Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik adalah proses ketika konduktor yang diletakkan di suatu medan magnet yang bergerak/berubah (atau konduktornya yang digerakkan melewati medan magnet yang diam) menyebabkan terproduksinya voltase disepanjang konduktor. Proses induksi elektromagnetik ini menghasilkan arus listrik.
Hukum Kekekalan Energi
Pemanasan Global
Hukum Kirchhoff
Proses induksi elektromagnetik dapat bekerja pula secara kebalikannya, jadi pergerakan arus listrik dapat menghasilkan sebuah medan magnetik. Faktanya, sebuah magnet biasa memiliki medan magnet akibat gerakan individual elektron-elektron dalam atom-atom penyusun magnet; elektron-elektron tersebut bergerak secara seragam sehingga menghasilkan medan magnet uniform.
Induksi elektromagnetik telah diterapkan pada berbagai teknologi seperti komponen-komponen elektrikal: induktor dan transformator, dan alat-alat yang sangat krusial: motor elektrik dan generator.
Rumus Induksi Elektromagnetik
Fluks Magnet
Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet. Fluks magnet dihasilkan dari perkalian antara medan magnet (B) dengan luas bidang (A) yang saling tegak lurus. Fluks magnet dapat dinyatakan dengan
Rumus diatas adalah fluks magnet dimana medan magnetnya tegak lurus dengan luas bidangnya. Jika tidak tegak lurus, tapi membentuk sudut, maka besar fluks magnetnya dikalikan cosinus sudutnya
Hukum Faraday
Hukum Faraday menyatakan bahwa jika jumlah fluks magnet yang memasuki suatu kumparan berubah, maka pada ujung-ujung kumparan akan timbul GGL (gaya gerak listrik) induksi. Besarnya GGL induksi ini bergantung pada laju perubahan fluks magnet dan banyaknya lilitan kumparan. GGL induksi tersebut dapat dihitung secara matematis dengan rumus:
dimana:
merupakan GGL induksi (volt);
N merupakan jumlah lilitan kumparan;
merupakan laju perubahan fluks magnet.
Tanda delta ( mengungkapkan perubahan. Jadi, () adalah perubahan fluks magnet terhadap perubahan waktunya, sehingga disebut sebagai laju perubahan fluks.
Hukum Lenz
Hukum Lenz menyatakan 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
di mana:
merupakan GGL induksi diri (volt)
L merupakan induktansi diri
dI/dt merupakan 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:
N merupakan jumlah lilitan kumparan
merupakan fluks magnet (Weber)
I merupakan kuat arus (Ampere)
Penerapan Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik sangatlah krusial penerapan fenomena inilah yang mampu menghasilkan listrik (dan sebaliknya) sehingga kita dapat menjalani kehidupan di era modern.
Generator
Generator merupakan alat yang mempu mengubah putaran poros menjadi arus listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Bagian generator yang berputar disebut rotor, dan bagian diam disebut stator. Terdapat dua tipe generator, yaitu generator AC (arus searah) dan generator DC (arus bolak-balik).
Dinamo (motor listrik)
Dinamo merupakan alat yang bekerja kebalikan dari generator. Dinamo mampu mengubah arus listrik menjadi putaran poros yang mampu menggerakkan berbagai alat. Nama bagian-bagian dinamo sama seperti generator, begitu pula tipe-tipe dinamo.
Transfomator Listrik (trafo)
Trafo merupakan alat yang mampu mengubah arus listrik dan juga voltasenya. Kegunaan ini sangatlah penting karena sangat dibutuhkan baik dalam pendistribusian listrik maupun dalam berbagai alat elektrik.
Contoh Soal Induksi Elektromagnetik
Contoh Soal 1
Sebuah kumparan dengan jumlah 200 lilitan dalam waktu 0,1 detik menimbulkan perubahan fluks magnet sebesar , berapa GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut?
Pembahasan:
Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:
Tanda minus (jika memakai persamaan sebenarnya) hanya menunjukkan arah arus induksi yang berlawanan dengan fluks magnetnya.
Contoh Soal 2
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:
Medan magnet awal kita simbolkan dengan B1
Medan magnet akhir kita simbolkan dengan B2
Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:
Kontributor: Ibadurrahman
Mahasiswa S2 Teknik Mesin FTUI
Materi StudioBelajar.com lainnya: