The induksi elektromagnetik didefinisikan sebagai induksi gaya gerak listrik (tegangan) dalam media atau dekat tubuh karena adanya medan magnet yang berubah. Fenomena ini ditemukan oleh fisikawan dan kimiawan Inggris Michael Faraday, pada tahun 1831, melalui hukum induksi elektromagnetik Faraday.
Faraday melakukan uji eksperimental dengan magnet permanen yang dikelilingi oleh kumparan kawat dan mengamati induksi tegangan pada kumparan tersebut, dan sirkulasi arus yang mendasarinya.
Michael Faraday
Hukum ini menyatakan bahwa tegangan yang diinduksi pada loop tertutup berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnet saat melewati suatu permukaan, terhadap waktu. Dengan demikian, dimungkinkan untuk menginduksi adanya perbedaan tegangan (voltase) pada benda yang berdekatan karena pengaruh medan magnet yang bervariasi.
Pada gilirannya, tegangan induksi ini menimbulkan sirkulasi arus yang sesuai dengan tegangan induksi dan impedansi objek analisis. Fenomena ini adalah prinsip kerja sistem tenaga dan perangkat yang digunakan sehari-hari, seperti: motor, generator dan trafo listrik, tungku induksi, induktor, baterai, dll.
Formula dan satuan
Induksi elektromagnetik yang diamati oleh Faraday dibagikan dengan dunia sains melalui pemodelan matematika yang memungkinkan penggandaan jenis fenomena ini dan memprediksi perilaku mereka.
Rumus
Untuk menghitung parameter listrik (tegangan, arus) yang terkait dengan fenomena induksi elektromagnetik, pertama-tama perlu ditentukan berapa nilai induksi magnet, yang saat ini dikenal dengan medan magnet.
Untuk mengetahui berapa besar fluks magnet yang melewati suatu permukaan tertentu, maka harus dihitung hasil kali induksi magnet dari luas tersebut. Begitu:
Dimana:
Φ: Fluks magnet
B: Induksi magnetik
S: Permukaan
Hukum Faraday menunjukkan bahwa gaya gerak listrik yang diinduksi pada benda-benda di sekitarnya ditentukan oleh laju perubahan fluks magnet terhadap waktu, seperti yang dijelaskan di bawah ini:
Dimana:
ε: Gaya gerak listrik
Dengan mengganti nilai fluks magnet pada persamaan sebelumnya, kita mendapatkan yang berikut:
Jika integral diterapkan ke kedua sisi persamaan untuk membatasi jalur berhingga untuk area yang terkait dengan fluks magnet, diperoleh perkiraan yang lebih tepat dari perhitungan yang diperlukan.
Selain itu, perhitungan gaya gerak listrik dalam rangkaian tertutup juga dibatasi dengan cara ini. Jadi, ketika menerapkan integrasi pada kedua anggota persamaan, diperoleh bahwa:
Satuan ukuran
Induksi magnetik diukur dalam Sistem Satuan Internasional (SI) di Teslas. Satuan pengukuran ini diwakili oleh huruf T, dan sesuai dengan himpunan satuan dasar berikut.
Satu tesla setara dengan induksi magnet seragam yang menghasilkan fluks magnet sebesar 1 weber di atas permukaan seluas satu meter persegi.
Menurut Cegesimal System of Units (CGS), satuan pengukuran untuk induksi magnet adalah gauss. Hubungan kesetaraan antara kedua unit adalah sebagai berikut:
1 tesla = 10.000 gauss
Satuan pengukuran untuk induksi magnetik berutang namanya kepada insinyur, fisikawan dan penemu Serbo-Kroasia Nikola Tesla. Itu dinamai demikian pada pertengahan 1960-an.
Bagaimana cara kerjanya?
Ini disebut induksi karena tidak ada hubungan fisik antara elemen primer dan sekunder; akibatnya, semuanya terjadi melalui koneksi tidak langsung dan tidak berwujud.
Fenomena induksi elektromagnetik terjadi karena interaksi garis-garis gaya medan magnet variabel pada elektron bebas elemen konduktor di dekatnya.
Untuk ini, benda atau media tempat induksi berlangsung harus diatur tegak lurus dengan garis gaya medan magnet. Dengan cara ini, gaya yang diberikan pada elektron bebas lebih besar dan, akibatnya, induksi elektromagnetik menjadi lebih kuat.
Pada gilirannya, arah aliran arus induksi diberikan oleh arah yang diberikan oleh garis gaya medan magnet variabel.
Di sisi lain, ada tiga metode yang melaluinya fluks medan magnet dapat divariasikan untuk menginduksi gaya gerak listrik pada benda atau benda terdekat:
1- Modifikasi modul medan magnet, melalui variasi intensitas aliran.
2- Ubah sudut antara medan magnet dan permukaan.
3- Ubah ukuran permukaan yang melekat.
Kemudian, setelah medan magnet dimodifikasi, gaya gerak listrik diinduksi ke objek tetangga yang, tergantung pada resistansi terhadap sirkulasi arus yang dimilikinya (impedansi), akan menghasilkan arus induksi.
Dalam urutan ide tersebut, proporsi arus induksi tersebut akan lebih besar atau lebih kecil dari arus primer, tergantung pada konfigurasi fisik sistem.
Contoh
Prinsip induksi elektromagnetik adalah dasar pengoperasian transformator tegangan listrik.
Rasio transformasi transformator tegangan (step-down atau step-up) diberikan oleh jumlah belitan yang dimiliki setiap belitan transformator.
Jadi, tergantung pada jumlah kumparan, tegangan di sekunder mungkin lebih tinggi (trafo step-up) atau lebih rendah (trafo step-down), tergantung pada aplikasi dalam sistem kelistrikan yang saling berhubungan.
Dengan cara yang sama, turbin pembangkit listrik di pusat pembangkit listrik tenaga air juga beroperasi berkat induksi elektromagnetik.
Dalam hal ini bilah turbin menggerakkan sumbu rotasi yang terletak di antara turbin dan generator. Ini kemudian menghasilkan mobilisasi rotor.
Pada gilirannya, rotor terdiri dari serangkaian belitan yang, ketika bergerak, menimbulkan medan magnet variabel.
Yang terakhir menginduksi gaya gerak listrik di stator generator, yang terhubung ke sistem yang memungkinkan energi yang dihasilkan selama proses diangkut secara online.
Melalui dua contoh yang dijelaskan di atas, adalah mungkin untuk mendeteksi bagaimana induksi elektromagnetik menjadi bagian dari kehidupan kita dalam aplikasi dasar kehidupan sehari-hari.
Referensi
- Induksi elektromagnetik (sf). Diperoleh dari: electronics-tutorials.ws
- Induksi elektromagnetik (sf). Diperoleh dari: nde-ed.org
- Hari ini dalam sejarah. 29 Agustus 1831: Induksi elektromagnetik ditemukan. Diperoleh dari: mx.tuhistory.com
- Martín, T., dan Serrano, A. (nd). Induksi magnetik. Universitas Politeknik Madrid. Madrid, Spanyol. Dipulihkan dari: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Induksi elektromagnetik. Diperoleh dari: euston96.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Tesla (unit). Diperoleh dari: es.wikipedia.org