INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Oleh : Sabar Nurohman,M.Pd
Ke Menu Utama
Perhatikan Tampilan Berikut
Bagaimana Listrik diproduksi dalam skala besar ? Apakah batu baterai atau Aki saja bisa memenuhi kebutuhan listrik manusia ? Induksi elektromagnetisme adalah rahasia dibalik fenomena besar, diproduksinya listrik untuk kesejahteraan manusia.
Bagaimana ceritanya ???
Pada era tahun 1800-an, eksperimen tentang tge yang diperoleh dari induksi magnet telah dirintis oleh M. Faraday di Inggris dan J. Henry di Amerika. Gambar berikut memberikan ilustrasi tentang bagaimana tge bisa diproduksi akibat adanya induksi megnet.
Gambar a.
0
Gambar c.
Gambar b.
Lebih Jelasnya, lihat tampilan berikut:
Tge pada sebuah simpal dapat dihasilkan jika ada perubahan medan magnet di sekitar simpal tersebut. Banyaknya aliran medan magnet yang melewati suatu luasan (Fluks Magnet ); r r Φ B = ∫ B.dA = ∫ B dA cos φ
Tge induksi dalam sebuah simpal tertutup sama dengan negatif dari kecepatan perubahan fluks magnet (yang melalui simpal itu) terhadap waktu . (Hukum Farady)
dΦ B ε = −N dt
Tanda negatif pada persamaan ini menunjukan bahwa : Jika flkus semakin bertambah ( bernilai positif), maka tge induksi atau arus induksi itu adalah negatif. Begitupun sebaliknya. Aturan-aturan berikut memberikan penjelasan tentang bagaimana arah tge : 1. Definisikan arah positif untuk luas vektor A ε 2. Tentukan tanda fluks magnetik ( 0) dan kecepatan perubahannya ( 0) 3. Tentukan arah tge induksi atau arus induksi dengan aturan tangan kanan. Ibu jari anda menunjuk ke arah A, sedangkan jari-jari yang lain menunjukan arah tge induksi atau arus induksi jika ia positif. Namun jika tge induksi atau arus induksi negatif maka arahnya berlawanan dengan arah jari-jari tangan kanan anda yang diputarkan.
B
B
A
φ
Φ B > 0,
A
φ
ε
dΦ B >0 dt
ε
Φ B > 0,
A
dΦ B <0 dt
A
ε
ε
φ Φ B < 0,
dΦ B <0 dt
φ B
Φ B < 0,
dΦ B >0 dt
B
Tegangan Gerak Elektrik Gerakan Gambar di samping menunjukan sebuah konduktor lurus yang digerakan dengan kecepatan v pada arah yang tegak lurus dengan medan magnet homogen (B). Akibat peristiwa ini maka di antara ujung konduktor akan terjadi perbedaan potensial yang nilainya diberikan oleh :
L
Vab = vBL
Pertanyaannya, bagaimana persamaan itu muncul ?, buktikan!
F = qvB
polarisasi muatan di masing-masing ujung, Muncul beda potensial Vab
Muncul medan listrik E=Vab/L
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X X ++ F = qvB X X X X
X
X
X
X
X
+
F = qE
a
v
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X- - X b X X
X
X
Muncul gaya listrik
Terjadi kesetimbangan
F = qE
qE = qvB E = vB
Vab = EL = vBL
Inilah yang terjadi, jika antara ujung atas dan bawah dihubungkan dengan kabel…. X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
i
X X a X X ++ X X
X
X
X
X X v X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Xi
-- X X b X X
i
ε
X X
X
X
Maka dapat disimpulkan bahwa konduktor yang bergerak di suatu daerah yang mengandung medan magnet akan menghasilkan tge dengan besar dan arah sbb :
r r r dε = v xB .dl r r r ε = ∫ v xB .dl r r r ε = (v xB).L
( ) ( )
Kita sediakan sebuah solenoida yang panjang lalu diberi arus yang bertambah seiring dengan waktu (dI/dt). Maka pada bagian dalam solenoida akan muncul fluks magnet yang semakin bertambah (dФ/dt).
Medan Listrik Induksi
Jika kita tempatkan sebuah simpal konduktor berbentuk lingkaran seperti pada gambar, maka pada simpal tersebut terdeteksi adanya arus listrik ? Dari manakah arus listrik itu ? G
dI dt
G
dI dt
Gaya apa yang membuat muatan pada simpal lingkaran bergerak membentuk arus ? Tentu saja bukan gaya magnet, karena tidak ada medan magnet yang menumbuk secara tegak lurus pada partikel-partikel bermuatan di dalam konduktor. Lalu ?
Kita dipaksa untuk percaya adanya Medan Listrik Induksi. Yaitu sebuah medan listrik yang disebabkan adanya fluks magnetik yang berubah-ubah pada daerah simpal konduktor tersebut. Dengan kata lain, sebuah medan magnet yang berubah-ubah bertindak sebagai sumber medan listrik. G
X
dΦ dt
Fluks Magnet di dalam solenoida
Medan Listrik Induksi, yaitu sebuah medan listrik yang disebabkan adanya fluks magnetik yang berubah-ubah pada daerah simpal konduktor.
Φ B = BA = µ 0 nIA dΦ B dI = µ0 nA dt dt Hukum Faraday
ε =−
Hukum Ohm
dΦ B dt
ε = − µ 0 nA
ε = I'R dI dt G
Medan Listrik Induksi
r r ∫ E.dl = ε (Ingat V = Ed ) r r dΦ B ∫ E.dl = − dt = ε
dI dt
r r dΦ B ∫ E.dl = − dt
dΦ B - - - - > E ∫ dl = dt
dΦ B E (2πr ) = dt
1 dΦ B - - - -- > E = 2πr dt
PERSAMAAN MAXWELL Sekarang kita akan merangkum keseluruhan persamaan yang pernah kita gunakan dalam pengkajian listrik-magnet dalam sebuah paket. Paket tersebut diberi nama sebagai persamaan Maxwell. Maxwell tidak menemukan persamaan ini sendiri, tetapi dia berhasil menggabungkan persamaan-persamaan tersebut dalam sebuah paket dan dia yang mengenal arti pentingnya dan kekhasannya dalam meramalkan gelombang elektromagnetik.
r r Qyang tercakup ∫ E.dA =
(Hukum Gauss untuk medan listrik)
ε0
r r ∫ B.dA = 0 r r dΦ E . = µ + ε B d l i 0 0 C ∫ dt yang tercakup
r r dΦ B . = − E d l ∫ dt
(Hukum Gauss untuk medan magnet) (Hukum Ampere) (Hukum Faraday)
Hukum Ampere dan Hukum Faraday pada Ruang Hampa Sekarang kita akan memperlihatkan lagi sebuah persamaan yang akan membuat kita semakin yakin bahwa secara matematis ada hubungan yang sangat unik antara listrik dengan magnet. Jika kita tinjau di sebuah ruang hampa sehingga arus konduksi iC adalah nol dan Q yang tercakup juga nol, maka Hukum Ampere dan hukum Faraday berturutturut dapat dituliskan :
r r d r r ∫ B.dl = ε 0 µ 0 dt ∫ E.dA
r r d r r ∫ E.dl = − dt ∫ B.dA
