Induksi Elektromagnetik : Pengertian, Rumus, Contoh dan Pembahasannya [LENGKAP]

induksi elektromagnetik
Ilustrasi oleh dribbble.com

Induksi elektromagnetik merupakan sebuah proses munculnya arus listrik pada sebuah kumparan karena adanya perubahan fluks magnetik.

Saat di bangku sekolah menengah atas, kita pastinya mempelajari elektromagnetika pada mata pelajaran fisika. Pada dasarnya, listrik dan magnet merupakan parameter fisika yang saling berhubungan satu sama lain.

Hal ini dapat dibuktikan ketika kita menggerakkan sebuah magnet dalam kumparan yang dihubungkan ke galvanometer atau alat ukur listrik lainnya. Meskipun kumparan tidak tersentuh oleh magnet, arus listrik akan terbaca oleh galvanometer. Hal inilah yang dinamakan dengan induksi elektromagnetik.

Meskipun terdengar sederhana, induksi elektromagnetik merupakan sebuah fenomena yang cukup rumit karena banyak faktor yang mempengaruhinya. Namun tidak usah khawatir, pada kesempatan kali ini kita akan membahas tuntas mengenai induksi elektromagnetik dengan lengkap dan jelas.

Pengertian

“Induksi elektromagnetik ialah peristiwa timbulnya arus listrik akibat peristiwa ketika konduktor yang diletakkan pada suatu tempat dengan medan magnet yang berubah.”

Seperti yang kita ketahui, sebuah benda yang bersifat magnet akan memiliki medan magnet yang digambarkan oleh garis-garis gaya magnet yang keluar dari benda tersebut.

medan magnet

Garis gaya magnet tersebut akan selalu tetap apabila magnet tidak dipengaruhi oleh magnet lainnya.

Apabila magnet tersebut digerakkan, maka garis gaya magnet tersebut akan mengikuti kemana magnet digerakkan. Hal inilah yang menjadi dasar dari induksi magnetik (perubahan medan magnet).

Pada tahun abad ke-18, seorang ilmuwan bernama Michael Faraday membuat percobaan dimana sebuah medan magnet digerakkan pada sebuah kumparan yang dihubungkan dengan galvanometer. Ketika magnet digerakkan di dalam kumparan, jarum pada galvanometer bergerak menyimpang. Penyimpangan jarum galvanometer juga terjadi ketika kumparan yang digerakkan menuju magnet.

Rumus

Setelah percobaan yang dilakukan oleh Faraday, ilmuwan lainnya mulai menyempurnakan hasil percobaannya melalui persamaan matematik akan faktor-faktor yang mempengaruhi induksi elektromagnetik. Faktor-faktor yang mempengaruhi tersebut ialah :

Fluks Magnet

“Fluks magnet adalah jumlah dari medan magnet pada sebuah penampang.”

Karena fluks magnet didefinisikan sebagai jumlah medan magnet pada sebuah penampang, maka sudut penampang juga mempengaruhi besarnya fluks magnet.

Baca juga:  Mengenal 4 Organ Tubuh yang Mendukung Sistem Ekskresi (+Gambar)
fluks magnet

Secara matematis fluks magnetik didefinisikan sebagai perkalian dot (dot product) antara medan magnet (B) dengan luas bidang (A) yang saling tegak lurus. Hal ini dapat dinyatakan dengan :

Artinya medan magnet tegak lurus dengan luas bidangnya. Jika tidak tegak lurus, tapi membentuk sudut, maka besar fluks magnetnya dikalikan cosinus sudutnya

Hukum Faraday

Pada percobaannya, Faraday mendapatkan hasil dimana gaya gerak listrik tercipta karena adanya perubahan fluks magnet. Oleh karena itu, hubungan antara gaya gerak listrik dengan fluks magnet tersebut tercantum pada Hukum Induksi Faraday.

“Gaya gerak listrik terinduksi pada rangkaian tertutup sama dengan negatif laju perubahan fluks magnetik terhadap waktu di dalam rangkaian.”

Besarnya gaya gerak listrik (GGL) induksi ini bergantung pada laju perubahan fluks magnet dan banyaknya lilitan kumparan. Secara matematis, GGL induksi tersebut dapat dihitung dengan persamaan:

Dimana :

\epsilon = GGL induksi (volt);
N = jumlah lilitan kumparan;
\Delta \phi / \Delta t = laju perubahan fluks magnet.

Tanda delta (\Delta mengungkapkan perubahan. Jadi, (\Delta \phi / \Delta t) adalah perubahan fluks magnet terhadap perubahan waktunya, sehingga disebut sebagai laju perubahan fluks.

Hukum Lenz

Hukum Lenz mendefinisikan bahwa arus induksi akan muncul pada arah yang sedemikian rupa sehingga arah induksi menentang perubahan yang dihasilkan. Jadi, arah arus induksi yang terjadi dalam suatu penghantar menimbulkan medan magnet yang saling bertolak-belakang dengan penyebab perubahan medan magnet tersebut.

Tanda minus (-) pada persamaan Faraday diatas menunjukkan bahwa GGL (\epsilon) yang terbentuk memiliki arah yang bertolak belakang dengan fluks magnet .

Hukum Henry

Hukum Henry menyatakan bahwa apabila arus liktrik yang mengalir pada suatu penghantar berubah terhadap waktu, maka pada penghatar tersebut akan terjadi GGL induksi diri yang dirumuskan dengan :

induksi elektromagnetik 3

dimana :

GGL induksi diri (volt)
L = induktansi diri
dI/dt = besar perubaha arus per satuan waktu (Ampere/sekon)

Induksi diri (L) merupakan besarnya GGL yang terjadi pada suatu kumparan dimana terjadi perubahan arus 1 Ampere setiap 1 detik yang dirumuskan dengan:

dimana:

Baca juga:  Koloid: Pengertian, Ciri-Ciri, Jenis, dan Manfaatnya

N = jumlah lilitan kumparan
\phi = fluks magnet (Weber)
I =kuat arus (Ampere)

Contoh Soal

Persamaan matematis dari induksi elektromagnetik mungkin cukup susah untuk dipahami. Namun tidak usah khawatir, berikut merupakan beberapa contoh soal agar kalian mudah memahaminya:


Soal 1

Sebuah kawat panjangnya 1 m bergerak tegak lurus pda medan magnetik dengan kecepatan 20 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 2,4 V. Tentukan besarnya induksi magnetik!

Pembahasan

Contoh 2

Sebuah kumparan yang mempunyai luas bidang kumparan 50 cm2  terdiri atas 200 lilitan, jika pada kumparan tersebut terjadi perubahan induksi magnet sebesar 2 Wb/m2 per sekonnya, tentukan besarnya GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut!

Pembahasan
induksi elektromagnetik 2

Soal 3

Sebuah kumparan mempunyai induktansi 4,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 8 mA. berapakah besar GGL induksi dari kumparan apabila dalam selang waktu 0.04 s kuat arus menjadi 0 ?

Pembahasan
induksi elektromagnetik

Contoh 4

Sebuah kumparan dengan jumlah 200 lilitan dalam waktu 0,1 detik menimbulkan perubahan fluks magnet sebesar 3 \times 10^{-4} Wb, berapa GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut?

Pembahasan
Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:
\epsilon = N (\frac{\Delta \phi}{\Delta t})
\epsilon = (200) (\frac{3 \times 10^{-3} Wb}{0,1 s})
\epsilon = 6 Volt
Tanda minus (jika memakai persamaan sebenarnya) hanya menunjukkan arah arus induksi yang berlawanan dengan fluks magnetnya.

Contoh 5

Sebuah kumparan flat berbentuk persegi memiliki jumlah lilitan sebanyak 5. Kumparan tersebut memiliki sisi sepanjang 0,5 m dan memiliki medan magnet sebesar 0,5 T. Kumparan tegak lurus dengan medan magnet. Medan magnet mengalami kenaikan dari 0,5 T menjadi 1 T dalam 10 sekon. Dengan menggunakan hukum faraday, hitunglah berapa GGL induksi yang timbul.

Pembahasan
Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet dan dinyatakan dengan:  \phi = BA
Medan magnet awal kita simbolkan dengan B1
Medan magnet akhir kita simbolkan dengan B2

Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:

\epsilon = N (\frac{\Delta \phi}{\Delta t})
\epsilon = N (\frac{\phi_2 - \phi_1}{\Delta t})
\epsilon = N (\frac{B_2A - B_1A}{\Delta t})
\epsilon = N (\frac{A(B_2 - B_1)}{\Delta t})
\epsilon = N (\frac{(0,5)^2 (1 - 0,5)}{10})
\epsilon = 0,0625 Volt

Menyukai hal berbau sains dan teknologi. Menyelesaikan studi fisika material di Universitas Diponegoro.

Be the first to comment

Leave a Reply