Konversi Mekanik ke Listrik

Energi listrik adalah energi yg telah akrab dengan peradapan modern. Konversi Energi yang paling sering dilakukan dalamm kehidupan sehari-hari adalah konversi energi dari mekanik ke listrik. Untuk itu membahas konversi energi mekanik ke listrik, adalah bahasan utama dalam teknik konversi energi. Pada umumnya konversi energi mekanik ke listrik diperlukan untuk pembangkit sumber energi. Alat yang dapat meng-konversi dari Mekanik ke Elektrik adalah GENERATOR.

Konsep Dasar Emisi Elektron

Emisi Medan Listrik (Field Emission)

Konversi Energi mekanik ke listrik terjadi berdasar pemanfatan : 

1. Konsep emisi elektron sekunder
2. Konsep emisi elektron medan listrik

Emisi elektron adalah suatu peristiwa terlepasnya satu atau lebih elektron dari ikatanya dalam suatu atom atau molekul. Energi minimal yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari orbitnya pada atom atau molekul tersebut didefenisikan sebagi energi ambang. Hal ini disebabkan karena logam mempunyai banyak elektron bebas. Daya tarik inti atom terhadap elektron terkeluar kurang kuat, sehingga elektron mudah terlepas jika diberi tenaga dari luar. Walaupun logam mempunyai banyak elektron bebas yang bergerak bebas tetapi masih cukup untuk menahan elektron pada permukaan logam, sehingga terjadi emisi elektron, maka diperlukan suatu energi untuk mengatasi daya tarik inti atom. Besarnya energi mengatasi daya tarik inti atom oleh sebuah elektron sehingga elektron bisa melompat keluar dari permukaan logam dapat di defenisikan sebagai fungsi kerja (eV, elektron volt).

Pada katoda dikenakan medan listrik yang cukup besar sehingga tarikan yang terjadi dari medan listrik pada elektron menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk lompat keluar dari permukaan katoda.

Energi yang menjadi penyebab lepasnya elektron datang dalam bentuk energi mekanik yaitu energi yang diberikan dalam proses tumbukan antara elektron luar yang datang dengan elektron yang ada pada katoda.

GENERATOR adalah mesin pembangkit listrik (konversi dari energi mekanik ke listrik). Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik
yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain. 

Sebelum hubungan antara magnet dan listrik ditemukan, generator menggunakan prinsip elektrostatik.

Elektrostatik adalah cabang fisika yang berhadapan dengan gaya yang dikeluarkan oleh medan listrik statik (yaitu, tidak berubah) kepada sebuah objek bermuatan.

GENERATOR ELEKTROSTATIK 

1. Mesin Wimshurst 

Mesin Wimshurst adalah generator elektrostatik yg menggunakan induksi elektrostatik atau "influence“ (emisi sekunder) .

2. Generator Van de Graaff 

Generator elektrostatik Van de Graaff menggunakan satu dari dua mekanisme:

1. Penyaluran muatan dari elektroda voltase-tinggi 
2. Muatan yang dibuat oleh efek triboelectric menggunakan pemisahan dua insulator

GENERATOR ELEKTROMAGNETIK 

1.Dinamo Faraday 

Dinamo Faraday adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad 21. 

Dinamo ini menggunakan prinsip elektromagnetis-me untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik. Pertama kali dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat alat Prancis. Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah "crank". Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil". Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan. Dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. 

Magnet yang berputar diletakaan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. 

2. Dinamo Gramme

Dinamo Gramme adalah penyempurnaan dari Dinamo sebelumnya, karena kedua desain sebelum-nya mempunyai masalah yang sama : mereka me-nginduksi "spike" arus diikuti tanpa arus sama seka-li. 

Antonio Pacinotti, seorang ilmuwan Italia, mem-perbaikinya dengan mengganti "coil" berputar dengan yang "toroidal", yang dia ciptakan dengan mebungkus cincin besi. Dengan demikian sebagian dari "coil" terus melewati magnet, dan membuat arus menjadi lancar. 

Zénobe Gramme menciptakan kembali desain ini beberapa tahun kemudian ketika mendesain pembangkit listrik komersial untuk pertama kalinya, di Paris pada 1870-an. Desainnya sekarang dikenal dengan nama dinamo Gramme. Beberapa versi dan peningkatan lain telah dibuat, tetapi konsep dasar dari memutar loop kawat yang tak pernah habis tetap berada di hati semua dinamo modern.

Prinsip Dasar

Pada umumnya generator-generator kecil untuk mendapatkan tegangan yang memenuhi cukup dengan magnet permanent. Walaupun magnetnya permanent tapi fluks di rotor berubah-ubah karena putaran. 

Generator besar pada umumnya menggunakan elektromagnetik, tapi juga ada yang pakai magnet permanent di sisi exciter generatornya, hanya saja tegangannya disini memang cukup kecil < 100 Volt. 

Satu hal lagi yang harus dicatat sifat kemagnetan magnet permanent dipengaruhi oleh temperatur, kalau temperaturnya tinggi kuat medan magnetnya akan berkurang.