Rangkuman, Soal dan Pembahasan Induksi Elektromagnetik

Rangkuman Materi Induksi Elektromagnetik

Seperti yang saya katakan sebelumnya bahwa materi fisika kelas 12 itu hampir-hampir mirip. ini terkadang yang membuat kita kebingungan dalam mempelajarinya. jika sebelumnya kita membahas tentang medan magnetik, makja pada bab kali ini berjudul induksi elektromagnetik. jadi jangan sapai tertukar ya..!!

Fluks Magnetik

Faraday memperkenalkan besaran yang dinamakan fluks magnetik yang menyatakan jumlah garis-garis gaya magnetik yang dirumuskan sebagai berikut:
Φ = BA cos θ

Keterangan :
Φ : fluks magnet (Wb)
A : luasan penampang (m²)
B = induksi magnetik (Wb/m²)
θ : sudut antara medan magteg B dengan garis norml bidan permukaan

GGL Induksi

Faraday mempelajari apakah medan magnetdapat menimbulkan arus listrik kembali. Hasil eksperimen faraday dituangkan dalam hukum faraday yang berbunyi,”ggl induksi yang timbul pada ujung suatu penghantar atau kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yangdilindupi oleh loop penghantar atau kumparan tersebut. Dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut

Keterangan :
ε = ggl induksi (volt)
N = Jumlah lilitan

= laju perubahan fluks magnetik

Tanda negatif dijelaskan oleh Hukum lenz yang menyatakan bahwa arus induksi selalu menimbulkan medan magnet induksi yang berlawanan dengan perubahan medan magnet asalnya.

GGL Induksi Pada Ujung Penghantar Yang Digerakan

Dirumuskan sebagai berikut:
ε = B l v sin θ

Keterangan
ε = ggl induksi (volt)
B = induksi magnet (Wb/m²)
l = panjang penghantar
v = kecepatan gerak penghantar (m/s)
θ = sudut antara θ dan v.Arah arusnya dapat menggunakan kaidah tangan kanan

GGL Induksi Pada Generator

Generator merupakan alat yang dapat merubah energi gerak menjadi energi listrik. Ggl induksinya dirumuskan melalui persamaan berikut:
ε = N.B.A.ω.sin α

Keterangan:
ε = ggl induksi (Volt)
N = jumlah lilitan
B = besar induksi magnetik (Wb/m²)
A = luas penampang kumparan(m²)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
α = sudut terhadap medan magnet

Induksi Diri

Induktor

Solenoida merupakan induktor yang jika dihubungkan dengan arus AC maka pada induktor tersebut akan mengalami perubahan induksi magnet. Ggl induksi yang disebabkan oleh dirinya sendiri disebut induksi diri yang dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan :

ε = ggl induksi diri (volt)
L = induktansi diri induktor (henry)

= perubahan kuat arus tiap satu satuan waktu

Jika induktor berbentuk solenoida induksi induktornya sebagai berikut:

Keterangan :
L = induktansi diri induktor (henry)
N = jumlah lilitan
A = luas penampang induktor (m²)
l = panjang induktor (m)
μ_o = 4π.10^-7 Wb.A^-1.m^-1

Transformator

Transformator/trafo merupakan alat yang digunakan untuk mengubah nilai tegangan bolak-balik yang diperlukan dalam suatu rangkaian listrik.

Berlaku persamaan sebagai berikut.

Trafo Ideal

Trafo Tidak Ideal

Efisiensi trafo

Keterangan:
V_p = tegangan primer (Volt)
V_s = tegangan sekunder(Volt)
N_p = lilitan primer
Ns = lilitan sekunder
I_p = arus pada kumparan primer(Ampere)
I_s = arus pada kumpara sekunder(Ampere)
η = efisiensi transformator (%)
P_s = daya kumparan sekunder (watt)
P_p = daya kumparan primer (watt)

Trafo dibedakan menjadi dua, yaitu;

Trafo Step Up 

trafo yang berfungsi menaikan tegangan bolak balik suatu sumber. (V_p < V_s, N_p < N_s, dan I_p > I_s)

Trafo Step Down
trafo yang berfungsi menurunkan tegangan bolak balik suatu sumber. (V_p > V_s, N_p > N_s, dan I_{p <} I_s)

Contoh Soal dan Pembahasan Induksi Elektromagnetik

Soal No. 1
Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar. 

Tentukan :
a) besar ggl induksi
b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ
c) arah kuat arus pada kawat PQ
d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
e) besar gaya Lorentz pada PQ
f) arah gaya Lorentz pada PQ
g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

Pembahasan
a) besar ggl induksi

b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ

c) arah kuat arus pada kawat PQ
Kaidah tangan kanan untuk arah arus induksi :
- 4 jari = arah medan magnetik (B)
- ibu jari = arah gerak kawat (v)
- telapak tangan = arah arus induksi (i)

Arah arus dari P ke Q ( atau dari Q ke P melalui hambatan R)

d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
Potensial P lebih tinggi dari Q karena arus listrik mengalir dari potensial lebih tinggi ke rendah.

e) besar gaya Lorentz pada PQ

f) arah gaya Lorentz pada PQ

Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz (gaya magnetik) :
- 4 jari = arah kuat medan maganet (B)
- ibu jari = arah arus listrik (i)
- telapak tangan = arah gaya (F)
Arah gaya F ke kiri (berlawanan dengan arah gerak v)

g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

Soal No. 2
Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10⁻⁵ Wb menjadi 5 x 10^{− 5} Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!

Pembahasan
Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10⁻³ sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10^{− 5}− 3 x 10^{− 5} = 2 x 10^{− 5} Wb  

Soal No. 3
Kumparan dengan 10 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dengan persamaan:
φ = 0,02 t³ + 0, 4 t² + 5
dengan φ dalam satuan Weber dan t dalam satuan sekon. Tentukan besar ggl induksi saat t = 1 sekon!

Pembahasan

NEXT PAGE : 1 2