Pada bidang fisika, khususnya listrik dan magnet, fenomena induksi elektromagnetik sangat penting. Sebuah komponen kunci dari fenomena ini adalah timbal balik atau resonansi (coupling) antara kumparan primer dan sekunder dalam suatu transformator. Persamaan matematis yang dikenal menggambarkan fenomena ini dan akan menjadi fokus utama penjelasan artikel ini.
Prinsip Dasar Induksi Timbal Balik
Induksi timbal balik merujuk pada fenomena di mana arus listrik yang berubah-ubah dalam satu kumparan dapat menginduksi arus dalam kumparan lainnya. Hal ini pada dasarnya disebabkan oleh kemampuan medan magnetik dari arus di kumparan pertama (kumparan primer) untuk mempengaruhi kumparan kedua (kumparan sekunder).
Untuk memahami lebih dari konsep ini, bayangkan kumparan primer sebagai penghasil medan magnet yang berubah-ubah. Saat arus dilewatkan melalui kumparan primer, medan magnet menghasilkan fluks magnetik melalui kumparan sekunder. Perubahan dalam fluks magnetik ini pada gilirannya menciptakan tegangan (dapat juga dianggap sebagai beda potensial) di kedua ujung kumparan sekunder yang lahirlah induksi timbal balik ini.
Persamaan
Dalam transformator ideal, rasio antara tegangan pada kumparan primer dan tegangan pada kumparan sekunder adalah sama dengan rasio jumlah turn atau lilitan di masing-masing kumparan. Ini dikenal sebagai Hukum Transformator, dan dapat ditulis dalam bentuk persamaan seperti berikut:
V1 / V2 = N1 / N2
Di mana:
V1 : Tegangan pada kumparan primerV2 : Tegangan pada kumparan sekunderN1 : Jumlah lilitan pada kumparan sekunderN2 : Jumlah lilitan pada kumparan primerBagaimana jika kita memperhatikan dari segi arus? Mulailah dengan Hukum Konservasi Energi. Energi tidak bisa hilang atau muncul begitu saja, hanya bisa berubah bentuk. Jadi, tenaga yang dilewatkan lewat kumparan primer harus sama dengan tenaga yang muncul di kumparan sekunder.
Pada kumparan primer, tenaga (dalam Watt) adalah V1I1, di mana I1 adalah arus di kumparan primer. Di kumparan sekunder, tenaga adalah V2I2. Dari konservasi energi, V1I1 = V2I2. Masukkan hukum Transformator, maka kita dapatkan persamaan untuk arus:
I1 / I2 = N2 / N1
Kesimpulan
Induksi timbal balik antara kumparan primer dan kumparan sekunder dalam transformator mematuhi Hukum Transformator. Hubungan ini memungkinkan kita untuk merancang transformator dengan spesifikasi yang berbeda sesuai dengan kebutuhan kita. Secara fisika, hal ini memanifestasikan prinsip Konservasi energi, dan memberikan contoh khusus bagaimana energi listrik dapat dipindah dari satu tempat ke tempat lainnya tanpa kehilangan energi secara tidak perlu.
