INDUKSI FARADAY

Induksi Faraday

Sebelumnya , kita telah memngtahui tentang medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet tetap dan medan magnet yang timbul di sekitar kawat penghantar beraliran arus

listrik. Di mana untuk menggambarkan kuat medan dapat digunakan garis-garis gaya magnet, daerah yang memiliki medan magnet kuat digambarkan dengan garis gaya magnet yang rapat, sedangkan daerah yang medan magnetnya lebih kecil digambarkan dengan garis gaya magnet yang kurang rapat. Dekat dengan kutub-kutub magnet, garis-garis gayanya rapat, makin jauh dari kutub magnet makin jarang.

Apa yang terjadi apabila di sekitar kumparan kawat terjadi perubahan jumlah garis gaya magnet (medan magnet), misalnya dengan menggerakkan magnet keluar masuk dalam kumparan atau menggerakan kumparan di sekitar magnet? Ternyata pada ujung-ujung kumparan akan timbul beda potensial listrik. Apabila antar ujung-ujung kumparan dihubungkan dengan suatu penghantar atau ampermeter akan mengalir arus listrik.

Adanya arus listrik ditunjukkan dengan bergeraknya jarum amperemeter, terjadinya arus listrik hanya terjadi pada saat ada gerak relatif antara magnet dengan kumparan, arus tidak terjadi jika kumparan dan magnet sama-sama diam. Peristiwa timbulnya beda potensial pada ujung-ujung kawat penghantar bila terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet yang dilingkupi kumparan dinamakan induksi elektromagnetik. Beda potensial yang terjadi pada ujung-ujung kumparan disebut ggl induksi (gaya gerak listrik induksi) dan arus listrik yang timbul disebut arus listrik induksi. Peristiwa ini pertama kali diselidiki pada tahun 1831 oleh dua orang ilmuwan fisika di tempat yang berbeda, tetapi dalam waktu yang hampir bersamaan yaitu Michael Faraday di Inggris dan Yoseph Henry di Amerika Serikat. Dewasa ini kebutuhan manusia akan energi banyak ditopang oleh listrik.Penerangan, alat-alat rumah tangga, mesin-mesin pabrik banyak menggunakanenergi listrik. Alat pembangkit energi listrik biasa disebut generator.Generator listrik didasarkan pada sifat-sifat elektromagnetik.

Untuk memahami bagaimana sifat-sifat elektromagnetik, maka pelajari materibab ini dengan saksama!induksi, GGL, hukum Faraday, generator, induktansi diri, hukum Lenz,transformator, induktor RuhmkorhDalam bab ini kita akan mempelajari lebih lanjut tentanginduksi elektromagnetik. Induksi elektromagetik inimerupakan dasar dari kerja dinamo atau generator danperalatan listrik lainnya, misalnya transformator.

A. GGL Induksi

1. 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, yang dapat dinyatakan dalam persamaan, sebagai berikut.

 

φ= fluks magnetik (Wb = weber)

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

A = luas permukaan bidang (m2)

 θ= sudut yang dibentuk antara arahB dengan garis normal (radian atauderajat)

2. Hukum Faraday

Apabila magnet batang digerakkan mendekati kumparan, maka jarum galvanometer akan menyimpang ke kanan dan sebaliknya jika magnet batang digerakkan menjauhi kumparan, maka jarum galvanometer akan menyimpang ke kiri. Akan tetapi jika magnet batang diam tidak digerakkan, jarum galvanometer juga diam.

Jarum galvanometer yang bergerak menunjukkan adanyaarus listrik yang timbul di dalam kumparan pada saat terjadigerak relatif pada magnet batang atau kumparan.

Peristiwa ini disebut induksi elektromagnetik, yaitu timbulnya ggl pada ujung-ujung kumparan yang disebabkanadanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan, ggl yang timbul disebut ggl induksi. Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan oleh Faraday menyimpulkan bahwa besarnya ggl induksi yang timbul pada ujung-ujungkumparan tergantung pada kecepatan perubahan fluks magnetikyang dilingkupinya. Kesimpulan ini lebih dikenal denganhukum Faraday yang berbunyi :

Besarnya ggl induksi yang timbul antara ujung-ujung kumparan berbanding lurus dengan kecepatan perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan tersebut.

Secara matematik hukum faraday dapatdituliskan dalam persamaan :

 Persamaan diatas dipakai jika perubahan fluks magnetik berlangsung dalam waktu singkat atau Δt mendekati nol.

 

dengan :

ɛ= ggl induksi pada ujung-ujung kumparan (Volt)

N = jumlah lilitan dalam kumparan

Δφ= perubahan fluks magnetik (Wb)

Δt = selang waktu perubahan fluksmagnetik (s)

= laju perubahan fluks magnetik(Wb.s-1)

Tanda negatif pada persamaan untuk menyesuaikan dengan hukum Lenz.

Berdasarkan persamaan sebelumnya dapat diketahui bahwa adatiga faktor yang mempengaruhi terjadinya perubahan fluksmagnetik, yaitu :

a. Luas bidang kumparan yang melingkupi garis gaya medan magnetik.

b. Perubahan induksi magnetiknya.

c. Perubahan sudut antara arah medan magnet dengan garis normal bidang kumparan.

B. 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.

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. Bunyi hukum Lenz adalah sebagai berikut :

Hukum

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, perhatikangambar diatas. Ketika kedudukan magnet dan kumparandiam, tidak ada perubahan fluks magnet dalam kumparan.Tetapi ketika kutub utara magnet digerakkan mendekatikumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik. Dengan demikian pada kumparan akan timbul fluks magnetik yangmenentang pertambahan fluks magnetik yang menembuskumparan. Oleh karena itu, arah fluks induksi harusberlawanan dengan fluks magnetik.

Dengan demikian flukstotal yang dilingkupi kumparan selalu konstan. Begitu jugapada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akanterjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan,akibatnya pada kumparan timbul fluks induksi yangmenentang pengurangan fluks magnet, sehingga selalu flukstotalnya konstan. Arah arus induksi dapat ditentukan denganaturan tangan kanan yaitu jika arah ibu jari menyatakan arah induksi magnet maka arah lipatan jari-jari yang lainmenyatakan arah arus.

C. GGL Induksi Diri

Dalam sebuah rangkaian listrik yang di dalamnyaterdapat sebuah kumparan, misalnya rangkaian penyearaharus (adaptor) yang diperlengkapi dengan lampu indikator,apabila dalam posisi on kemudian kita matikan, maka lampuindikator tidak langsung padam, melainkan melalui redupdahulu baru kemudian padam. Coba perhatikan juga lampupijar di rumah yang tiba-tiba terjadi pemutusan/pemadamanlistrik dari pusat pembangkit listriknya, maka lampu pijartersebut tidak langsung padam melainkan redup dahulu barukemudian padam. Hal ini terjadi karena timbulnya ggl induksidiri dari kumparan yang ada dalam rangkaian listrik tersebut.Dalam sebuah kumparan yang dialiri arus bolak-balik, yaituarus listrik yang besarnya selalu berubah-ubah maka akanmenimbulkan fluks magnetik yang berubah-ubah terhadapwaktu. Perubahan fluks magnetik ini akan menginduksikumparan dalam rangkaian itu sendiri sehingga timbul ggl induksi. Ggl induksi yang terjadi karena adanya perubahanfluks magnetik yang ditimbulkan oleh rangkaian itu sendiridisebut ggl induksi diri.

D. Penerapan Induksi Magnetik di dalam Bidang Teknologi

Pada zaman modern saat ini hampir semua pekerjaan kantor dilakukan menggunakan peralatan-peralatan yang dijalankan dengan menggunakan energi listrik, seperti halnya penggunaan komputer, AC, menjalankan mesin-mesin produksi, lampu penerangan, dan hubungan dengan pihak luar untuk kerja sama dan transaksi dengan memanfaatkan jaringan internet dan sebagainya. Demikian juga terjadi di daerah pedesaan yang saat ini sudah sebagian besar penduduknya menggunakan energi listrik dalam melakukan kegiatan sehari-hari seperti halnya memasak, menjalankan bisnis menjahit, meubel, dan membuat kerajinan tangan dengan menggunakan alat-alat listrik.

Oleh karena itu, sampai saat ini pemerintah terus berusaha untuk memenuhi kebutuhan akan energi listrik bagikesejahteraan rakyatnya dengan membangun proyek-proyek pembangkit tenaga listrik. Tenaga listrik dihasilkan oleh generator (dinamo) yang ukurannya besar dan untuk menggerakkannya diperlukan energi yang sangat banyak/besar. Berdasarkan sumber energi yang menggerakkannya dibedakan menjadi PLTA, PLTG, PLTU, PLTD, dan PLTN. Pada umumnya sumber energi yang tersedia di alam terdapat di daerah pegunungan yang jauh dari perkotaan. Oleh karena itu, untuk mengirimkan energi yang dihasilkan ke kota-kota diperlukan jaringan transmisi. Agar tidak banyak energi yang hilang dalam transmisi energi tersebut menggunakan tegangan yang tinggi. Untuk menaikkan tegangan listrik tersebut diperlukan transformator. Generator dan transformator merupakan peralatan teknologi yang bekerja berdasarkan induksi Faraday atau induksi elektromagnetik.