Induksi Elektromagnetik Fluks, Faraday, GGL, Lenz, Transformator, Induktansi | Fisika Kelas 12
Induksi elektromagnetik merupakan fenomena yang menunjukkan adanya hubungan timbal balik antara magnet dan medan listrik. Penemuan konsep ini membuka cakrawala dunia dalam pengembangan teknologi listrik dan komunikasi. Salah satu penerapan terpenting dari induksi elektromagnetik adalah pengembangan generator listrik atau dinamo dan transformator.
Transformator merupakan salah satu alat yang akrab dengan kehidupan kita yang berfungsi menurunkan dan menaikan tegangan begitu pula generator sebagai pembangkit listrik menjadi salah satu alat yang tidak bisa diabaikan dalam proses pembangkitan listrik hingga sampai ke rumah-rumah. Oleh karena itu pengetahuan tentang induksi elektromagnetik sangatlah penting untuk dipahami sebagai langkah awal ke pemahaman tentang pengetahuan-pengetahuan fisika lain yang merupakan turunanya. Yuk kita simak selengkapnya dibawah ini.
Fluks Magnetik
Induksi elektromagnetik adalah gejala terjadinya GGL induksi pada penghantar karena perubahan fluks magnetik yang melingkupinya. Fluks magnetic menyatakan kuat medan magnet (B) yang memotong suatu bidang dan merupakan hasil kali besar B dengan luas bidang A yang tegak lurus pada induksi magnet tersebut.
Besarnya fluks magnetik dapat ditentukan dengan rumus berikut: ∅ = A.B.cos θ
Keterangan:
Φ = fluks magnetik (Wb)
B = kuat medan magnet (tesla atau Wb/m2)
A = luas penampang (m2)
θ = sudut B terhadap garis normal
Hukum Faraday
Hukum Faraday menyatakan bahwa besarnya GGL induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupinya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
GGL Induksi Akibat Perubahan Luas Bidang
Jika luas bidang yang melingkupi medan magnet mengalami perubahan, rumusan GGL induksinya menjadi berikut.
Untuk kasus kawat yang digeser, persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
Keterangan:
ε = besar GGL induksi (V)
B = kuat medan magnet (T)
l = panjang kawat (m)
v = kecepatan gerak kawat (m/s)
θ = sudut antara v dan B
GGL Induksi Akibat Perubahan Sudut (θ)
Keterangan:
N = banyak lilitan
B = induksi magnetik (T)
A = luas kumparan (m2)
ω = kecepatan sudut kumparan (rad/s)
ε = ggl setiap saat (V)
εmaks = ggl maksimum (V)
Hukum Lenz
Hukum Lenz digunakan untuk menentukan arah arus induksi dalam suatu kumparan akibat perubahan fluks magnetik dalam kumparan tersebut. Menurut Hukum Lenz, arus yang dihasilkan dari induksi elektromagnetik akan menimbulkan medan magnet yang arahnya berlawanan dengan perubahan fluks magnetik asalnya.
Jika kutub utara magnet batang digerakkan mendekati kumparan, fluks magnetik yang melalui kumparan akan semakin besar. Akibatnya, terjadi perubahan fluks magnetic yang arahnya berlawanan dengan arah perubahan fluks magnetik asalnya. Hal ini mengakibatkan timbulnya arus induksi yang arahnya sesuai dengan aturan tangan kanan, yaitu berlawanan arah gerak jarum jam.
Jika magnet batang tersebut ditarik menjauhi kumparan, arah arusnya akan berubah karena besar perubahan fluks magnetik menjadi semakin kecil. Namun, jika magnet batang tersebut tidak digerakkan, tidak akan ada perubahan fluks magnetik sehingga tidak timbul arus induksi. Beda potensial akibat munculnya arus induksi ini disebut gaya gerak listrik induksi (GGL induksi). Ggl induksi dapat didefinisikan sebagai laju perubahan fluks magnetik terhadap waktu. Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut.
Tanda minus menunjukkan bahwa arah fluks magnetik induksi berlawanan dengan arah fluks magnetik asalnya. Jika fluks magnetik diakibatkan oleh kumparan yang terdiri atas beberapa lilitan, persamaan ggl induksinya dapat dituliskan sebagai berikut.
Keterangan:
ε = ggl induksi (V)
N = jumlah lilitan
∆Φ = perubahan fluks magnetik (Wb)
∆t = selang waktu (s)
B = kuat medan magnet (T atau Wb/m2)
A = luas kumparan (m2)
θ = besar sudut antara medan magnet dan normal bidang kumparan (o)
Dari persamaan tersebut, diketahui bahwa ggl induksi dapat ditimbulkan dengan adanya perubahan terhadap waktu untuk variabel-variabel berikut:
- Medan magnet (B)
- Luas area yang dilingkupi kumparan (A)
- Sudut antara medan magnet dan normal bidang kumparan (θ)
Ggl induksi juga dapat ditimbulkan dengan menggerakkan konduktor, sehingga luas area yang berada dalam medan magnet berubah. Misalnya pada gambar berikut.
Konduktor diletakkan pada kawat sejajar yang dihubungkan dengan sebuah hambatan dalam suatu medan magnet. Ketika konduktor digerakkan ke kiri ataupun ke kanan, akan terjadi perubahan luas area yang berada dalam medan magnet tersebut. Akibatnya, terjadi perubahan fluks magnetik yang menimbulkan arus induksi. Arus induksi ini akan menimbulkan ggl induksi yang besarnya sebagai berikut:
Keterangan:
ε = ggl induksi (V)
B = kuat medan magnet (T atau Wb/m2)
l = panjang konduktor (m)
v = kecepatan konduktor (m/s)
Sementara itu, besar arus induksinya dapat ditentukan dengan rumus berikut:
Transformator
Salah satu komponen elektronik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik adalah transformator (trafo). Skemanya adalah sebagai berikut.
Pada transformator ideal, berlaku:
Vp = tegangan primer (V)
Vs = tegangan sekunder (V)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Is = kuat arus sekunder (A)
Ip = kuat arus primer (A)
Adapun efisiensi trafo (η) dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
η = efisiensi trafo (%)
Pout = daya keluaran (W)
Pin = daya masukan (W)
Np > Ns dan Vp >Vs = trafo step down
Np < Ns dan Vp< Vs = trafo step up
Induktansi
Perubahan kuat arus listrik dalam suatu kumparan akan membentuk GGL induksi diri pada kumparan tersebut. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut:
Selain itu, besar induktansi diri dirumuskan sebagai berikut:
Adapun energi yang tersimpan dalam induktor dirumuskan sebagai berikut:
Usai menyimak pemaparan diatas, kini kamu makin mahir menguasai seputar induksi elektromagnetik.
Oiya, Minco alias Mimin KOCO juga mau kasih bocoran, nih kalau KOCO Star juga menyediakan media pembelajaran jika kamu masih butuh penjelasan yang lebih lengkap lagi. Langsung klik gambar banner ini, ya!
Dapatkan juga akses ke ribuan materi atau video belajar Matematika, IPA, IPS, Bahasa Indonesia, Bahasa Inggris, serta bantuan langsung dari para guru secara live online dengan berlangganan KODIO Learning.
