Medan Magnet dan Induktansi

Setiap kali elektron mengalir melalui konduktor, medan magnet akan berkembang di sekitar konduktor itu. Efek ini disebut elektromagnetisme .

Medan magnet mempengaruhi keselarasan elektron dalam atom, dan dapat menyebabkan gaya fisik berkembang antara atom melintasi ruang seperti halnya medan listrik mengembangkan gaya antara partikel bermuatan listrik. Seperti medan listrik, medan magnet dapat menempati ruang yang benar-benar kosong, dan mempengaruhi materi dari kejauhan.

Gaya Medan dan Fluks Medan

Bidang memiliki dua ukuran:bidang gaya dan bidang fluks . Medan force adalah jumlah "dorongan" yang diberikan medan pada jarak tertentu. Bidang fluks adalah jumlah total, atau efek, dari medan melalui ruang. Gaya medan dan fluks kira-kira analog dengan tegangan ("dorongan") dan arus (aliran) melalui konduktor, masing-masing, meskipun fluks medan dapat ada di ruang yang benar-benar kosong (tanpa gerakan partikel seperti elektron) sedangkan arus hanya dapat terjadi di mana ada elektron bebas untuk bergerak.

Fluks medan dapat ditentang di ruang angkasa, sama seperti aliran elektron dapat ditentang oleh resistansi. Jumlah fluks medan yang akan berkembang dalam ruang sebanding dengan jumlah gaya medan yang diterapkan, dibagi dengan jumlah perlawanan terhadap fluks. Sama seperti jenis bahan konduktor yang menentukan resistansi spesifik konduktor terhadap arus listrik, jenis bahan yang menempati ruang di mana gaya medan magnet dipengaruhi menentukan oposisi spesifik terhadap fluks medan magnet.

Sementara fluks medan listrik antara dua konduktor memungkinkan akumulasi muatan elektron bebas di dalam konduktor tersebut, fluks medan magnet memungkinkan "kelembaman" tertentu terakumulasi dalam aliran elektron melalui konduktor yang menghasilkan medan.

Medan Magnet Lebih Kuat Dengan Induktor

Induktor adalah komponen yang dirancang untuk memanfaatkan fenomena ini dengan membentuk panjang kawat konduktif dalam bentuk kumparan. Bentuk ini menciptakan medan magnet yang lebih kuat daripada yang dihasilkan oleh kawat lurus. Beberapa induktor dibentuk dengan lilitan kawat dalam kumparan mandiri.

Yang lain membungkus kawat di sekitar bahan inti padat dari beberapa jenis. Kadang-kadang inti sebuah induktor akan lurus, dan kadang-kadang akan bergabung dalam satu lingkaran (persegi, persegi panjang, atau lingkaran) untuk menampung fluks magnet sepenuhnya. Opsi desain ini semuanya berpengaruh pada kinerja dan karakteristik induktor.

Simbol skema untuk induktor, seperti kapasitor, cukup sederhana, tidak lebih dari simbol kumparan yang mewakili kawat melingkar. Meskipun bentuk kumparan sederhana adalah simbol generik untuk setiap induktor, induktor dengan inti kadang-kadang dibedakan dengan penambahan garis paralel ke sumbu kumparan. Sebuah versi yang lebih baru dari simbol induktor membagi-bagikan dengan bentuk kumparan mendukung beberapa "punuk" berturut-turut:

Karena arus listrik menghasilkan medan magnet terkonsentrasi di sekitar koil, fluks medan ini setara dengan penyimpanan energi yang mewakili gerakan kinetik elektron melalui koil. Semakin banyak arus dalam kumparan, semakin kuat medan magnetnya, dan semakin banyak energi yang akan disimpan induktor.

Karena induktor menyimpan energi kinetik dari elektron yang bergerak dalam bentuk medan magnet, mereka berperilaku sangat berbeda dari resistor (yang hanya membuang energi dalam bentuk panas) dalam sebuah rangkaian. Penyimpanan energi dalam sebuah induktor adalah fungsi dari jumlah arus yang melaluinya.

Kemampuan induktor untuk menyimpan energi sebagai fungsi arus menghasilkan kecenderungan untuk mencoba mempertahankan arus pada tingkat yang konstan. Dengan kata lain, induktor cenderung menolak perubahan dalam arus. Ketika arus melalui induktor dinaikkan atau diturunkan, induktor “menolak” perubahan dengan menghasilkan tegangan antara kabelnya dalam polaritas yang berlawanan dengan perubahan .

Untuk menyimpan lebih banyak energi dalam sebuah induktor, arus yang melaluinya harus ditingkatkan. Ini berarti medan magnetnya harus meningkat kekuatannya, dan perubahan kekuatan medan itu menghasilkan tegangan yang sesuai menurut prinsip induksi-diri elektromagnetik.

Sebaliknya, untuk melepaskan energi dari sebuah induktor, arus yang melaluinya harus dikurangi. Ini berarti bahwa medan magnet induktor harus berkurang kekuatannya, dan perubahan kekuatan medan itu sendiri menyebabkan penurunan tegangan dengan polaritas yang berlawanan.

Secara hipotesis, induktor yang dihubung pendek akan mempertahankan laju arus yang konstan melaluinya tanpa bantuan eksternal:

Secara praktis, bagaimanapun, kemampuan induktor untuk mempertahankan arus sendiri hanya diwujudkan dengan kawat superkonduktif, karena hambatan kawat pada induktor normal mana pun cukup untuk menyebabkan arus meluruh dengan sangat cepat tanpa sumber daya eksternal.

Ketika arus melalui induktor meningkat, ia menjatuhkan tegangan yang berlawanan dengan arah aliran arus, bertindak sebagai beban daya. Dalam kondisi ini, induktor dikatakan mengisi daya , karena ada peningkatan jumlah energi yang disimpan dalam medan magnetnya. Perhatikan polaritas tegangan sehubungan dengan arah arus:

Sebaliknya, ketika arus yang melalui induktor berkurang, ia menurunkan tegangan yang membantu arah aliran arus, bertindak sebagai sumber daya. Dalam kondisi ini, induktor dikatakan mengosongkan , karena simpanan energinya berkurang saat ia melepaskan energi dari medan magnetnya ke seluruh rangkaian. Perhatikan polaritas tegangan sehubungan dengan arah arus.

Jika sumber daya listrik tiba-tiba diterapkan pada induktor yang tidak termagnetisasi, induktor pada awalnya akan menahan aliran arus dengan menjatuhkan tegangan penuh dari sumber. Saat arus mulai meningkat, medan magnet yang lebih kuat dan lebih kuat akan dibuat, menyerap energi dari sumbernya. Akhirnya arus mencapai tingkat maksimum, dan berhenti meningkat. Pada titik ini, induktor berhenti menyerap energi dari sumber dan menurunkan tegangan minimum pada kabelnya, sementara arus tetap pada tingkat maksimum.

Saat induktor menyimpan lebih banyak energi, tingkat arusnya meningkat, sementara penurunan tegangannya berkurang. Perhatikan bahwa ini justru kebalikan dari perilaku kapasitor, di mana penyimpanan energi menghasilkan peningkatan tegangan di seluruh komponen! Sementara kapasitor menyimpan muatan energinya dengan mempertahankan tegangan statis, induktor mempertahankan "muatan" energinya dengan mempertahankan arus yang stabil melalui koil.

Jenis bahan kawat yang digulung sangat mempengaruhi kekuatan fluks medan magnet (dan oleh karena itu jumlah energi yang tersimpan) yang dihasilkan untuk sejumlah arus tertentu melalui kumparan. Inti kumparan yang terbuat dari bahan feromagnetik (seperti besi lunak) akan mendorong fluks medan yang lebih kuat untuk berkembang dengan gaya medan tertentu daripada zat nonmagnetik seperti aluminium atau udara.

Apa itu Induktansi?

Ukuran kemampuan induktor untuk menyimpan energi untuk sejumlah aliran arus disebut induktansi . Tidak mengherankan, induktansi juga merupakan ukuran intensitas oposisi terhadap perubahan arus (tepatnya berapa banyak tegangan yang diinduksi sendiri akan dihasilkan untuk laju perubahan arus tertentu). Induktansi secara simbolis dilambangkan dengan huruf kapital “L”, dan diukur dalam satuan Henry, disingkat “H”.

Tersedak Vs. Induktor

Nama usang untuk induktor adalah choke , disebut demikian karena penggunaannya yang umum untuk memblokir ("choke") sinyal AC frekuensi tinggi di sirkuit radio. Nama lain untuk induktor, masih digunakan di zaman modern, adalah reaktor , terutama bila digunakan dalam aplikasi daya besar. Kedua nama ini akan lebih masuk akal setelah Anda mempelajari teori rangkaian arus bolak-balik (AC), dan terutama prinsip yang dikenal sebagai reaktansi induktif .

TINJAUAN:

• Induktor bereaksi terhadap perubahan arus dengan menjatuhkan tegangan pada polaritas yang diperlukan untuk melawan perubahan tersebut.
• Ketika sebuah induktor dihadapkan dengan arus yang meningkat, ia bertindak sebagai beban:menciptakan tegangan karena menyerap energi (positif di sisi masuk saat ini dan negatif di sisi keluar saat ini, seperti resistor).
• Ketika sebuah induktor dihadapkan dengan arus yang menurun, ia bertindak sebagai sumber:menciptakan tegangan karena melepaskan energi yang tersimpan (negatif di sisi masuk saat ini dan positif di sisi keluar saat ini, seperti baterai).
• Kemampuan induktor untuk menyimpan energi dalam bentuk medan magnet (dan akibatnya untuk melawan perubahan arus) disebut induktansi . Itu diukur dalam satuan Henry (H).
• Dulu induktor biasa dikenal dengan istilah lain:choke . Dalam aplikasi berdaya tinggi, kadang-kadang disebut sebagai reaktor .

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Induktansi