Induksi Elektromagnetik - Situs Matematika dan Fisika - Situs Matematika dan Fisika

Induksi Elektromagnetik

Pada materi Medan Magnet kita telah mengetahui bahwa Arus listrik dapat menimbulkan Medan Magnet. Sedang Arus listrik adalah Muatan yang bergerak. Disekitar muatan ada Medan Listrik. Jika muatan bergerak maka medan listrik yang dihasilkan akan berubah, maka dapat dikatakan bahwa Perubahan Medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.

Melihat kenyataan ini Faraday menyatakan sebuah hipotesanya dengan pernyataannya :

“Jika perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, maka Perubahan medan magnet juga akan menimbulkan medan listrik”.

Also Read:

Fluks Magnetik  (\phi)

Banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus pada satu satuan luas bidang .

\phi=B.A

Dengan :

B = Kuat Medan magnet (Wb/m2)

A = Luas penampang (m2)

 Jika medan magnetik dengan bidang membentuk sudut tertentu, maka akan berlaku :

Besarnya Fluks Magnetik adalah :

\phi = B. A cos \alpha

Dengan :

B = besarnya kuat medan magnet (Wb.m-2)

A = Luas Penampang (m2)

\alpha = sudut antara bidang sesungguhnya dengan bidang normal. Bidang normal adalah bidang hayal yang selalu tegak lurus terhadap garis gaya magnet.

Kemudian Faraday menguji dengan mempengaruhi sebuah kumparan dengan magnet yang digerakkan disekitar kumparan yang dihubungkan dengan Amperemeter, sehingga terjadi perubahan kuat medan magnet yang menembus bidang kumparan ( terjadi perubahan fluks magnetik ), seperti gambar di bawah ini :

hasilnya ternyata jarum pada Amperemeter bergerak. Ini menunjukkan bahwa ada arus listrik pada kumparan. Adanya arus listrik ini menunjukkan bahwa ada muatan yang bergerak di dalam kumparan, sehingga dikatakan ada medan listrik. Dengan demikian Hipotesa Faraday terbukti.

Peristiwa terjadinya arus listrik pada penghantar / kumparan karena dipengaruhi oleh perubahan fluks magnetik disebut dengan “Induksi elektromagnetik

Arus listrik yang terjadi pada penghantar akibat perubahan flukmagnetik disebut dengan Arus Listrik Induksi. Beda Potensial antara ujung-ujung penghantar disebut dengan GGL Induksi (Gaya Gerak Listrik Induksi).

Arah Arus Induksi dinyatakan berdasarkan Hukum Lenz yang menyatakan : “Arah Arus Induksi pada penghantar sedemikian rupa sehingga dapat menimbulkan sesuatu yang melawan penyebabnya”.

Jika penyebab Arus Induksi tersebut Medan Magnet / Magnet, maka pada penghantar / kumparan harus dapat menghasilkan Medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya, yaitu :

  1. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Utara . ( gb. 1)
  2. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.2)
  3. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Mendekat maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.3)
  4. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Menjauhi maka Pada ujung penghantar / kumparan timbul kutub Utara. (gb.4 )

Jika penyebab timbulnya Medan Magnet adalah Gaya, maka pada penghantar akan timbul Gaya yang melawannya yang besarnya sama dan arahnya berlawanan, yaitu

Pada gambar di bawah akibat Gaya Mekanis F, timbul Gaya Lorentz FL yang besarnya sama dan arahnya berlawanan.

GGL Induksi Pada Kumparan, dinyatakan menurut Hukum Faraday :

GGL Induksi yang terjadi pada kumparan sebanding dengan cepat perubahan Fluks Magnetik melingkupinya

Juga berlaku, bahwa :

Besarnya GGL Induksi Pada penghantar yang bergerak dalam Medan Magnet dinyatakan :

Keterangan :

  • Saat penghantar AB digerakkan oleh gaya mekanis Fmek, maka muatan + dalam penghantar seolah olah bergerak dari kiri ke kanan, sehingga seolah olah ada arus listrik induksi (Ii), akibatnya Muatan + tersebut seolah olah akan mendapatkan gaya Lorentz elementer (FLi).
  • Akibat gaya Lorentz elementer ini, muatan + benar benar bergerak di dalam penghantar dari bawah ke atas, sehingga mengalirlah arus listrik induksi (I) di dalam penghantar.
  • Akibatnya penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet akan mendapat gaya Lorentz (FL) yang arahnya ke kiri, melawan gaya mekanis penyebab gerakkan kawat penghantar.
  • Pada keadaan ini terjadi perubahan Energi mekanis ( akibat gaya Mekanis) menjadi Energi listrik ( akibat adanya arus listrik dalam penghantar), dimana :

Wmek = Fmek. S dengan Fmek = – FL = – B.i.l

Dan

W listrik = \varepsilon .i.t Sehingga berlaku : Wmek = W listrik

B.i.l .S = \varepsilon.i.t dengan \frac{s}{t} = v, maka diperoleh

\varepsilon = - B.l.v

Dengan,

\varepsilon = GGL Induksi ( Volt )

B = Kuat Medan Magnet ( Tesla )

l = Panjang Kawat Penghantar ( m )

v = Kecepatan gerak kawat ( m/s)

GGL Induksi Diri :

GGL Induksi yang terjadi karena perubahan fluks magnetik pada kumparan akibat perubahan arus listrik mempengaruhi kumparan itu sendiri sehingga ujung ujung kumparan timbul beda potensial.

Keterangan :

  1. Saat saklar tertutup arus listrik mengalir lewat kuparan besarnya konstan sehingga fluks magnetik yang terjadi juga konstan.
  2. Sesaat, saat arus listrik terhubung dan terlepas, terjadi perubahan arus listrik dari tidak ada menjadi ada dan dari ada menjadi tidak ada, sehingga sesaat itu terjadi perubahan fluks magnetik disekitar kumparan.
  3. Perubahan fluks magnetik ini mempengaruhi kumparan itu lagi sehingga timbul GGl pada Ujung ujung kumparan yang disebut dengan GGL Induksi Diri.

Besarnya GGL Induksi Diri sebanding dengan cepat perubahan arus listrik, dirumuskan dengan :

\varepsilon_{i}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}

Atau :

\varepsilon_{i}=-L\frac{di}{dt}

Dengan :

\frac{di}{dt} = cepat perubahan kuat arus listrik (ampere/sekon)

L = Konstanta pembanding yang disebut dengan Induktansi diri sering disebut induktansi, dengan satuan Henry (H)

\varepsilon_{i} = GGL Induksi diri (GGL Induksi)

Induktansi Diri pada Kumparan / Solenoida dan Toroida :

Dari persamaan : \varepsilon=-N\frac{d\phi}{dt} dan \varepsilon_{i}=-L\frac{di}{dt} dengan \varepsilon=\varepsilon_{i},

Maka diperoleh nilai Induktansi diri kumparan dan toroida :

L=\frac{N\phi}{I}

Dengan :

\phi = fluks magnetic ( Wb)

N = jumlah lilitan

I = Kuat arus listrik ( Ampere 0

L = Induktansi kumparan / toroida ( Henry )

Dengan mengganti nilai \phi = B.A dan B=\frac{\mu_{0}.I.N}{l} diperoleh persamaan Induktansi kumparan atau toroida :

L=\cfrac{\mu_{0}.A.N^{2}}{l}

Dengan ;

A = Luas penampang (m2)

N = jumlah lilitan

l = panjang penghantar ( m )

 

Energi Induktor :

Karena Induktor dapat menghasilkan GGL Induksi maka Induktor memiliki energi, yang dapat diturunkan dari energi listrik :

W = \varepsilon . I. t

Dengan

\varepsilon_{i}=-L\cfrac{di}{dt} maka diperoleh :

W=\frac{1}{2}L.I^{2}

Dengan :

L = Induktansi ( H )

I = Kuat arus Listrik (A)

W = Energi Induktor ( Joulle)

}
%d blogger menyukai ini: