Pintar Pelajaran Pengertian Induksi Elektromagnetik, Aturan Faraday, Aturan Lenz, Gaya Gerak Listrik Induksi, Ggl, Rumus, Pola Soal, Jawaban, Praktikum, Kumparan, Medan Elektromagnetik, Fisika

Pengertian Induksi Elektromagnetik, Hukum Faraday, Hukum Lenz, Gaya Gerak Listrik Induksi, GGL, Rumus, Contoh Soal, Jawaban, Praktikum, Kumparan, Medan Elektromagnetik, Fisika - Induksi elektromagnetik ialah tanda-tanda timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan/konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.

1. Gaya Gerak Listrik Induksi / GGL Induksi

Gaya gerak listrik induksi ialah timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan yang meliputi sejumlah fluks garis gaya medan magnetik, bilamana banyaknya fluks garis gaya itu divariasi. Dengan kata lain, akan timbul gaya gerak listrik di dalam kumparan apabila kumparan itu berada di dalam medan magnetik yang besar lengan berkuasa medannya berubah-ubah terhadap waktu.

1.1. Bunyi Hukum Faraday

Konsep gaya gerak listrik pertama kali dikemukakan oleh Michael Faraday, yang melaksanakan penelitian untuk memilih faktor yang memengaruhi besarnya ggl yang diinduksi. Dia menemukan bahwa induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu semakin cepat terjadinya perubahan medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar. Di sisi lain, ggl tidak sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik, Φ_B, yang bergerak melintasi loop seluas A, yang secara matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai berikut:

Φ = B.A cos θ ....................................................... (1)

Dengan B sama dengan rapat fluks magnetik, yaitu banyaknya fluks garis gaya magnetik per satuan luas penampang yang ditembus garis gaya fluks magnetik tegak lurus, dan θ ialah sudut antara B dengan garis yang tegak lurus permukaan kumparan. Jika permukaan kumparan tegak lurus B, θ = 90^o dan Φ_B = 0, tetapi jikalau B sejajar terhadap kumparan, θ = 0^o, sehingga:

Φ_B = B.A................................................................. (2)

Hal ini terlihat pada Gambar 1, di mana kumparan berupa bujur kandang bersisi i seluas A = i². Garis B sanggup digambarkan sedemikian rupa sehingga jumlah garis per satuan luas sebanding dengan besar lengan berkuasa medan.

Gambar 1. Garis medan magnetik yang menembus luas permukaan A.

Jadi, fluks Φ_B dapat dianggap sebanding dengan jumlah garis yang melewati kumparan. Besarnya fluks magnetik dinyatakan dalam satuan weber (Wb) yang setara dengan tesla.meter² (1Wb = 1 T.m²).

Dari definisi fluks tersebut, sanggup dinyatakan bahwa jikalau fluks yang melalui loop kawat penghantar dengan N lilitan berubah sebesar Φ_B dalam waktu aktu Δt, maka besarnya ggl induksi adalah:

Yang dikenal dengan Hukum Induksi Faraday, yang berbunyi: 

“gaya gerak listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”. 

Tanda negatif pada persamaan (6.3) menunjukkan arah ggl induksi. Apabila perubahan fluks (ΔΦ) terjadi dalam waktu singkat (Δt → 0), maka ggl induksi menjadi:

dengan:

ε = ggl induksi (volt)

N = banyaknya lilitan kumparan

ΔΦ_B = perubahan fluks magnetik (weber)

Δt = selang waktu (s)

1.2. Bunyi Hukum Lenz

Apabila ggl induksi dihubungkan dengan suatu rangkaian tertutup dengan kendala tertentu, maka mengalirlah arus listrik. Arus ini dinamakan dengan arus induksi. Arus induksi dan ggl induksi hanya ada selama perubahan fluks magnetik terjadi.

Hukum Lenz menjelaskan mengenai arus induksi, yangberarti bahwa aturan tersebut berlaku hanya kepada rangkaian penghantar yang tertutup. Hukum ini dinyatakan oleh Heinrich Friedrich Lenz (1804 - 1865), yang sebetulnya merupakan suatu bentuk aturan kekekalan energi. Hukum Lenz menyatakan bahwa:

“ggl induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetnya berlawanan dengan asal perubahan fluks”.

Perubahan fluks akan menginduksi ggl yang menjadikan arus di dalam kumparan, dan arus induksi ini membangkitkan medan magnetnya sendiri.

Gambar 2. Penerapan Hukum Lenz pada arah arus induksi.

Gambar 2. menunjukkan penerapan Hukum Lenz pada arah arus induksi. Pada Gambar 2(a) dan 2(d), magnet membisu sehingga tidak ada perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan. Pada Gambar 2(b) menunjukkan fluks magnetik utama yang menembus kumparan dengan arah ke bawah akan bertambah pada ketika kutub utara magnet didekatkan kumparan. Arah induksi pada Gambar 2(c), 2(e), dan 2(f ), juga sanggup diketahui dengan menerapkan Hukum Lenz.

Contoh Soal 1 :

Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan kendala 4 Ω. Berapakah besar lengan berkuasa arus listrik yang mengalir melalui kumparan?

Penyelesaian:

Diketahui: 

Φ₁ = 0,5 Wb

Φ₂ = 0,1 Wb

N = 200 lilitan

R = 4Ω

Δt = 5 sekon

Ditanya: I ... ?

Pembahasan :

Ggl induksi dihitung dengan persamaan:

tanda (-) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Arus yang mengalir melalui kumparan adalah:

I = ε/R = 16/4 = 4 A

1.3. Faktor Penyebab Timbulnya Gaya Gerak Listrik Induksi

Penyebab utama timbulnya ggl induksi ialah terjadinya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu loop kawat. Besarnya fluks magnetik telah dinyatakan pada persamaan (1). Dengan demikian, ada tiga faktor penyebab timbulnya ggl pada suatu kumparan, yaitu:

a. perubahan luas bidang kumparan (A),

b. perubahan orientasi sudut kumparan θ terhadap medan,

c. perubahan induksi magnetik.

1.3.1. Gaya Gerak Listrik Akibat Perluasan Kumparan dalam Medan Elektromagnetik

Gambar 3. Perubahan luas kumparan alasannya ialah pergerakan batang penghantar pada konduktor U.

Gambar 3 menunjukkan induksi ggl elektromagnetik. Kita asumsikan medan B tegak lurus terhadap permukaan yang dibatasi sebuah konduktor berbentuk U. Sebuah konduktor lain yang sanggup bergerak dengan kecepatan v dipasang pada konduktor U. Dalam waktu Δt konduktor yang bergerak tersebut menempuh jarak:

Δx = v.Δt ................................................................. (5)

Sehingga, luas bidang kumparan bertambah sebesar:

ΔA = l . Δx = l .v .Δt .............................................. (6)

Berdasarkan Hukum Faraday, akan timbul ggl induksi yang besarnya dinyatakan dalam persamaan berikut ini.

Dengan substitusi persamaan (6), maka akan diperoleh:

Persamaan (9) hanya berlaku pada keadaan B, l, dan v saling tegak lurus.

Contoh Soal 2 :

Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetik dengan kecepatan 12 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 1,8 V. Tentukan besarnya induksi magnetik!

Penyelesaian:

Diketahui: l = 2 m; v = 12 m/s; ε = 1,8 volt

Ditanya: B = ... ?

Pembahasan :

Karena V ⊥ B, maka besar induksi magnetiknya adalah:

ε = B.l.v

1,8 = B × 2 × 12

1,8 = 24 B

B = 1,8/24 = 0,075 T

1.3.2. Gaya Gerak Listrik Induksi Akibat Perubahan Orientasi Sudut Kumparan θ Terhadap Medan Elektromagnetik

Perubahan sudut antara induksi magnetik B dan arah bidang normal sanggup menimbulkan timbulnya ggl induksi, yang besarnya sanggup ditentukan melalui persamaan (4).

Karena nilai B dan A konstan, maka akan diperoleh:

Jika laju perubahan cos θ tetap, persamaan (10) menjadi:

Dengan θ₁ dan θ₂ masing-masing menyatakan sudut awal dan sudut simpulan antara arah normal bidang dengan arah induksi.

1.3.3.  Gaya Gerak Listrik Induksi Akibat Perubahan Induksi Magnetik

Perubahan induksi magnetik juga sanggup menjadikan ggl induksi pada luasan bidang kumparan yang konstan, yang dinyatakan sebagai berikut:

Untuk laju perubahan induksi magnetik tetap, persamaan (12) menjadi:

Contoh Soal 3 :

Medan magnet B = ( ) tesla menembus tegak lurus kumparan seluas 100 cm² yang terdiri atas 50 lilitan dan kendala kumparan 5 ohm. Berapakah besar lengan berkuasa arus induksi maksimum yang timbul pada kumparan?

Penyelesaian:

Diketahui: 

B = 

A = 100 cm² = 10^-2 m²

N= 50

R = 5Ω

Ditanya: I_maksimum = ... ?

Pembahasan :

1.4. Percobaan Fisika Sederhana / Praktikum Induksi Elektromagnetik

Tujuan : Memahami terjadinya induksi elektromagnetik.

Alat dan materi : Magnet batang, kumparan, galvanometer. 

Cara Kerja :

1. Ambillah sebuah kumparan dan hubungkan di antara kedua ujung kawat kumparan dengan sebuah galvanometer.
2. Ambillah sebuah magnet batang yang cukup besar lengan berkuasa kemagnetannya.
3. Gerakkan magnet ke dalam kumparan dan amatilah jarum galvanometer.
4. Gerakkan magnet ke luar kumparan dan amatilah kembali jarum galvanometer.
5. Gerakkan magnet maju mundur dan amatilah kondisi jarum galvanometer.
6. Catatlah hasil percobaan dengan mengikuti format berikut ini.

No.	Kondisi Magnet	Keadaan Jarum Galvanometer
1.	Magnet masuk kumparan
2.	Magnet keluar kumparan
3.	Magnet keluar masuk kumparan

Diskusi :

1. Jelaskan yang dimaksud induksi elektromagnetik!
2. Bagaimana frekuensi arus bolak-balik ketika magnet keluar masuk kumparan?
3. Tulislah kesimpulan dari percobaan yang telah kalian lakukan!

Anda kini sudah mengetahui Induksi Elektromagnetik Hukum Faraday dan Hukum Lenz. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.