Pasti teman-teman sudah mendengar istilah induksi elektromagnetik bukan? Ya, dalam ilmu fisika, materi ini berkaitan dengan arus listrik yang sering kamu temukan dalam kehidupan sehari-hari. Untuk lebih memahami pengertian, rumus, penerapan hingga contoh soal dan pembahasannya, simak penjelasan di bawah ini.
Pengertian Induksi Elektromagnetik
Seorang ilmuwan asal Jerman bernama Michael Faraday mempunyai ide untuk meneliti medan magnet yang dapat menghasilkan arus listrik. Sehingga beliau membuktikan penemuannya tersebut dalam bentuk perubahan medan magnet yang dapat menimbulkan arus listrik.
Penemuan tersebut dikenal dengan induksi elektromagnetik, yang merupakan munculnya arus listrik pada medan magnet akibat perubahan fluks magnetik. Untuk mengukur besarnya arus listrik yang timbul dalam medan magnet tersebut, menggunakan alat yang disebut dengan galvanometer.
Arus listrik muncul karena adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet yang dikenal dengan GGL atau Gaya Gerak Listrik Induksi. Untuk induksi elektromagnetiknya berupa arus listrik yang mengalir dalam medan tersebut.
Berikut beberapa faktor yang dapat mempengaruhi GGL induksi.
1. Kecepatan Perubahan Medan Magnet
GGL akan semakin besar jika kecepatan perubahan medan magnet semakin cepat.
2. Jumlah Lilitan
GGL yang muncul akan semakin besar apabila jumlah lilitan semakin banyak.
3. Kekuatan Magnet
GGL akan semakin besar jika kekuatan magnet yang diberikan semakin besar dan kuat.
Penerapan Induksi Elektromagnetik
Dalam kehidupan sehari-hari, kamu pasti sering menemukan perubahan energi dari arus listrik bukan? Dalam induksi elektromagnetik, terjadi berbagai bentuk perubahan energi dari gerak menjadi listrik.
Salah satu penerapan induksi elektromagnetik yang sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia adalah pembangkit energi listrik. Pada pembangkit energi listrik tersebut menggunakan suatu alat yang menggunakan prinsip induksi yaitu dinamo dan generator.
1. Dinamo
Dalam dinamo tersebut terdapat magnet dan kumparan. Hal ini menyebabkan munculnya GGL pada kumparan. Kumparan tersebut akan terus menghasilkan GGL induksi secara periodik.
Perubahan energi yang terjadi yaitu dinamo dan generator mampu mengubah energi mekanik, menjadi energi gerak rotasi. Sehingga, pembangkit energi listrik dapat digunakan oleh semua orang dan memberikan manfaat yang besar.
2. Generator listrik
Alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik adalah generator. Sistem kerja generator menggunakan prinsip induksi elektromagnetik, dengan cara memutarkan kumparan pada medan magnet untuk menghasilkan GGL. Generator mempunyai dua jenis yaitu generator AC atau arus bolak-balik dan generator DC atau arus searah.
3. Transformator
Alat yang dapat mengubah tegangan AC melalui kumparan, dinamakan transformator atau trafo. Trafo dapat memperbesar dan memperkecil tegangan AC menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.
GGL yang muncul dari trafo disebabkan medan magnet yang berubah saat arus listrik AC dialirkan melalui kumparan primer. Sehingga, besi lunak yang ada dalam trafo akan mengalirkan arus ke kumparan sekunder.
Trafo mempunyai dua macam yaitu trafo step up dan trafo step down. Untuk trafo step up digunakan untuk menaikan tegangan, dan jumlah lilitan pada kumparan sekunder lebih banyak daripada lilitan pada kumparan primer. Sedangkan untuk trafo step down digunakan untuk menurunkan tegangan AC yang jumlah lilitan pada kumparan sekunder lebih sedikit.
Rumus Induksi Elektromagnetik
Di dalam prinsip induksi elektromagnetik terdapat beberapa rumus sesuai dengan aturan atau hukum masing-masing, yaitu:
1. Fluks Magnetik
Aturan ini merupakan hasil kali antara magnet satu dengan magnet lain sesuai dengan luas bidangnya. Rumus menentukan fluks magnetik yaitu:
Φ = BA
Φ = BA cos θ
Keterangan:
Φ = Fluks magnetik
B = Induksi magnet
A = Luas bidang magnet
θ =Sudut yang terbentuk antara arah garis normal dengan induksi magnet
2. Hukum Faraday
Penemu induksi elektromagnetik Faraday, melakukan percobaan dan menyatakan bahwa:
a. Besarnya GGL induksi dipengaruhi oleh kecepatan perubahan fluks magnetik dan jumlah lilitannya.
b. Pada ujung kumparan akan muncul GGL jika jumlah fluks magnetik yang masuk dalam kumparan berubah.
Hukum Faraday mempunyai rumus yaitu:
ε = -N (ΔΦ/Δt)
Keterangan;
ε = Gaya Gerak Listrik induksi dalam satuan volt
N = Jumlah atau banyaknya lilitan
ΔΦ atau Δt = Kecepatan perubahan fluks magnet
3. Hukum Lenz
Arah arus listrik pada penghantar dapat menimbulkan medan magnet dan dapat menantang perubahan medan magnetnya. Dalam aturan ini menyatakan bahwa, arus induksi dapat muncul dari berbagai arah dan dapat menentang perubahan arah yang dihasilkan.
Rumus hukum Lenz yaitu:
ε = B. l v
Keterangan:
ε = GGL yang dihasilkan dalam satuan volt
B = Induksi magnet
I = Arus listrik yang diberikan
v = Kecepatan perubahan medan magnet
4. Hukum Henry
Percobaan yang dilakukan oleh Joseph Henry menyatakan bahwa penghantar dapat berubah setiap waktu. GGL tersebut dikenal dengan GGL induksi diri yang dirumuskan yaitu:
ε = – L (dI / dt)
Keterangan:
ε = GGL induksi diri satuan volt
L = Induktansi diri
dI / dt = Perubahan arus yang terjadi dalam satuan waktu atau A/s
Jika GGL yang terjadi pada penghantar, dapat dirumuskan dengan:
L = N Φ / I
Keterangan:
L = Induktansi diri
N = Banyak jumlah lilitan pada kumparan
Φ = Fluks magnet dalam satuan Wb
I = Besarnya kuat arus
Selain itu, induksi elektromagnetik yang diterapkan pada generator. Generator sendiri mempunyai rumus yaitu:
ε = B x A x ω x N x sin θ
ε maks = B x A x ω x N
Keterangan:
ε = GGL yang muncul satuan volt
ε maks = GGL maksimum satuan volt
B = Induksi magnet satuan T
A = Luas bidang magnet satuan m2
ω = Kecepatan sudut pada kumparan satuan rad/s
θ = Sudut yang hasilkan dari kecepatan dan waktu
Untuk GGL maksimum apabila sudutnya θ = 900 sehingga nilai sin θ adalah 1.
Contoh Soal Induksi Elektromagnetik
Contoh Soal 1
Sebuah dinamo mempunyai jumlah lilitan pada kumparan sebanyak 100. Dinamo tersebut dapat menimbulkan perubahan fluks magnet sekitar 10-4 Wb dengan waktu 0.01 sekon. GGL induksi yang muncul berapa?
Diketahui:
Jumlah lilitan atau N = 100 lilitan
Fluks magnet = 10-4 Wb
Waktu atau t = 0.01 detik
dΦ / dt = 10-4 / 0.01 = 10-2 Wb/s
Ditanyakan:
Berapakah besarnya GGL induksi yang muncul?
Jawab:
ε = -N (dΦ / dt)
ε = – 100 (10-2)
ε = – 1 volt
Maka, GGL induksi yang muncul pada dinamo tersebut adalah 1 Volt.
Contoh Soal 2
Sebuah generator mempunyai induksi magnet sebesar 0.5T. Sedangkan luas bidang magnet tersebut 2.5m2. Kecepatan kumparan yaitu 0.05 rad/s dengan jumlah lilitan sebanyak 200. Sudut yang dihasilkan yaitu 600. Berapakah GGL yang timbul pada generator tersebut?
Diketahui:
Induksi magnet atau B = 0.5T
Luas bidang atau A = 2.5m2
Kecepatan sudut atau ω = 0.05 rad/s
sudut atau θ = 600
Jumlah lilitan atau N = 200
Ditanyakan: Berapa GGL pada generator?
Jawab:
ε = B x A x ω x N x sin θ
ε = 0.5 x 2.5 x 0.05 x 200 x sin 600
ε = 10.83 volt
Maka GGL yang muncul pada generator tersebut adalah 10.83 volt.
