Risma Tugas

Oleh Zakki Ikkaz

374,2 KB 9 tayangan 0 unduhan
 
Bagikan artikel

Transkrip Risma Tugas

V.1 Hukum Faraday dan Lenz Pada pokok bahasan IV telah diuraikan bahawa medan magnet dapat ditimbulkan oleh arus listrik (muatan yang bergerak). Dari pengamatan dan eksperimen, medan listrik atau arus listrik dapat ditimbulkan oleh medan magnet dengan persyaratan tertentu. Untuk jelasnya perhatikan dua percobaansederhana berikut. Pertama, perhatikanlah suatu kumparan yang dihubungkan dengan galvanometer, serti pada Gambar 5.1. Jika sebuah batang magnet permanen digerakan mendekati kumparan, ternyata selama gerakan tersebut jarum galvanometer menyimpang pada arah tertentu, dan ketika batang magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang dari arah sebaliknya. Gambar 5.1 Perubahan fluks magnet dalam kumparan dapat menimbulkan arus dalam kumparan Hal serupa terjadi pula jika batang magnet diam sedangkan kumparan digerakkan mendekati atau menjauhi magnet, jarum galvanometer menyimpang dengan pola yang sama, walaupun kumparan tidak dihubungkan dengan sumber ggl. Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan bahwa gerak relatif antara batang magnet dan kumparan menimbulkan arus (yang selanjutnya disebut arus induksi) dan ggl induksi pada kumparan. Kedua, perhatikan dua buah kumparan yang relatif diam (stasioner) seperti pada Gambat 5.2. Mula-mula saklar S terbuka dan jarum galvanometer pada kumparan II tidak menyimpang. Jika saklar S ditutup, ternyata jarum galvanometer menyimpang sesaat. Hal ini menunjukkan bahwa dalam kumparan II timbul arus induksi. Gambar 5.2 Dua kumparan stasioner Dari simpang jarum galvanometer, bila diamati ternyata bahwa arus induksi dalam kumparan II menjadi nol ketika arus dalam kumparan I sudah mencapai keadaan stasioner. Jika keadaan stasioner pada kumparan I diganggu misalnya dengan membuka saklar S, ternyata jarum galvanometer kembali menyimpang sesaat tetapi dengan arah berlawanan dan akhirnya menjadi nol lagi. Kedua percobaan tersebut memperlihatkan adanya kesamaan hubungan sebab-akibat, yang secara umum dapat dinyatakan bahwa ggl induksi atau arus induksi timbul dalam suatu rangkaian jika banyaknya garis induksi yang melalui (dicakup) kumparan tersebut (fluks magnet = ɸm) berubah terhadap waktu. Secara matematis, fluks magnet ɸm yang menembus suatu permukaan didefinisikan sebagai hasil kali saklar antara vektor permukaan A dengan induksi magnet B, atau : ɸm = A . B (5.1) secara umum, bila B bervariasi dari titik yang satu ketitik yang lain, maka : (5.2) Faraday merumuskan hubungan antara ggl induksi dan fluks magnet pada kumaparan secara kuantitatif. Perumusan ini dikenal sebagai Hukum Faraday yang menyatakan bahwa besar ggl induksi pada suatu kumparan sama dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui kumparan terhadap waktu. Secara matematis Hukum Faraday dituliskan : (5.3) N menyatakan jumlah lilitan pada kumparan. Untuk mempelajari sifat ggl induksi lebih lanjut, perhatikan suatu kumparan yang berada dalam medan magnet serba B yang arahnya bersudut θ terhadap vektor permukaan A (Gambar 5.3). Fluks magnet yang melalui kumparan adalah ɸm = AB cos θ, sehingga ggl induksi pada kumparan adalah : (5.4) Gambar 5.3 Dari persamaan 5.4, dapat disimpulkan bahwa ggl induksi pada kumparan dapat terjadi jika : (1)Luas permukaan kumparan berubah terhadap waktu, (2) besar B berubah terhadap waktu, (3) sudut antara A dan B berubah terhadap waktu, dan (4) terjadi kombinasi ketiga hal tersebut. Contoh 5.1 : Suatu kumparan berbentuk bujur sangkar dengan sisi 20 cm, terdiri atas 200 lilitan dan mempunyai tahanan total 4Ω, diletakan dalam medan magnet serba sama dengan sumbu kumparan tegak lurus dengan medan magnet. Jika induksi magnet medan tersebut berubah secara linier mulai dari 0 hingga 1,6 T selama selang waktu 0,8 s, tentukan besar ggl induksi dan arus induksi selama perubahan medan tersebut. Penyelesaian : Selama perubahan medan : Fluks magnet : Ggl induksi pada kumparan : Arus induksi dalam kumparan : Ggl induksi yang dinyatakan dalam Hukum Faraday (persamaan 5.3) sebenarnya masih belum lengkap dalam arah ggl induksi maupun arus induksi yang terjadi. Untuk melengkapi hal tersebut, berdasarkan Hukum Kekekalan Energi, Lenz menyatakan bahwa arus dan ggl induksi timbul pada suatu arah yang mencegah terjadinya perubahan fluks magnet neto yang melalui kumparan. Untuk dapat memahami pernyataan tersebut (yang dikenal sebagai Hukum Lenz) perhatikan uraian berikut : Suatau kawat berbentuk huruf U, dilengkapi batang logam ab yang dapat digeser dan tetap menyinggung kawat tersebut. Susunan ini diletakkan dalam medan magnet serba sama B yang arahnya ditunjukkan pada Gambar 5.4. Jika batang ab digerakkan kekanan dengan kecepatan V, maka fluks magnet yang menembus loop bertambah besar dalam arah tegak lurus ke dalam (x) karena luas loop bertambah sedangkan B konstan. Gambar 5.4 batang logam ab yang bergerak dalam medan luar Menurut Hukum Lenz, sistem cenderung akan melawan pertanbahan fluks tersebut dengan menghasilkan medan induksi yang arahnya melawan perubahan tersebut. Hal ini dipenuhi jika arah medan magnet induksi tegak lurus keluar (.) bidang gambar, yang berarti bahwa arus induksi yang menghasilkan medan tersebut haruslah ke arah dari a ke b melalui batang logam (berlawanan arah putar jarum jam sepanjang loop). Besarnya : (*) Contoh lain adalah arah arus dalam loop yang bergerak relatif terhadap batang magnet permanen seperti Gambar 5.5. Jika batang magnet dengan kutub utaranya berdekatan dengan loop digerakkan mendekati loop, maka fluks magnet yang masuk melalui kumparan bertambah. Menurut Hukum Lenz, loop cenderung melawan perubahan fluks tersebut dengan menimbulkan medan magnet induksi yang arahnya melawan perubahan tersebut. Dengan demikian, arah arus induksi dalam loop haruslah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.5 agar menghasilkan medan magnet induksi dengan persyaratan tersebut.

Judul: Risma Tugas

Oleh: Zakki Ikkaz


Ikuti kami