Timbulnya arus listrik yang disebabkan oleh perubahan medan magnet pada sebuah kumparan disebut

Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan garis-garis gaya magnet disebut induksi elektromagnetik.

Jadi, jawaban yang tepat adalah C 

Di zaman yang serbateknologi ini, sulit rasanya membayangkan hidup tanpa listrik. Mulai dari kulkas, televisi, kipas angin, AC, bahkan smartphone yang kita gunakan sehari-hari membutuhkan daya dari listrik. Kita memperoleh listrik dari banyak sumber, seperti batu bara dan tenaga air. Energi tersebut diubah menjadi listrik menggunakan generator yang bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik.

Elektromagnetik tidak sengaja ditemukan oleh Hans Christian Oersted, yaitu seorang ahli fisika dan kimia asal Denmark. Dalam eksperimennya, ia menemukan prinsip elektromagnetisme yang kemudian berguna dalam berbagai aplikasi kelistrikan. Induksi elektromagnetik sendiri kemudian dikembangkan oleh Michael Faraday, sehingga dapat digunakan dalam pembangkitan listrik.

Tapi, apa sebenarnya induksi elektromagnetik itu?

Induksi elektromagnetik adalah fenomena timbulnya arus listrik karena adanya perubahan fluks magnetik. Fluks magnetik merupakan banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang. Di tahun 1821-lah Michael Faraday menemukan bahwa perubahan medan magnet rupanya mampu menimbulkan arus listrik.

Gaya gerak listrik yang muncul akibat perubahan jumlah garis gaya magnet disebut dengan istilah GGL induksi. Sementara itu, arus yang mengalir dinamakan arus induksi dan peristiwanya disebut dengan induksi elektromagnetik.

Terdapat tiga faktor yang memengaruhi besar GGL induksi. Pertama adalah kecepatan perubahan medan magnet. Semakin cepat perubahan medan magnet, maka semakin besar pula GGL induksi yang timbul. Kedua adalah banyaknya lilitan. Semakin banyak lilitan akan menghasilkan GGL induksi yang semakin besar. Terakhir adalah kekuatan magnet. Gejala magnet yang kuat dapat menimbulkan GGL induksi yang semakin besar pula.

(Baca juga: Gelombang Elektromagnetik, Definisi dan Sifatnya)

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, induksi elektromagnetik digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Pembangkit listrik yang menggunakan induksi elektromagnetik adalah generator dan transformator.

Generator adalah alat yang mampu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Terdapat dua jenis generator, yaitu generator arus searah (DC) atau dinamo dan generator arus bolak-balik (AC) atau alternator. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu dengan memutar kumparan dalam medan magnet sehingga timbul GGL induksi.

Sementara itu, transformator atau trafo adalah alat yang mampu mengubah tegangan AC dengan memindahkan energi listrik secara induksi melalui kumparan primer ke kumparan sekunder. Trafo menghasilkan GGL pada kumparan sekunder karena medan magnet yang berubah-ubah akibat aliran arus bolak-balik pada kumparan primer. Arus tersebut kemudian diinduksikan oleh besi lunak ke dalam kumparan sekunder.

Trafo terbagi ke dalam dua jenis, yaitu trafo step-up dan step-down. Trafo step-up berfungsi untuk menaikkan tegangan AC sumber, sementara trafo step-down berfungsi untuk menurunkan tegangan AC sumber.

Induksi elektromagnetik adalah proses ketika konduktor yang diletakkan di suatu medan magnet yang bergerak/berubah (atau konduktornya yang digerakkan melewati medan magnet yang diam) menyebabkan terproduksinya voltase disepanjang konduktor. Proses induksi elektromagnetik ini menghasilkan arus listrik.

Gambar. Induksi elektromagnetik
[sumber gambar: //ck-12.org/]

Michael Faraday merupakan ilmuwan yang menemukan fenomena ini pada tahun 1831 dan James Clerk Maxwell merupakan ilmuwan yang mendeskripsikannya secara matematik sebagai Hukum Induksi Faraday. Nama formal persamaan yang mendefinisikan karakteristik induksi medan elektromagnetik dari fluks magnetik (perubahan pada medan magnet) disebut sebagai Hukum Faraday, yang kemudian digeneralisasikan menjadi persamaan Maxwell-Faraday, satu dari empat persamaan pada teori elektromagnetik oleh James Clerk Maxwell; persamaan ini mendefinisikan hubungan antara perubahan medan listrik dan medan magnet. Selain itu, terdapat Hukum Lorentz yang mendeskripsikan arah dari medan induksi.

Proses induksi elektromagnetik dapat bekerja pula secara kebalikannya, jadi pergerakan arus listrik dapat menghasilkan sebuah medan magnetik. Faktanya, sebuah magnet biasa memiliki medan magnet akibat gerakan individual elektron-elektron dalam atom-atom penyusun magnet; elektron-elektron tersebut bergerak secara seragam sehingga menghasilkan medan magnet uniform.

Induksi elektromagnetik telah diterapkan pada berbagai teknologi seperti komponen-komponen elektrikal: induktor dan transformator, dan alat-alat yang sangat krusial: motor elektrik dan generator.

Rumus Induksi Elektromagnetik

Fluks Magnet

Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet. Fluks magnet dihasilkan dari perkalian antara medan magnet (B) dengan luas bidang (A) yang saling tegak lurus. Fluks magnet dapat dinyatakan dengan

Rumus diatas adalah fluks magnet dimana medan magnetnya tegak lurus dengan luas bidangnya. Jika tidak tegak lurus, tapi membentuk sudut, maka besar fluks magnetnya dikalikan cosinus sudutnya

Hukum Faraday

Hukum Faraday menyatakan bahwa jika jumlah fluks magnet yang memasuki suatu kumparan berubah, maka pada ujung-ujung kumparan akan timbul GGL (gaya gerak listrik) induksi. Besarnya GGL induksi ini bergantung pada laju perubahan fluks magnet dan banyaknya lilitan kumparan. GGL induksi tersebut dapat dihitung secara matematis dengan rumus:

dimana:

merupakan GGL induksi (volt); N merupakan jumlah lilitan kumparan;

merupakan laju perubahan fluks magnet.

Tanda delta ( mengungkapkan perubahan. Jadi, () adalah perubahan fluks magnet terhadap perubahan waktunya, sehingga disebut sebagai laju perubahan fluks.

Hukum Lenz

Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi akan muncul pada arah yang sedemikian rupa sehingga arah induksi menentang perubahan yang dihasilkan. Jadi, arah arus induksi yang terjadi dalam suatu penghantar menimbulkan medan magnet yang saling bertolak-belakang dengan penyebab perubahan medan magnet tersebut.

Tanda minus pada persamaan Faraday diatas menunjukkan bahwa GGL (\epsilon) yang terbentuk memiliki arah yang bertolak belakang dengan fluks magnet ().

Hukum Henry

Hukum Henry menyatakan bahwa apabila arus liktrik yang mengalir pada suatu penghantar berubah terhadap waktu, maka pada penghatar tersebut akan terjadi GGL induksi diri yang dirumuskan dengan

di mana:

merupakan GGL induksi diri (volt) L merupakan induktansi diri

dI/dt merupakan besar perubaha arus per satuan waktu (Ampere/sekon)

Induksi diri (L) merupakan besarnya GGL yang terjadi pada suatu kumparan dimana terjadi perubahan arus 1 Ampere setiap 1 detik yang dirumuskan dengan:

dimana:

N merupakan jumlah lilitan kumparan
merupakan fluks magnet (Weber)
I merupakan kuat arus (Ampere)

Penerapan Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik sangatlah krusial penerapan fenomena inilah yang mampu menghasilkan listrik (dan sebaliknya) sehingga kita dapat menjalani kehidupan di era modern.

Generator

Generator merupakan alat yang mempu mengubah putaran poros menjadi arus listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Bagian generator yang berputar disebut rotor, dan bagian diam disebut stator. Terdapat dua tipe generator, yaitu generator AC (arus searah) dan generator DC (arus bolak-balik).

Gambar. Prinsip Kerja Generator AC
[sumber gambar: //macao.communications.museum/]

Dinamo (motor listrik)

Dinamo merupakan alat yang bekerja kebalikan dari generator. Dinamo mampu mengubah arus listrik menjadi putaran poros yang mampu menggerakkan berbagai alat. Nama bagian-bagian dinamo sama seperti generator, begitu pula tipe-tipe dinamo.

Transfomator Listrik (trafo)

Trafo merupakan alat yang mampu mengubah arus listrik dan juga voltasenya. Kegunaan ini sangatlah penting karena sangat dibutuhkan baik dalam pendistribusian listrik maupun dalam berbagai alat elektrik.

Contoh Soal Induksi Elektromagnetik

Contoh Soal 1

Sebuah kumparan dengan jumlah 200 lilitan dalam waktu 0,1 detik menimbulkan perubahan fluks magnet sebesar , berapa GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut?

Pembahasan:

Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:

Tanda minus (jika memakai persamaan sebenarnya) hanya menunjukkan arah arus induksi yang berlawanan dengan fluks magnetnya.

Contoh Soal 2

Sebuah kumparan flat berbentuk persegi memiliki jumlah lilitan sebanyak 5. Kumparan tersebut memiliki sisi sepanjang 0,5 m dan memiliki medan magnet sebesar 0,5 T. Kumparan tegak lurus dengan medan magnet. Medan magnet mengalami kenaikan dari 0,5 T menjadi 1 T dalam 10 sekon. Dengan menggunakan hukum faraday, hitunglah berapa GGL induksi yang timbul.

Pembahasan:

Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet dan dinyatakan dengan:

Medan magnet awal kita simbolkan dengan B1

Medan magnet akhir kita simbolkan dengan B2

Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:

Kontributor: Ibadurrahman
Mahasiswa S2 Teknik Mesin FTUI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

1. Efek Rumah Kaca
2. Listrik Statis
3. Hukum Kirchoff