Induksi Elektromagnetik dan Hukum Faraday
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ | induksi elektromagnetik |
| magnetic flux/mæɡˈnetɪk flʌks/ | fluks magnetik |
Gerakkan magnet dekat kumparan—dan buat listrik
- Dorong magnet masuk dan keluar dari kumparan kawat dan arus akan mengalir, tanpa baterai sama sekali.
- Menggerakkan magnet menghasilkan tegangan—kebalikan dari efek motor.
- Ini adalah induksi elektromagnetik, dan ia menggerakkan setiap generator di Bumi.
- Setiap pembangkit listrik, dari batubara hingga angin, sebenarnya hanya memutar magnet di dekat kumparan.
Medan yang berubah menginduksi tegangan
- Yang penting adalah perubahan pada medan magnet melalui kumparan—yaitu fluks-nya.
- Fluks yang berubah menginduksi tegangan (GGL) dalam kumparan.
- Gerakkan magnet, putar kumparan, atau nyala/matikan arus—perubahan apa pun bisa bekerja.
- Jaga segalanya diam dan tegangan induksi hilang; yang dihitung adalah perubahannya.
Menginduksi arus
Gerakkan magnet melalui kumparan pada kecepatan berbeda dan perhatikan perubahan arus yang diinduksi.
Apa yang diperlukan untuk menginduksi tegangan pada kumparan?
Hanya fluks yang berubah yang menginduksi GGL; medan stabil tidak menghasilkan apa-apa.
Hukum Faraday
- Hukum Faraday: GGL induksi sama dengan laju perubahan fluks, $\varepsilon = -N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$.
- $N$ adalah jumlah lilitan, dan $\Phi$ fluks magnetik melalui setiap lilitan.
- Perubahan yang lebih cepat, atau lebih banyak lilitan, menghasilkan tegangan induksi yang lebih besar.
- Tanda minus adalah hukum Lenz—arus induksi melawan perubahan yang menyebabkannya.
Kumparan dengan $100$ lilitan mengalami perubahan fluks magnetik sebesar $0.02\ \text{Wb}$ dalam waktu $0.5\ \text{s}$. Berapakah besar GGL induksinya, dalam satuan $\text{V}$?
$|\varepsilon| = N\Delta\Phi/\Delta t = 100 \times 0.02/0.5 = 4\ \text{V}$.
Menambah jumlah lilit pada kumparan membuat GGL induksi:
$\varepsilon = -N\Delta\Phi/\Delta t$: lebih banyak lilit $N$ menghasilkan GGL yang lebih besar.
Tanda minus dalam hukum Faraday adalah ____ : arus diinduksi berlawanan arah dengan perubahan tersebut.
Hukum Lenz: arus diinduksi berlawanan arah dengan perubahan fluks yang menyebabkannya.
Generator dan transformator
- Sebuah generator memutar kumparan dalam medan, terus-menerus mengubah fluks untuk menghasilkan listrik AC.
- Transformator menggunakan arus yang berubah di satu kumparan untuk menginduksi tegangan di kumparan lain.
- Keduanya hanyalah penerapan hukum Faraday, mengubah gerakan (atau arus yang berubah) menjadi tegangan.
- Induksi adalah jembatan dua arah antara listrik dan magnetisme.
Magnet yang dipegang diam di dalam kumparan menginduksi arus stabil.
Tidak ada perubahan fluks berarti tidak ada arus diinduksi — magnet harus bergerak.
Pilih semua cara untuk meningkatkan GGL induksi pada kumparan.
Perubahan lebih cepat, lebih banyak lilitan, atau magnet yang lebih kuat semuanya menaikkan GGL. Diam tidak menginduksi apa-apa.
Induksi memerlukan fluks yang berubah, bukan hanya medan. Magnet yang diam di dalam kumparan tidak menginduksi arus sama sekali — hanya dengan memindahkannya (mengubah fluks) hal itu terjadi. Dan hukum Lenz (tanda minus) berarti arus terinduksi selalu melawan perubahan yang menyebabkannya.
Sebuah kumparan $N = 100$ lilitan mengalami perubahan fluks sebesar $\Delta\Phi = 0.02\ \text{Wb}$ dalam waktu $\Delta t = 0.5\ \text{s}$. Tentukan besar GGL terinduksi.
- $|\varepsilon| = N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t} = 100 \times \dfrac{0.02}{0.5} = 4\ \text{V}$.
Ubah fluks lebih cepat (waktu $\Delta t$ lebih kecil) dan tegangan terinduksi akan bertambah.
Induksi elektromagnetik: fluks magnetik yang berubah menginduksi GGL. Hukum Faraday: $\varepsilon = -N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ — perubahan lebih cepat atau lebih banyak lilitan menghasilkan tegangan lebih besar. Tanda minus adalah hukum Lenz (arus terinduksi melawan perubahan). Generator dan transformator semuanya bekerja berdasarkan prinsip ini.