Hukum Faraday dan Hukum Lenz Pada GGL Induksi

Pengertian Fluks Magnetik

Konsep tentang fluks magnetik pertama kali dikemukaan oleh ilmuwan Fisika yang bernama Michael Faraday untuk menggambarkan medan magnet. Ia menggambarkan medan magnet dengan menggunakan garis-garis gaya, di mana daerah yang medan magnetnya kuat digambarkan garis gaya rapat dan yang kurang kuat digambarkan dengan garis gaya yang kurang rapat. Sedangkan untuk daerah yang memiliki kuat medan yang homogen digambarkan garis-garis gaya yang sejajar.

Garis gaya magnet dilukiskan dari kutub utara magnet dan berakhir di kutub selatan magnet. Untuk menyatakan kuat medan magnetik dinyatakan dengan lambang B yang disebut dengan induksi magnet, induksi magnetik menyatakan kerapatan garis gaya magnet. Sedangkan fluks magnetik menyatakan banyaknya jumlah garis gaya yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus. Fluks magnetik dapat dinyatakan dalam persamaan, sebagai berikut.

atau jika diuraikan arahnya maka rumus fluks magnetik menjadi:

dengan

F = fluks magnetik (Wb = weber)

B = induksi magnet (T atau WB.m-2)

A = luas permukaan bidang (m2)

q = sudut yang dibentuk antara arah B dengan garis normal (radian atau derajat)

Jika permukaan kumparan tegak lurus B, θ = 90^o dan Φ = 0,
tetapi jika B sejajar terhadap kumparan, θ = 0 derajat, sehingga besarnya fluks magnetik dapat dinyatakan dengan:

Pengertian Induksi Elektromagnetik

Gaya gerak listrik induksi adalah timbulnya gaya gerak listrik di dalam kumparan yang mencakup sejumlah fluks garis gaya medan magnetik, bilamana banyaknya fluks garis gaya itu divariasi. Dengan kata lain, akan timbul gaya gerak listrik di dalam kumparan apabila kumparan itu berada di dalam medan magnetik yang kuat medannya berubah-ubah terhadap waktu.

Hukum Faraday

Konsep gaya gerak listrik pertama kali dikemukakan oleh Michael Faraday, yang melakukan penelitian untuk menentukan faktor yang memengaruhi besarnya ggl yang diinduksi. Dia menemukan bahwa induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu semakin cepat terjadinya perubahan medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar. Di sisi lain, ggl tidak sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik, B Φ , yang bergerak melintasi loop seluas A.

Bunyi Hukum Faraday tentang Induksi :

“gaya gerak listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.

Secara matematis hukum faraday dapat dituliskan:

Rumus ggl induksi berdasarkan hukum faraday

dengan:

e = ggl induksi (volt)

N = banyaknya lilitan kumparan

ΔΦ = perubahan fluks magnetik (weber)

Δt = selang waktu (s)

Tanda negatif pada persamaan hukum faraday diatas menunjukkan arah ggl induksi.

Karena

Maka besarnya ggl induksi juga dapat dituliskan:

Hukum Lenz

Berdasarkan hukum Faraday, telah kita ketahui bahwa perubahan fluks magnetik akan menyebabkan timbulnya beda potensial antara ujung kumparan. Apabila kedua ujung kumparan itu dihubungkan dengan suatu penghantar yang memiliki hambatan tertentu akan mengalir arus yang disebut arus induksi dan beda potensial yang terjadi disebut ggl induksi. Arus induksi dan ggl induksi hanya ada selama perubahan fluks magnetik terjadi.

Faraday pada saat itu baru dapat menghitung besarnya ggl induksi yang terjadi, tetapi belum menentukan ke mana arah arus induksi yang timbul pada rangkaian/kumparan.

Arah arus induksi yang terjadi baru dapat dijelaskan oleh Friederich Lenz pada tahun 1834 yang lebih dikenal dengan hukum Lenz. Hukum Lenz menjelaskan mengenai arah arus induksi, dan hukum Lenz tersebut berlaku hanya kepada rangkaian penghantar yang tertutup. Perubahan fluks akan menginduksi ggl yang menimbulkan arus di dalam kumparan, dan arus induksi ini membangkitkan medan magnetnya sendiri.

Bunyi hukum Lenz adalah sebagai berikut :

Jika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan).

Untuk lebih memahami hukum Lenz tentang arah arus induksi perhatikan urain berikut:

Misal sebuah magnet batang dilewatkan melalui lintasan yang berimpit dengan sumbu cincin kawat.

Menentukan arah arus induksi dengan hukum lenz

Untuk menentukan arah arus pada cincin, pertama-tama kita tinjau ketika magnet batang mendekati cincin. Arah garis-garis gaya medan magnet yang dihasilkan oleh magnet batang ditunjukkan seperti pada gambar.

Bayangkan, semula hanya beberapa buah garis gaya medan magnet yang masuk cincin. Ketika magnet batang mendekat, garis-garis gaya medan magnet yang masuk ke dalam cincin bertambah banyak. Perubahan fluks magnet tersebut akan menimbulkan arus induksi pada cincin. Arus tersebut muncul untuk melawan perubahan garis gaya.

Oleh karena garis gaya bertambah, berarti arus induksi muncul untuk mengurangi garis gaya tersebut. Dengan demikian, arah garis gaya magnet oleh arus induksi(Bi) adalah berlawanan dengan arah garis gaya magnet yang dihasilkan oleh magnet batang(B). Sesuai dengan aturan tangan kanan, Ibu jari menunjukan Bi dan jari-jari lainnya menunjukan i, arah arus induksi pada cincin adalah berlawanan arah putaran jarum jam.

Sekarang, kita tinjau ketika magnet batang telah bergerak menjauhi cincin. Garis-garis gaya magnet (B) yang masuk cincin menjadi berkurang sehingga arus induksi muncul untuk menambah garis gaya tersebut. Akibatnya, Bi searah dengan B. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah arus induksi searah putaran jarum jam. Secara keseluruhan, peristiwa tersebut menghasilkan arus bolak-balik, yakni arah arus induksi pada cincin yang semula berlawanan arah putaran jarum jam, kemudian searah putaran jarum jam.

Agar lebih paham tentang induksi elektromagnetik, baca juga contoh soal tentang induksi elektromagnetik disertai pembahasannya!