Laporan RBL [PDF]

Citation preview

RESEARCH BASED LEARNING (RBL) MOTOR LISTRIK SEDERHANA LAPORAN Disusun untuk memenuhi tugas akhir semester II Mata Kuliah Fisika Dasar IIA Tahun Akademik 2020/2021



Oleh: Kelompok 6 Anggota : M Frans Dewa Lanang Didi Permadi Putri Destiana Bangkit Dwi Sucahyo Risa Juan Anggraeni



120190059 120190060 120190062 120360033 120360034



INSTITUT TEKNOLOGI SUMATERA LAMPUNG SELATAN 2020/2021



ABSTRAK Laporan ini berisi tentang penerapan Hukum Lorentz pada Motor Listrik Sederhana. Tujuan melakukan percobaan ini adalah untuk membuktikan hukum Lorentz secara langsung. Hasil percobaan membuktikan adanya perubahan energi listrik menjadi energi gerak atau kinetik, hal ini disebabkan oleh peristiwa induksi elektromagnetik. Gaya dorong pada kumparan motor listrik merupakan salah satu bentuk Gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh adanya arus listrik yang berada di dalam sebuah medan magnet. Arus listrik adalah muatan yang bergerak. Ketika muatan bergerak melalui medan magnet akan bekerja Gaya Lorentz. Dasar Teori Latar Belakang Kehidupan dan segala sesuatu yang terdapat di dalamnya merupakan hal yang perlu dikelola dengan baik. Segala sesuatu yang dikembangkan di muka bumi ini ialah untuk kepentingan manusia itu sendiri. Seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat, menjadikan manusia berlomba-lomba untuk mengembangkan suatu alat untuk mempermudah kegiatan yang dilakukan manusia. Tak terkecuali motor listrik, yang mana alat ini diciptakan untuk mempermudah aktivitas manusia. Motor listrik sering ditemui di kehidupan sehari-hari, namun sering tidak disadari penggunaannya seperti pada kipas angin, mesin bor, dan lain sebagainya. Motor listrik dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Hal ini bertujuan agar suatu alat yang digerakkan dapat dibantu dengan energi listrik tanpa harus menggerakkannya secara manual, yang mana hal tersebut membutuhkan tenaga dan tidak efisien. Dalam penerapannya, masih banyak yang belum menyadari alat-alat yang menggunakan motor listrik dan belum memahami bagaimana motor listrik bekerja. Berdasarkan uraian di atas, untuk itu dibuatlah suatu prototype untuk mengetahui prinsip kerja dan perhitungan motor listrik melalui percobaan motor listrik sederhana yang disusun dalam “Laporan Research Based Learning (RBL) Motor Listrik Sederhana.”



Motor listrik merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat ini memanfaatkan perputaran dari kumparan yang diakibatkan oleh adanya arus di sekitar medan listrik. Pada motor listrik, arah arus listrik selalu melalui medan magnet dalam arah yang sama sehingga kumparan dapat terus berputar [1]. Motor arus searah (DC) terdiri dari salah satu jenis aktuator paling umum yang dirancang ke dalam sistem elektro-mekanis. Hal itu merupakan cara yang sangat mudah dan murah untuk menciptakan gerakan atau kekuatan [2]. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Dalam motor dc terdapat dua kumparan yaitu kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan megan magnet dan kumparan jangkaryang berfungsi sebagai tempat terbentuknya gaya gerak listrik (ggl E). Jika arus dalam kumparan jangkar berinteraksi dengan medan magnet, akan timbul torsi (T) yang akan memutar motor. [3] Motor DC dengan penguat sendiri (self excited) didefinisikan sebagai motor DC dimana arus kumparan medan diperoleh dari sumber arus DC yang sama dengan arus yang digunakan pada kumparan jangkar. Berdasarkancara menghubungkan kumparan medan dan kumparan jangkar, secara umum motor dc diklasifikasi dalam 3 macam, yaitu :1. Motor Arus Searah berpenguat shunt(paralel) 2. Motor arus searah berpenguat seri



3. Motor kompon[4]



arus



searah



berpenguat



Prinsip kerja motor DC ini adalah Arus mengalir melalui kumparan jangkar dari sumber tegangan DC, menyebabkan jangkar beraksi sebagai magnet. Gambar 2 menjelaskan prinsip kerja motor magnet permanen. 1. Pada posisi 1 arus elektron mengalir dari sikat negatif menuju ke sikat positif. Akan timbul torsi yang menyebabkan jangkar berputar berlawanan arah jarum jam. 2. Ketika jangkar pada posisi 2, sikat terhubung dengan kedua segmen komutator. Aliran arus pada jangkar terputus sehingga tidak ada torsi yang dihasilkan. Tetapi, kelembaban menyebabkan jangkar tetap berputar melewati titik netral. 3. Pada posisi 3, letak sisi jangkar berkebalikan dari letak sisi jangkar pada posisi 1. Segmen komutator membalik arah arus elektron yang mengalir pada kumparan jangkar. Oleh karena itu arah arus yang mengalir pada kumparan jangkar sama dengan posisi 1. Torsi akan timbul yang menyebabkan jangkar tetap berputar berlawanan arah jarum jam. 4. Jangkar berada pada titik netral. Karena adanya kelembaman pada poros jangkar, maka jangkar berputar terus-menerus[5] Kaidah tangan kanan Gaya magnetik pada partikel bermuatan yang bergerak melalui suatu medan magnetik ialah bahwa gaya tersebut selalu tegak lurus terhadap kecepatan partikel. Karena F tegak lurus terhadap v maupun B, maka gaya tersebut akan tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh kedua vektor ini. Arah F diberikan oleh begitu v diputar kearah B [6]. Magnet permanen pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan kawat tembaga disebut rotor (bagian yang berputar). Saat kumparan yang dialiri arus berada di suatu medan magnetik, kumparan tersebut mengalami gaya. Gaya yang bekerja pada kumparan ini disebut Gaya Lorentz yang dapat dihitung melalui persamaan:



F=ILB Keterangan: F = Gaya Lorentz (N) I =Aruslistrik (A) L = Panjangkawat (m) B = Medan magnet (T) Arah dari gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Posisi tangan kanan yaitu ibu jari tegak lurus terhadap jari telunjuk dan jari tengah. Arah medan magnet diwakili oleh jari telunjuk, arah arus diwakili oleh ibu jari, dan Gaya Lorentz diwakili oleh jari tengah [7]. Gaya yang membuatnya berputar adalah gaya yang dikerahkan oleh sebuah medan magnetik pada sebuah konduktor pengangkut arus. Gaya magnetik pada muatan yang bergerak didalam konduktor itu ditransmisikan ke bahan konduktor dan konduktor itu secara keseluruhan mengalami sebuah gaya yang didistribusikan sepanjang kawat itu [8]. Pada percobaan ini motor listrik yang dibuat ialah jenis DC dengan sumber baterai. Motor listrik arus searah jenis DC adalah jenis motor listrik yang beroperasi dengan sumber tegangan arus listrik searah (Direct Current). Motor listrik bekerja dengan prinsip Gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop. Salah satu sisi loop didekatkan dengan sisi loop sehingga sisi- sisi loop mendapatkan gaya yang berlawanan. Gaya yang berlawanan ini akan menghasilkan tenaga putar/torsi untuk memutar kumparan. Persamaan umum [9] Besar GGL induksi motor listrik:



Ɛ = N B A ω sin ω t



Cara Kerja



Besar Gaya Lorentz: F = i l B sin θ Gaya Lorentz membentuk dengan momen putar:



koppel,



τ = F s = i l B sin θ Untuk N lilitan momen koppel menjadi: τ = N i l B sin θ atau τ = N i B A sin θ dimana : Ɛ = besar GGL induksi (volt) ω = kecepatan sudut (rad/s) N = banyak lilitan F = Gaya Lorentz B = besar medan magnet (Tesla) t = waktu (s) A = luas alas (m2) i = arus (ampere) Desain Alat Alat dan Bahan



1. Menyiapkan alat dan bahan 2. Memotong kawat tembaga dengan panjang sesuai kebutuhan sebanyak dua buah 3. Mengupas lapisan ujung-ujung kawat tembaga sampai terbuka atau berwarna silver 4. Merangkai atau menyambungkan kawat tembaga dengan baterai menggunakan kabel di kutub negatif dan kutub positif 5. Membuat kumparan lilitan berbentuk bulat, lalu amplas lapisan kedua ujungnya sampai cat pada tembaga hilang 6. Menyimpan alat-alat yang sudah disiapkan ke dalam wadah 7. Menyimpan magnet di bawah kumparan yang dialiri listrik 8. Meletakkan kumparan lilitan di kumparan yang dialiri listrik atau di atas magnet disimpan 9. Menganalisis apa yang terjadi



1. Gunting, Penggaris, Isolatip, Doubletip 2. Baterai 3. Alas 4. Tembaga 5. Kabel dan Penyangga 6. Peniti 7. Magnet



Gambar.2 Rangkaian Alat Perhitungan Gambar.1 Alat dan Bahan



Analisis Tabel 1. Data Kecepatan Sudut denganVariasi Kumparan N 4



𝝎



v 1.5



99278.45



3



198556.91



Tabel 2. Data Kecepatan denganVariasi Kumparan N 4 Tabel 2. Data dengan Variasi Kumparan N 4 8 12



v 1.5 3



𝝎 99278.45 198556.91



Kecepatan



v 3



Sudut



Sudut



𝝎 198556.91 99278.45 66185.64



Tabel 3. Data Pengamatan Kualitatif Kecepatan Sudut Motor Listrik dengan Variasi Tegangan N 4



v 1.5 3



Data Berputar Berputar lebih cepat



Tabel 4. Data Pengamatan Kualitatif Kecepatan Sudut Motor Listrik dengan Variasi Jumlah Kumparan N 4 8 12



v



3



Data Berputar Tidak Berputar Tidak Berputar



Berdasarkan hasil perhitungan, kecepatan sudut secara teoritis bernilai sangat besar, tetapi saat percobaan kecepatan sudut yang terlihat tidak terlalu besar. Hal ini dapat diakibat karena ketidakakuratan dalam pengukuran medan magnet, kesalahan teknis saat merakit alat, dan ketidaktepatan penggunaan ukuran/kapasitas baterai atau magnet. Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energy listrik menjadi energi mekanik. Energy mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain sebagainya. Motor listrik digunakan juga di rumah dan di industri. Selain itu juga, berdasarkan hasil perhitungan dan percobaan, dapat diperoleh hubungan tegangan dan banyak kumparan terhadap kecepatan sudut. Tegangan berbanding lurus dengan kecepatan sudut motor listrik. Hal tersebut dibuktikan dengan percobaan dengan variasi tegangan dan perhitungan secara teoritis. Banyak kumparan berbanding terbalik dengan kecepatan sudut motor listrik. Banyak kumparan mengakibatkan torsi bertambah yang malah membuat kecepatan semakin kecil. Hal tersebut dibuktikan dengan percobaan dengan variasi tegangan dan perhitungan secara teoritis. Pada saat percobaan dengan variasi tegangan, terjadi peristiwa loop kawat tidak berputar. Hal ini dapat disebabkan oleh gaya yang dihasilkan tidak dapat menopang pertambahan massa loop kawat tersebut.



Kesimpulan 1. Kecepatan sudut motor listrik yang menggunakan : a. 4 kumparan dengan tegangan 1,5 volt adalah 99278,45 rad/s. b. 4 kumparan dengan tegangan 3 volt adalah 198556,91 rad/s. 2. Hubungan banyak kumparan dan tegangan dengan kecepatan sudut, yaitu: a. Semakin banyak kumparan yang digunakan, semakin kecil b. besar kecepatan sudut motor listrik. emakin besar tegangan yang digunakan, semakin besar juga d. kecapatan sudut motor listrik. 3. Kriteria motor listrik yang dapat melaju konstan dalam 1 menit adalah motor listrik yang mengunakan 4 kumparan dengan tegangan 3volt.



Saran Sebelum melakukan percobaan pembuatan motor listrik sederhana dianjurkan untuk memahami materi dan konsep guna untuk mengurangi kesalahan dan menghasilkan kepresisian.



Daftar Pustaka [1] Hardriyansyah, “PEMANFAATAN MOTOR LISTRIK SEDERHANA DALAM MENINGKATKAN HASIL BELAJAR SISWA KELAS IX SMP NEGERI 1 SUNGGUMINASA KABUPATEN GOWA SULAWESI SELATAN Skripsi,” Universitas ISlam Negeri Alauddin Makassar, 2012. [2] R. H. Bishop, “Introduction to mechatronics,” Eng. Handbook, Second Ed., no. Dc, pp. 179-1-179–9, 2004. [3] Nalaprana Nugroho, “ANALISA MOTOR DC (DIRECT CURRENT)



SEBAGAI PENGGERAK MOBILLISTRIK,” Mikrotiga, vol. 2, 2015. [4] S. Agustina, “KLASIFIKASI MOTOR DC,” Mikrotiga, vol. 2, no. 1, pp. 40–46, 2015. [5] S. Rudi, “Penggunaan Motor DC Untuk Membantu Aktivitas Manusia,” Mater. Sci. Eng., pp. 2–4, 2018. [6] A. S. Aip Sariudin, Dede Rustiawan K, “Praktis Belajar Fisika.” pp. 153–235, 2007. [7] A. Hughes and B. Drury, Electric Motors and Drives. 2013. [8] A. Issetyorini, “Gaya Gerak Listrik Pada Motor AC,” pp. 3–6. [9] D. S. Palupi, Suharyanto, and Karyono, Fisika Untuk Kelas XI SMA dan MA. 2009. [10] Carryer, Kenny dan Ohline, “Chapter 19:Permanent Magnet DC Motor Characteristics", 2003



Lampiran A Pembagian Tugas Nama



NIM



Tugas



Bangkit Dwi Sucahyo Didi Permadi M. Frans Dewa Lanang Putri Destiana Risa Juan Anggraeni



120360033 120190060 120190059 120190062 120360034



Alat dan Bahan dan Pembuatan Video Alat dan Bahan dan Pembuatan Video Alat dan Bahan dan Pembuatan Video Laporan RBL dan Pengisi Suara Laporan RBL dan Pengisi Suara



Lampiran B Logbook RBL Tanggal



Jam



Tugas/Pekerjaan



Anggota kelompok yang hadir.



17 mei 2020



15.00 wib



Pembagian tugas mengkonsep dan pemilihan alat dan bahan



Bangkit,didi,frans, Putri, Risa



18 mei 2020



12.30 wib



Percobaan pertama pembuatan motor listrik sederhana



20 mei 2020



10.00 wib



Pembuatan laporan dan penyelesaian vidio



Media koordinasi yang Digunakan



Hasil



Keterangan



Luring



Pembagian tugas masingmasing dan alat dan bahan



Telah dikerjakan



Bangkit,didi,frans, Putri, Risa



Luring



Terbuatnya motor listrik sederhana



Telah dikerjakan



Bangkit,didi,frans, Putri, Risa



Luring



Vidio dan laporan



Telah dikerjakan