. Magnet permanen, 2. Kumparan, 3 dan 4. Membran speaker (Sumber: Wikipedia, gambar di bawah lisensi Creative Commons)
Di dalam speaker terdapat kumparan yang berisi besi. Besi ini akan menjadi magnet saat kumparan dialiri arus listrik. Kekuatan dan arah aliran listrik di dalam kumparan selalu berubah-ubah. Perubahan ini sesuai dengan suara yang akan dikeluarkan melalui speaker. Akibat perubahan ini, elektromagnet dapat mengalami perubahan kutub dan kekuatan. Hal ini menyebabkan interaksi antara elektromagnet dan magnet permanen dapat berubah-ubah. Interaksi yang terjadi adalah tarik-menarik dan tolak-menolak. Gerakan tarik-menarik dan tolak-menolak inilah yang menggerakkan membran speaker. Gerakan membran speaker inilah kemudian menciptakan suara sesuai aslinya.

Keunggulan elektromagnet

Beberapa keunggulan elektromagnet antara lain sebagai berikut.

a.    Kemagnetannya dapat diubah-ubah dari mulai yang kecil sampai yang besar dengan cara mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan dan ukuran inti besi.

b.   Sifat kemagnetannya mudah ditimbulkan dan dihilangkan dengan  cara  memutus  dan  menghubungkan  arus  listrik  meng- gunakan sakelar.

c .   Dapat dibuat berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki.

d.   Letak kutubnya dapat diubah-ubah dengan cara mengubah arah arus listrik.

Kekuatan elektromagnet akan bertambah, jika:

a.  arus yang melalui kumparan bertambah,

b.  jumlah  lilitan  diperbanyak,

c.  memperbesar/memperpanjang inti besi.

Faktor yang memengaruhi elektromagnet

Sebuah elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat arus, dan inti besi.

Makin banyak lilitan dan makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medan magnet yang dihasilkan elektromagnet juga tergantung pada inti besi yang digunakan. Makin besar (panjang) inti besi yang berada dalam solenoida,  makin  besar  medan  magnet  yang  dihasilkan  elektromagnet. Jadi kemagnetan sebuah elektromagnet bergantung   besar kuat  arus  yang  mengalir,  jumlah  lilitan,  dan  besar  inti  besi  yang digunakan.

Elektromagnet menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnet sebuah magnet batang yang panjang. Elektromagnet juga mempunyai dua kutub yaitu ujung yang satu merupakan kutub utara dan ujung kumparan yang lain merupakan kutub selatan.

Dibandingkan magnet biasa, elektromagnet banyak mempu- nyai  keunggulan.  Karena  itulah  elektromagnet  banyak  digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Elektromagnetik

Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat melewati ruang dan membawa energidari satu tempat ke tempat yang lain.Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Penelitian teoretis tentang radiasi elektromagnetik disebut elektrodinamik, sub-bidang elektromagnetisme.

Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal.

Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Ketika kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat sepertigelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubunganPlanck E = Hf, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 ⁻³⁴ J·s — dan f adalah frekuensi gelombang.

Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi E_photon = hf.

Contoh soal

Contoh Soal:

1. Suatu solenoida yang panjangnya 2 m memiliki 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Jika solenoida dialiri arus 0,5 A, tentukan induksi magnetik:

a. di pusat solenoida,

b. di ujung solenoida!

Penyelesaian:

panjang solenoida, l = 2 m

banyak lilitan, n = 800

arus listrik, I = 0,5 A

a. Induksi magnetik di pusat solenoida

b. Induksi magnetik di ujung solenoida

2. Sebuah toroida berjari-jari 20 cm dialiri arus sebesar 0,8 A. Jika toroida mempunyai 50 lilitan, tentukan induksi magnetik pada toroida!

Penyelesaian:

jari-jari, a = 20 cm = 2 × 10-1 m

arus listrik, I = 0,8 A

banyak lilitan, N = 50

Induksi magnetik pada toroida adalah:

Toroid

Toroida

Induksi magnetik tetap berada di dalam toroida, dan besarnya dapat diketahui dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

Perbandingan antara jumlah lilitan N dan keliling lingkaran 2πa merupakan jumlah lilitan per satuan panjang n, sehingga diperoleh:

B = μ0 .I.n

Solenoida

Solenoid adalah salah satu jeniskumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar daripada diameternya.^[1]Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid.^[1]

Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:^[1]

${\displaystyle B=\mu _{0}in\ }$

di mana:

• ${\displaystyle B}$ adalah kuat medan magnet,
• ${\displaystyle \mu _{0}}$ adalah permeabilitas ruang kosong,
• ${\displaystyle i}$ adalah kuat arus yang mengalir,
• dan ${\displaystyle n}$ adalah jumlah lilitan.^[1]

Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam solenoid saat arus dialirkan.^[2] Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas, membuka pintu, atau mengoperasikan relai.^[2]