Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik berarti perubahan fluks magnet yang menembus suatu loop atau penghantar menghasilkan ggl induksi. Jika lintasannya tertutup, ggl itu dapat mengalirkan arus. Inilah gagasan dasar di balik generator, transformator, dan banyak perangkat sehari-hari yang mengubah gerak atau perubahan medan menjadi efek listrik.

Pernyataan kuantitatif yang paling penting adalah hukum Faraday:

$$\mathcal{E} = -N \frac{d\Phi_B}{dt}$$

Di sini $\mathcal{E}$ adalah ggl induksi, $N$ adalah jumlah lilitan, dan $\Phi_B$ adalah fluks magnet yang menembus satu lilitan. Tanda minus berasal dari hukum Lenz: efek induksi melawan perubahan yang menyebabkannya.

Induksi Elektromagnetik Hanya Terjadi Saat Fluks Berubah

Yang penting bukan sekadar ada medan magnet. Yang penting adalah apakah fluks magnet yang menembus loop berubah.

Untuk loop datar dalam medan magnet seragam,

$$\Phi_B = BA \cos\theta$$

Jadi, fluks dapat berubah dengan tiga cara umum:

1. Kuat medan $B$ berubah.
2. Luas loop $A$ berubah.
3. Sudut $\theta$ berubah karena loop berotasi.

Jika tidak ada yang berubah, fluks tetap konstan dan tidak ada ggl yang terinduksi.

Mengapa Perubahan Fluks Menimbulkan GGL Induksi

Lingkungan magnet yang berubah mendorong muatan di dalam penghantar dan menghasilkan ggl. Semakin cepat perubahan fluks, semakin besar ggl yang dihasilkan. Semakin lambat perubahannya, semakin kecil gglnya.

Itulah sebabnya magnet yang digerakkan cepat melalui kumparan menghasilkan efek yang lebih kuat daripada jika digerakkan lambat, dengan kondisi lain sama. Pola yang sama juga muncul jika Anda memutar loop lebih cepat atau mengubah medannya lebih cepat.

Contoh Soal: Kumparan Dalam Medan Magnet yang Berubah

Misalkan sebuah kumparan memiliki $N = 50$ lilitan dan luas $A = 0.020 \, \mathrm{m}^2$. Medan magnet seragam tetap tegak lurus terhadap kumparan, sehingga $\cos\theta = 1$. Medan bertambah dari $0.30 \, \mathrm{T}$ menjadi $0.80 \, \mathrm{T}$ dalam $0.10 \, \mathrm{s}$.

Karena medan tegak lurus, perubahan fluks per lilitan adalah

$$\Delta \Phi_B = A \Delta B = (0.020)(0.80 - 0.30) = 0.010 \, \mathrm{Wb}$$

Sekarang gunakan bentuk besar rata-rata hukum Faraday untuk selang waktu tersebut:

$$|\mathcal\{E\}| = N \frac\{|\Delta \Phi_B|\}\{\Delta t\}$$ $$|\mathcal\{E\}| = 50 \cdot \frac\{0.010\}\{0.10\} = 5.0 \, \mathrm\{V\}$$

Jadi, besar rata-rata ggl induksi adalah $5.0 \, \mathrm{V}$. Jika medan bertambah dengan laju tetap selama selang waktu itu, maka ini juga merupakan besar ggl sesaat sepanjang perubahan tersebut.

Jika kumparan merupakan bagian dari rangkaian tertutup, ggl itu dapat mengalirkan arus. Jika rangkaiannya terbuka, tetap ada ggl induksi, tetapi tidak ada arus berkelanjutan yang mengalir mengelilingi loop lengkap.

Kesalahan Umum dalam Induksi Elektromagnetik

• Mengira setiap medan magnet menyebabkan induksi. Medan tetap yang menembus loop tetap tidak menyebabkannya.
• Lupa bahwa fluks bergantung pada sudut selain pada kuat medan dan luas.
• Menganggap tanda minus dalam hukum Faraday hanya sebagai jawaban numerik negatif. Tanda itu menunjukkan bahwa efek induksi melawan perubahan.
• Menganggap ggl dan arus adalah hal yang sama. Arus induksi memerlukan lintasan penghantar yang tertutup.

Di Mana Induksi Elektromagnetik Digunakan

Induksi elektromagnetik digunakan setiap kali perubahan fluks magnet diubah menjadi tegangan atau arus. Contoh umumnya meliputi generator listrik, transformator, kompor induksi, dan sistem pengisian daya nirkabel.

Konsep ini juga memberi cara praktis untuk menghubungkan gerak, medan magnet, dan rangkaian. Setelah induksi menghasilkan ggl, Anda dapat menganalisis bagian rangkaian lainnya dengan konsep seperti hambatan, arus, dan daya.

Coba Soal Serupa

Gunakan kumparan yang sama, tetapi biarkan perubahan medan terjadi selama $0.20 \, \mathrm{s}$, bukan $0.10 \, \mathrm{s}$. Perubahan fluksnya tetap sama, sehingga besar rata-rata ggl induksi menjadi setengahnya. Coba buat versi Anda sendiri dengan loop yang berotasi atau jumlah lilitan yang berbeda, lalu periksa bagian mana dari fluks yang berubah sebelum menggunakan rumus.