Transformator
Pengertian transformator
Transformator atau trafo adalah alat yang dapat mengubah tegangan arus bolak-balik (AC) dari satu nilai ke nilai lain yang diinginkan. Misalkan, kita memiliki televisi yang tegangannya 110 V AC, sedangkan tegangan PLN di rumah besarnya 220V AC. Untuk mengubah tegangan 220 V AC menjadi 110 V AC dibutuhkan transformator, yaitu trafo step down (penurun tegangan).
Transformator terdiri dari pasangan kumparan primer dan sekunder yang dipisahkan (diisolasi) dan dililitkan pada inti besi lunak. Inti besi lunak ini terdiri dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya yang hilang akibat arus pusar.
Prinsip kerja transformator
Prinsip kerja transformator (atau yang disebut trafo) seperti percobaan induksi yang dilakukan oleh Faraday. Arus induksi mengalir melalui rangkaian sekunder ketika saklar pada rangkaian primer ditutup atau dibuka.
Beberapa saat setelah saklar ditutup atau dibuka, arus induksi tidak lagi mengalir lagi melalui rangkaian sekunder. Peristiwa ini disebabkan oleh induksi magnetik yang melalui kumparan sekunder hanya berubah ketika saklar dibuka atau ditutup. Setelah beberapa saat saklar dibuka atau ditutup, besar induksi magnetik telah mencapai nilai tetapnya, sehingga tidak berubah lagi.
Transformator bekerja dengan cara di atas, hanya supaya ggl suatu arus induksi terus menerus (kontinyu) dibangkitkan pada rangkaian sekunder dihubungkan ke suatu sumber tegangan bolak-balik.
Rumus transformator
Besarnya GGL induksi (tegangan) sebanding dengan perbandingan lilitannya. Ingat kan? Salah satu cara untuk memperbesar GGL induksi dengan cara menambah jumlah lilitan kumparan. Sehingga dapat dituliskan :
VP, S = besarnya tegangan primer, sekunder
NP, S = besarnya lilitan primer, sekunder
Jika jumlah lilitan primer > jumlah lilitan sekunder (NP > NS) maka jumlah tegangan primer > tegangan sekunder (VP > VS), transformator ini disebut transformator penurun tegangan (step down).
Sebaliknya, Jika jumlah lilitan primer < jumlah lilitan sekunder (NP < NS) maka jumlah tegangan primer > tegangan sekunder (VP < VS), transformator ini disebut transformator penaik tegangan (step up).
Untuk transformator ideal (efisiensi (h) = 100 %), berlaku :
PP = PS
VPIP = VSIS
Atau
IS,P = kuat arus primer dan sekunder
Dari persamaan di atas tampak bahwa antara tegangan dan kuat arus saling berbanding terbalik (jangan salah dalam menuliskan/menggunakan rumus tersebut ya?)
Efisiensi sendiri dirumuskan dengan
Contoh soal
Sebuah transformator, kumparan primernya terdiri dari 200 lilitan dan kumparan sekundernya 1000 lilitan.
a. Jika kumparan primernya dihubungkan dengan sumber tegangan 110 V berapa tegangan sekundernya?
b. Berapa kuat arus primernya jika kuat arus sekundernya 8 A?
c. Apakah jenis transformatornya?
Penyelesaian
Diketahui
NP = 200 lilitan
NS = 1000 lilitan
VP = 110 V
IS = 8 A
Ditanya
a. VS
b. IP
c. Jenis trafo
Jawab
a. Tegangan sekunder
200 VS = 110.1000
VS = 550 Volt
b. Kuat arus primer
110 IP = 8.550
IP = 40 A
c. NP < NS, VP <VP maka jenis transformatornya step up
Referensi :
Kanginan, Martheen. 2003. Fisika 2000 Jilid 2A untuk SMU Kelas 2 Semester 1. Erlangga
Kanginan, Martheen. 2006. Fokus Fisika Seri Soal Siap Ujian Akhir untuk SMP/Madrasah Tsanawiyah. Erlangga
Sumber gambar :
http://kelaselektro.blogspot.co.id/2016/11/penjelasan-lengkap-tentang.html
Arsyad Riyadi Januari 01, 2018 New Google SEO Bandung, IndonesiaSebagai besaran vektor, gaya Coulomb dapat digambarkan seperti halnya kalau kita menggambar resultan dari dua gaya atau lebih.
Yang perlu diperhatikan di sini adalah jika muatannya sejenis maka akan tolak-menolak dan jika muatannya tak sejenis akan tarik menarik. Artinya harus ada kesesuaian antara sifat tersebut dengan gambar yang dihasilkan nanti. Selanjutnya vektor gaya Coulomb F diletakkan pada garis hubung dari kedua muatan tersebut.
F12 adalah gaya Coulomb pada muatan 1 yang dikerjakan pada muatan 2 dan F21 adalah gaya Coulomb pada muatan 2 yang dikerjakan pada muatan 1. Kedua gaya ini merupakan pasangan aksi reaksi, sehingga berlaku F12 = - F21 dan F12 = F21 = F.
Gambar vektor gaya Coulomb di atas berturut-turut untuk (a) dan (b) jika muatannya saling tolak menolak dan gambar (c) jika muatannya saling tarik-menarik.
Pertanyaan yang muncul selanjutnya bagaimana jika letak muatan-muatannya tidak segaris?
Untuk selanjutnya dimisalkan ada muatan Q (positif) yang berada pada jarak a dari muatan q1(negatif) dan berjarak b dari muatan q2 (positif). Dengan Q, q1 dan q2 seperti pada gambar. Bagaimana gambar vektor gaya Coulomb yang dialami muatan Q tersebut.
Misalnya letak muatan Q, q1 dan q2 adalah sebagai berikut.
Maka vektor gaya Coulombnya dapat digambarkan sebagai berikut.
Muatan Q yang positif akan ditarik oleh q1 yang bermuatan negatif (arah gaya Coulomb ke atas). Muatan Q yang positif akan ditolak oleh muatan q2 yang positif juga (arah gaya Coulomb ke kiri). Sehingga diperoleh resultan F (lihat gambar berikut).
Arsyad Riyadi Juli 18, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
Menurut hukum Coulomb, besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak yang disebabkan oleh muatan-muatan ini tergantung pada besar masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan jarak kedua muatan tersebut.
yang artinya harga mutlak q, atau q selalu positif.
k = konstanta = 8,98755178737 x 109 N.m2/c2 = 9 x 109 N.m2/c2
q = muatan (Coulomb)
r = jarak kedua muatan (m)
Konstanta k sering juga dituliskan sebagai
Dengan e0 disebut sebagai permitivitas ruang hampa yang besarnya
e0 = 8,85418781762 x 10-12 C2/N.m2
Hukum Coulomb ini berlaku untuk berlaku untuk benda-benda bermuatan yang berukuran kecil (muatan titik) yang terpisahkan pada jarak yang relatif jauh dibanding ukuran benda tersebut.
Gaya Coulomb sebagai vektor
Sebagai salah satu gaya maka gaya Coulomb ini juga merupakan besaran vektor. Yaitu selain memiliki besar, gaya Coulomb ini juga mempunyai arah. Tentunya jika sebuah muatan didekatkan dengan muatan yang muatannya sejenis akan berbeda arah gayanya jika didekatkan dengan muatan yang berbeda jenis.
Untuk sistem yang terdiri dari banyak muatan. Gaya yang bekerja pada q1 adalah
F1 = F12 + F13 + F14 + ….
Contoh
Tiga buah muatan positif diletakkan pada koordinat (0,0), (3,0) dan (6,0) dari suatu sistem koordinat (dalam meter). Jika muatan masing-masing besarnya 2mC, 3mC, dan 4mC. Tentukan besar gaya yang bekerja pada 3mC? (gunakan k = 9 x 109 Nm2/C2).
Penyelesaian :
Arah gaya-gaya yang bekerja pada muatan 3mC ditunjukkan pada gambar berikut.
F21 adalah gaya yang bekerja pada muatan 2 karena pengaruh muatan 1.
F23 adalah gaya yang bekerja pada muatan 2 karena pengaruh muatan 3.
F2 = F21 – F23 (bentuk vektor)
F2 = F21 – F23 (bentuk skalar)
Bahan Bacaan :
Surya, Yohanes. 1996. Olimpiade Fisika. Teori dan Latihan Fisika Menghadapi Masa Depan. PT Primatika Cipta Ilmu.
Arsyad Riyadi Juli 04, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
Sebuah penggaris plastik yang digosok-gosokan pada rambut akan mampu menarik kertas-kertas kecil yang ada di dekatnya. Demikian juga sebuah balon yang sebelumnya digosok-gosokan pada kain wol akan menempel pada tembok.
Mengapa hal ini terjadi?
Kemampuan plastik dalam menarik kertas-kertas kecil maupun balon yang menempel pada tembok dikarenakan plastik dan balon tersebut telah menjadi benda yang bermuatan listrik.
Terkait dengan itu, dapat dijabarkan sifat-sifat muatan listrik, sebagai berikut :
1. Ada dua jenis muatan listrik , yaitu muatan positif dan muatan negatif
2. Muatan-muatan yang sejenis akan tolak-menolak dan muatan yang berbeda jenis akan tarik-menarik
3. Muatan bersifat kekal artinya muatan tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Ketika suatu benda digosok dengan benda lain, tidak ada muatan yang tercipta. Yang terjadi adalah perpindahan muatan dari benda yang satu ke benda yang lain.
Misalnya pada yang kaca digosok dengan sutra. Muatan negatif (elektron) akan mengalir dari kaca ke sutra. Akibatnya kaca akan menjadi bermuatan positif dan sutra menjadi bermuatan negatif. Kalau dihitung jumlah muatan totalnya ya sama saja.
4. Muatan terkuantisasi yang artinya muatan listrik dari suatu partikel atau benda merupakan kelipatan terkecil (muatan “fundamental”) e.
Secara umum muatan q dituliskan sebagai q = Ne, dengan N adalah bilangan bulat.
Satuan muatan dalam SI adalah Coulomb. Satuan ini diturunkan dari satuan besaran pokok arus listrik dan waktu atau dapat dituliskan :
1 coulomb = 1 Ampere. Detik
Berikut adalah tabel muatan dan massa elektron, proton, dan neutron
Partikel | muatan (C) | Massa (kg) |
Elektron e | -1,6022 x 10-19 | 9,1094 x 10-31 |
Proton p | +1,6022 x 10-19 | 1,67262 x 10-27 |
Neutron | 0 | 1,67493 x 10-27 |
Suatu atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Jumlah proton dan elektron dari suatu atom adalah sama. Dikatakan atom tersebut netral. Misalnya atom hidrogen terdiri dari 1 proton dan 1 elektron. Atom helium terdiri dari 2 proton, 2 elektron, dan 2 neutron.
Atom dapat menjadi bermuatan positif atau negatif dengan cara melepaskan atau menerima elektron. Ketika atom tersebut melepaskan elektron, maka atom akan kekurangan elektron (jumlah elektronnya lebih kecil dari jumlah protonnya). Dikatakan atom tersebut menjadi bermuatan positif. Sebaliknya jika atom tersebut menerima elektron, maka atom tersebut akan kelebihan elektron (jumlah elektron lebih besar dari jumlah proton). Dikatakan atom tersebut bermuatan negatif.
Atom yang bermuatan listrik ini selanjutnya dinamakann ion.
Bahan Bacaan :
Surya, Yohanes. 1996. Olimpiade Fisika. Teori dan Latihan Fisika Menghadapi Masa Depan. PT Primatika Cipta Ilmu.
Arsyad Riyadi Juni 30, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
Berikut adalah ringkasan materi listrik, yang terdiri dari listrik statis dan listrik dinamis.
Listrik Statis1. Atom terdiri dari inti atom (nukleon) dan elektron (muatan negatif) yang mengelilinginya. Inti atom terdiri dari proton (bermuatan positif) dan neutron (tak bermuatan).
2. Atom bermuatan positif jika kekurangan elektron (jumlah elektron < jumlah proton)
Atom bermuatan negatif jika kelebihan elektron (jumlah elektron > jumlah proton)
Atom bermuatan netral jika jumlah proton = jumlah elektron
3. Cara memberi muatan listrik
a. dengan digosok
Misalnya penggaris plastik yang digosok dengan kain wol akan bermuatan negatif karena elektron dari kain wol pindah ke penggaris.
Batang kaca yang digosok dengan sutra akan bermuatan positif karena elektron dari kaca pindah ke sutra.
b. dengan metode konduksi
Misalnya, dengan menyentuhkan batang bermuatan positif ke ujung logam
c. dengan cara induksi
4. Sifat muatan listrik
Muatan yang sejenis tolak-menolak dan muatan yang tidak sejenis tarik-manarik.
5. Hukum Coulumb :
q = muatan listrik (C)
r = jarak kedua muatan listrik (m)
k = 9.109 N m2/C2
6. Medan listrik adalah daerah di sekitar suatu benda bermuatan listrik di mana benda bermuatan listrik lain yang berada di ruangannya akan mengalami gaya listrik.
7. Induksi listrik adalah pemisahan muatan listrik di dalam suatu penghantar karena penghantar didekati oleh (tanpa menyentuh) benda bermuatan listrik
8. Elektroskop digunakan untuk mengetahui suatu benda bermuatan listrik atau tidak
Elektroskop negatif, jika didekati benda negatif daunnya akan mekar.
Elektroskop negatif, jika didekati benda positif daunnya akan menguncup.
9. Suatu benda yang bermuatan listrik negatif jika dihubungkan ke bumi akan netral karena eklektron dari benda mengalir ke bumi.
Suatu benda yang bermuatan listrik positif jika dihubungkan ke bumi akan netral karena eklektron dari bumi mengalir ke benda.
10. Pada konduktor berongga, muatan listrik hanya tersebar pada bagian luarnya.
Muatan paling rapat terdapat pada bagian permukaan luar konduktor yang paling runcing.
Listrik dinamis
1. Beda potensial listrikatau W = V Q
V = beda potensial (Volt)
W = energi (Joule)
Q = muatan (Coulomb)
2. Sumber arus listrik
a. Elemen Volta
Anoda : pelat tembaga (Cu)
Katoda : pelat seng (Zn)
Lar. elektrolit : asam sulfat encer (H2SO4)
Terjadi polarisasi, yaitu menempelnya gelembung-gelembung gas hidrogen di sekitar pelat tembaga
b. Akumulator
Anoda : timbal dioksida (PbO2)
Katoda : timbal (Pb)
Larutanelektrolit : asam sulfat encer (H2SO4)
Pada saat dipakai terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik.
Pada saat diisi terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia.
c. Batu baterai
Anoda : batang karbon (C)
Katoda : pelat seng (Zn)
Larutan elektrolit : pasta amonium klorida (NH4Cl)
Depolarisator : campuran mangan dioksida dan serbuk karbon
3. Untuk mengukur tegangan listrik digunakan voltmeter yang dipasang secara paralel dan untuk mengukur kuat arus listrik digunakan amperemeter yang dipasang secara seri.
4. Gaya gerak listrik (GGL) adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber arus listrik ketika tidak mengalirkan arus listrik (saklar terbuka)
Tegangan jepit adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber arus listrik ketika mengalirkan arus listrik (saklar tertutup)
Tegangan jepit < ggl
5. Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik positif (arus konvensional) yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah.
Aliran elektron (muatan listrik negatif) mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
6. Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial.
Besarnya kuat arus listrik :
I = kuat arus listrik (A)
q = muatan (C)
t = selang waktu (s)
7. Hambatan listrik pada kawat penghantar
a. sebanding dengan hambat jenis kawat (ρ)
b. sebanding dengan panjang kawat (l)
c. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat (A)
8. Hukum Ohm :
V = I R atau
V = tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (A)
R = hambatan (ohm atau W)
9. Hukum I Kirchoff : ΣImasuk = ΣIkeluar
10. Rangkaian seri resistor (pembagi tegangan)
· I = I1 = I2 = I3
· V = V1 + V2 + V3
· RS = R1 + R2 + …
· untuk n hambatan yang sama berlaku :
RS = n R
11. Rangkaian paralel resistor (pembagi arus)
· V = V1 = V2 = V3
· I = I1 + I2 + I3
·
· untuk n hambatan yang sama :
· untuk dua buah hambatan :
12. GGL dan tegangan jepit :
Vjepit = ε - I r = IR
ε = ggl, r = hambatan dalam
13. Gabungan sumber tegangan :
a. Gabungan seri :
εs = ε1 + ε2 + ε3; rs = r1 + r2 + r3
b. Gabungan paralel :
εp = ε1 = ε2 = ε3
14. Energi dan daya listrik
W = energi listrik (J)
V = tegangan (V)
I = kuat arus listrik (A)
t = waktu (s)
R = hambatan (ohm atau W)
15. Hambatan peralatan listrik
dengan R tetap berlaku
16. Besarnya biaya rekening yang harus dibayarkan ditentukan oleh besarnya energi yang digunakan.
satuan :
1 kwH (kilowatt hour) = 3.600.000 J
Demikianlah ringkasan materi listrik, khususnya untuk tingkat SMP. Semoga bermanfaat.
Arsyad Riyadi Februari 25, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
Hukum I Keppler
Hukum I Keppler atau dikenal sebagai hukum lintasan ellips berbunyi : “Setiap planet bergerak dalam orbit elips mengitari matahari, dengan matahari berada di salah satu titik fokus elips.”
Orbit planet mengitari matahari berbentuk elips. P = Perihelium, A = Aphelium
Posisi pada orbit planet saat planet paling dekat disebut perihelium. Sedangkan posisi pada orbit saat planet paling jauh dari matahari disebut aphelium.
Hukum I Keppler sukses menjelaskan bentuk orbit planet, tetapi gagal memperkirakan posisi planet pada suatu tempat. Untuk menyempurnakan, Keppler mengemukakan hukum keduanya.
Hukum II Keppler
Hukum II Keppler berbunyi :”Dalam selang waktu yang sama, luas juring yang disapu planet adalah sama.” Terlihat pada gambar berikut, bahwa daerah yang diarsir mempunyai luas yang sama.
Dari gambar tersebut, terlihat bahwa kelajuan revolusi planet terbesar ketika garis khayal (vektor radius) terpendek, yaitu saat planet pada posisi paling dekat dengan matahari (perihelium). Sedangkan kelajuan revolusi terkecil ketika garis khayal (vektor radius) terpanjang, yaitu saat plnaet berada pada posisi jauh dari matahari (aphelium).
Hukum III Keppler
Hukum III Keppler dikenal dengan nama hukum harmonik, yang berbunyi :”Perbandingan kuadrat period terhadap pangkat tiga dari setengah sumbu panjang elips adalah sama untuk semua planet.”
Secara matematis dituliskan sebagai :
T = periode
R = radius
k = konstan
Contoh :
Jarak sebuah planet ke Matahari adalah 16 kali jarak Bumi – Matahari. Berapa tahun bumikah periode revolusi planet tersebut?
RPlanet = 16 Rbumi
TPlanet = 8TBumi
Hasil kerja dari Keppler, Copernicus, dan Galileo digabungkan oleh Newton tahun 1687 dalam Principia. Arsyad Riyadi Februari 23, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia
Sumber : de.wikipedia.org |
Prinsip Kerja Transformator
Arus induksi mengalir melalui rangkaian sekunder ketika ada perubahan garis gaya magnet yang memotong kumparan sekunder. Agar terjadi ggl atau arus induksi secara terus menerus, maka rangkaian primer dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik (AC). Sumber arus bolak-balik ini yang digunakan karena menghasilkan arus listrik yang berubah terhadap waktu. Jadi, kalau transformator dihubungkan dengan sumber arus searah (DC) tidak bakal terjadi perubahan garis gaya magnet pada kumparan sekunder.
Jenis-Jenis Transformator
Transformator dibedakan menjadi 2, yaitu transformator step-up dan transformator step-down. Transformator step-up /penaik tegangan digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak-baik (AC), sedangkan transformator step-down/penurun tegangan digunakan untuk menurunkan tegangan arus bolak-balik (AC).
Ciri-ciri transformator step-up/penaik tegangan :
- jumlah lilitan sekunder (Ns) lebih besar dari pada jumlah lilitan primer (Np) atau Ns > Np
- besarnya tegangan sekunder (Vs) lebih besar dari pada tegangan primer (Vp) atau Vs > Vp
- jumlah kuar arus sekunder (Is) lebih kecil dari pada kuat arus primer (Ip) atau Is < Ip
Sebaliknya, Ciri-ciri transformator step-up/penaik tegangan :
- jumlah lilitan sekunder (Ns) lebih kecil dari pada jumlah lilitan primer (Np) atau Ns < Np
- besarnya tegangan sekunder (Vs) lebih kecil dari pada tegangan primer (Vp) atau Vs < Vp
- jumlah kuar arus sekunder (Is) lebih besar dari pada kuat arus primer (Ip) atau Is > Ip
Persamaan Transformator
Pada transformator berlaku hubungan sebagai berikut :
dengan :
Vp = besar tegangan primer (volt)
Vs = besar tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Dari persamaan di atas, nampak bahwa besarnya tegangan sebanding dengan banyaknya lilitan.
Untuk transformator ideal, yaitu trafo dengan efisiensi 100% berlaku :
Pp = Ps
Vp.Ip = Vs.Is
dengan :
Pp = daya primer (W)
Ps = daya sekunder (W)
Ip = besarnya kuat arus primer (A)
Is = besarnya kuat arus sekunder (A)
Untuk transformator tidak ideal (efisiensi kurang dari 100% berlaku)
Contoh soal :
1. Sebuah transformator dipasang pada tegangan 120 V. Jika banyaknya lilitan primernya 1000 liltan dan tegangan sekundernya 2000 lilitan, Berapa tegangan yang dihasilkan oleh transformator tersebut?
Diketahui :
Vp = 120 V
Np = 1000 lilitan
Ns = 2000 lilitan
Ditanya : Vs ?
Jawab :
1000 Vs = 120.2000
Vs = 120. 2 = 240 Volt
2. Sebuah transfomator ideal, kuat arus primernya 3 ampere, besar tegangan primernya 220 volt dan tegangan sekundernya 110 volt. Berapa besar kuat arus sekundernya?
Diketahui :
Ip = 3 A
Vp = 220 V
Vs = 110 V
Ditanya : Is?
Jawab :
110 Is = 3.220
Is = 3. 2 = 6 A
3. Sebuah transformator, daya primernya 200 watt. Jika daya sekundernya 180 watt, berapa efisiensi transformator tersebut?
Diketahui :
Pp = 200 W
Ps = 180 W
Ditanya :η?
Jawab :
η = 90% Arsyad Riyadi Februari 22, 2015 New Google SEO Bandung, Indonesia