hukum
hukum kemagnetan
Bunyi-Bunyi Hukum
Listrik dan Magnet
. 1. BUNYI HUKUM COULOMB
“gaya yang dilakukan oleh suatu muatan
pada titik lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua
muatantesebut. Besarnya gaya berbanding terbalik kuadrat jaarak keduanya,
berbanding lurus dengan perkalian kedua muatan”.
2. 2. BUNYI HUKUM GAUSS
“jumlah garis-garis medan listrik
(fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah
muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan
permitivitas udara ”.
3. 3. BUNYI HUKUM OHM
“Besar arus listrik yang mengalir
melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang
diterapkan kepadanya”. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm
apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda
potensial yang dikenakan kepadanya.
4. 4. BUNYI HUKUM KIRCHOFF
a. Hukum Kirchoff I
“jumlah kuat arus yang masuk dalam
titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik
percabangan”.
b. 5. Hukum Kirchoff II
“dalam
rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial
adalah nol”.
5. 6. BUNYI HUKUM BIOT
dan SAVART
“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik
yang mengalir pada suattu penghantar yang berada diantara medan magnetik”.
6. 7. BUNYI HUKUM AMPERE
“Intergral garis induksi magnetik B
melalui lintasan tertutup sama dengan kali jumlah yang terlingkupi oleh
lintasan itu”.
Hal ini juga merupakan kebalikan dari
hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul
pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini
diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai
fenomena tersebut.
Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.
7. 8. BUNYI HUKUM FARADAY
“GGL induksi yang timbul antara
ujung-ujung loop suatu penghantar berbanding lurus denngan laju perubahan fluks
magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.
Hal ini juga merupakan kebalikan dari
hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul
pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini
diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai
fenomena tersebut.
Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.
Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.
8. 9. BUNYI HUKUM LENZ
“Arah arus induksi pada suatu rangkaian
adalah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang
menentang perubahan medan magnetik ( arus induksi berusaha mempertahankan agar
fluks magnetik total adalah konstan )”.
Hukum Lenz inilah yang menjelaskan
mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu
generator dan motor.
Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.
Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.
Konversi Energi Elektromekanik
Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:
“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”
Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:
“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”
Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.
Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).
Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.
Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.
semoga bermanfaat, http://dunia-listrik.blogspot.com
Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:
“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”
Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:
“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”
Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.
Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).
Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.
Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.
semoga bermanfaat, http://dunia-listrik.blogspot.com
Fluksi
Medan Magnet
Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik.
Gambar 1. Belitan kawat berinti udara dan garis-garis gaya magnet.
Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik (Φ) diukur dalam Weber, disingkat Wb dan didefinisikan dengan:
”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”
Weber = Volt x detik
[Φ] = 1 Voltdetik = 1 Wb
Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul
medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan, seperti diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2. Daerah Pengaruh medan magnet.
Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir. Gaya gerak magnetik (θ) sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit.
θ = I . N
[θ] = Amper-turn
dimana;
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N = Jumlah belitan kawat
Contoh : Belitan kawat sebanyak 500 lilit, dialiri arus 2 A.
Hitunglah a) gaya gerak magnetiknya b) jika kasus a) dipakai 1000 lilit berapa besarnya arus ?
Jawaban :
a) θ = I . N = 500 lilit x 2 A = 1.000 Ampere-lilit
b) I = θ /N = 1.000 Amper-lilit/1000 lilit = 1 Ampere.
Kuat Medan Magnet
Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya. Belitan toroida yang besar memiliki diameter lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet (Θ = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas.
Persamaan kuat medan magnet adalah:
Dimana:
H = Kuat medan magnet
lm = Panjang lintasan
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N= Jumlah belitan kawat
Contoh : Kumparan toroida dengan 6.000 belitan kawat, panjang lintasan magnet 30cm, arus yang mengalir sebesar 200 mA. Hitung besarnya kuat medan magnetiknya
Jawaban :
H = I.N/Im = 0,2 A. 6.000 / 0,3 = 4000 A/m
Kerapatan Fluksi Magnet
Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluksi magnet”, artinya fluksi magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah, sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluksi magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi.
Kerapatan fluksi magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai:
“fluksi persatuan luas penampang”
Satuan fluksi magnet adalah Tesla. Persamaan fluksi magnet adalah:
Dimana;
B = Kerapatan medan magnet
Φ = Fluksi magnet
A = Penampang inti
Contoh : Belitan kawat bentuk inti persegi 50mm x 30 mm, menghasilkan kerapatan fluksi magnet sebesar 0,8 Tesla. Hitung besar fluksi magnetnya.
Jawaban: B = Φ/ A, maka Φ = B.A = 0,08T x (0,05 m x 0,03 m) = 1,2 mWb
Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik.
Gambar 1. Belitan kawat berinti udara dan garis-garis gaya magnet.
Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik (Φ) diukur dalam Weber, disingkat Wb dan didefinisikan dengan:
”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”
Weber = Volt x detik
[Φ] = 1 Voltdetik = 1 Wb
Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul
medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan, seperti diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2. Daerah Pengaruh medan magnet.
Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir. Gaya gerak magnetik (θ) sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit.
θ = I . N
[θ] = Amper-turn
dimana;
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N = Jumlah belitan kawat
Contoh : Belitan kawat sebanyak 500 lilit, dialiri arus 2 A.
Hitunglah a) gaya gerak magnetiknya b) jika kasus a) dipakai 1000 lilit berapa besarnya arus ?
Jawaban :
a) θ = I . N = 500 lilit x 2 A = 1.000 Ampere-lilit
b) I = θ /N = 1.000 Amper-lilit/1000 lilit = 1 Ampere.
Kuat Medan Magnet
Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya. Belitan toroida yang besar memiliki diameter lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet (Θ = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas.
Persamaan kuat medan magnet adalah:
Dimana:
H = Kuat medan magnet
lm = Panjang lintasan
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N= Jumlah belitan kawat
Contoh : Kumparan toroida dengan 6.000 belitan kawat, panjang lintasan magnet 30cm, arus yang mengalir sebesar 200 mA. Hitung besarnya kuat medan magnetiknya
Jawaban :
H = I.N/Im = 0,2 A. 6.000 / 0,3 = 4000 A/m
Kerapatan Fluksi Magnet
Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluksi magnet”, artinya fluksi magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah, sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluksi magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi.
Kerapatan fluksi magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai:
“fluksi persatuan luas penampang”
Satuan fluksi magnet adalah Tesla. Persamaan fluksi magnet adalah:
Dimana;
B = Kerapatan medan magnet
Φ = Fluksi magnet
A = Penampang inti
Contoh : Belitan kawat bentuk inti persegi 50mm x 30 mm, menghasilkan kerapatan fluksi magnet sebesar 0,8 Tesla. Hitung besar fluksi magnetnya.
Jawaban: B = Φ/ A, maka Φ = B.A = 0,08T x (0,05 m x 0,03 m) = 1,2 mWb
RANGKAIAN MAGNET (bag.2)
Permeabilitas Magnet
Daya
hantar atau permeabilitas magnet μ
merupakan parameter bahan yang menentukan besarnya fluks magnetik.
Permeabilitas
ruang kosong μo telah
terpilih sebagai konstanta referensi.
μo = 1,256 . 10-6 [Weber/ampere x meter] (Wb/Am
atau H/m)
Dalam
sistem satuan elektromagnet yang lama μo bernilai
μo = 1,256 [Gauss x sentimeter/ampere] (G•cm/A)
Permeabilitas
μ dari setiap bahan yang lain dinyatakan sebagai kelipatan μo .
Pengganda
dinamakan permeabilitas relatif μr, sehingga
μ = μo • μr
Untuk
kebanyakan bahan μr, harganya mendekati satu, hingga
permeabilitasnya praktis sama dengan μo .
Pengecualian
terhadap keadaan ini ialah bahan feromagnetik;
permeabilitas relatif μr jenis bahan tersebut jauh lebih besar
daripada satu.
Bahan-bahan
feromagnetik adalah
Kobalt μr sampai 70
Nikel μr sampai 200
Besi dan besi paduan μr` sampai 100.000
Disebabkan
oleh nilai permeabilitasnya yang tinggi, bahan feromagnetik dipergunakan untuk
rangkaian magnet, umpamanya untuk magnet listrik (elektromagnet) dalam mesin
listrik dan transformator.
Rangkaian Magnet
Jejak
tertutup arus listrik dinamakan “ Rangkaian Listrik “ (Gambar 16)
Sehubungan
dengan itu jejak tertutup untuk fluks magnetik
dinamakan
“
Rangkaian Magnet “ (Gambar 17)
Parameter-parameter
berikut ini adalah ekuivalen (setara):
Tahanan Ohm R Reluktansi
magnet RM
Arua Listrik I Fluks
Magnetik Φ
Gaya Gerak
Listrik atau Gaya Gerak Magnetis atau
GGL E yang
menggerakkan GGM
θ yang menimbulkan
arus melalui
rangkaian fluks
magnetik
Perbandingan
Rangkaian Magnet dan Rangkaian Listrik
Kita
telah melihat bahwa “rangkaian listrik” dan “rangkaian magnet” adalah ekuivalen
(setara). Oleh sebab itu hubungan matematika dalam kedua rangkaian harus
serupa.
Marilah
kita pergunakan diagram rangkaian yang sama untuk kedua rangkaian:
Rangkaian
Listrik Rangkaian Magnet
GGL
E menggerakkan arus I GGM
θ menghasilkan fluks magnetik
melalui
tahanan Ohm R. melalui reluktansi magnet RM.
Kita
memiliki Hukum Ohm untuk Kita
memiliki Hukum Ohm untuk
Rangkaian Listrik: Rangkaian
Magnet:
