Induksi magnetik

1. Induksi Elektromagnetik
Materi yang dibahas :
• Gaya Gerak Listrik
• Hukum Lenz
• Hukum Faraday
• Fluks magnetik
1

2. PRINSIP INDUKSI MAGNET
ALIRAN ARUS LISTRIK
MEDAN MAGNET
2

3. HUKUM INDUKSI FARADAY
3
BISAKAH
MEDAN MAGNET
MENGHASILKAN
ARUS LISTRIK ?

4. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Hukum Faraday
dt
d
N B

 

4

5. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Munculnya GGL karena Medan Magnet
Arus yang timbul sesaat dalam batang yang bergerak dalam medan magnet akan
menghasilkan gaya magnet sesaat yang arahnya ke kiri, melawan gerakan batang
Sebuah batang konduktor
bergerak dalam medan B
-
+
-
FM
i
Muatan bebas dalam
konduktor bergerak
karena gaya magnet,
muncul arus sesaat
Terjadi beda potensial
pada kedua ujung batang
(muncul GGL)
5

6. Arus Induksi & GGL Induksi
Supaya arus mengalir pada batang, maka kedua ujung
batang harus dijadikan rangkaian tertutup (loop)
Arus yang mengalir disebut Arus Induksi
GGL yang membangkitkan arus tersebut disebut GGL Induksi (Imbas)
Medan magnet yang ditimbulkan arus induksi di dalam loop disebut Medan
Magnet Induksi
Sepanjang batang bergerak, maka muncul gaya yang melawan gerak batang
tersebut, atau bisa dikatakan : Usaha yang diberikan untuk menggerakkan batang
diubah menjadi energy listrik 6

7. Jika kecepatan batang konstan (v), maka berlaku :
Fmekanik = Fmagnet = B.iin.L
Karena berlaku juga :
Daya (kec. konstan) = Daya listrik yang muncul
Maka:
Pmekanik = Plistrik
F.v = εin.iin
(B.iin.L).v = εin.iin
εin = B.L.v 7

8. Contoh Soal 1
Batang ab sepanjang 40cm digerakkan dalam medan
magnet B = 10¯² T dengan kecepatan tetap v = 20 m/s,
jika hambatan kawat R = 5 Ω, tentukanlah:
a. Besar GGL induksi pada batang ab? Titik mana yang
memiliki potensial yang lebih besar?
b. Besar dan arah arus induksi !
c. Besar dan arah gaya magnet yang bekerja pada
batang !
d. Besarnya daya yang
diperlukan untuk
menggerakkan batang !
e. Arah medan magnet induksi! 8

9. Jawab :
a. ε = BLv = 1.0,4.20 = 8 Volt. Titik a potensial lebih
tinggi daripada b.
b. i = ε / R = 8/10 = 0,8 A, arah dari b ke a
c. F = BiL = 1.0,8.0,4 = 0,32 N, arah ke kiri
d. P = F.v = 0,32.20 = 6,4 W
9

10. TANDA GGL INDUKSI
ε + jika arus induksi pada loop menghasilkan
medan magnet yang searah medan magnet luar.
ε – jika arus induksi pada loop menghasilkan
medan magnet yang berlawanan arah medan
magnet luar.
Jadi pada kasus batang di atas, bisa dituliskan :
εin = − B.L.v 10

11. HUKUM INDUKSI FARADAY
εin = − B.L.v
εin = − B.L.
𝑑𝑥
𝑑𝑡
εin = − B.
𝑑(𝐿.𝑥)
𝑑𝑡
εin = − B.
𝑑𝐴
𝑑𝑡
11

12. HUKUM INDUKSI FARADAY
εin = −
𝑑(𝐵.𝐴)
𝑑𝑡
Besaran B.A disebut FLUKS MAGNET (Φ)
εin = −
𝑑Φ
𝑑𝑡
Dalam bentuk yang lebih umum :
εin = − N
𝑑Φ
𝑑𝑡
12

13. Konsep Flux Magnet
Fluks magnetik  didefinisikan sebagi
hasil kali antara komponen induksi
magnetik tegak lurus bidang B dengan
luas bidang A.
Φ = B A
Φ = B A cos 
13

14. Contoh Soal 2
Sebuah permukaan persegi luas 100 cm² diletakkan pada
suatu daerah medan magnetic 10 x 10¯³ T. Arah normal
bidang persegi membuat sudut θ terhadap arah medan
magnetik. Tentukan fluks magnetik jika :
A. θ = 0˚
B. θ = 90˚
C. θ = 30˚
14

15. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Hukum Faraday (lanjutan):
Faraday yang menunjukkan bahwa persamaan
di atas adalah fenomena alam yang terjadi
secara umum.
GGL bisa dibangkitkan jika terjadi perubahan :
 Medan magnet B
 Luas loop A
dt
d
N B

 

15

16. Contoh Soal 3
Fluks magnetik yang di lingkupi oleh suatu
kumparan berkurang dari 0,5 web menjadi 0,1
web dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri
dari 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω.
Tentukan kuat arus yang melalui kumparan!
16

17. Contoh Soal 4
Suatu kumparan dengan 100 lilitan mengalami
fluks dengan persamaan ϕ = 5 sin 2t Weber.
a. Berapa GGL induksi pada saat π detik?
b. Kapan GGL induksi pada kumparan akan
bernilai nol pertama kalinya?
17

18. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Hukum Lenz:
 Tanda negative pada Hukum Faraday seringkali
dinyatakan sebagai berikut:
“arah arus induksi sedemikian hingga arah medan
magnet induksi yang ditimbulkannya selalu
melawan besar perubahan medan magnet
penyebabnya”
Pernyataan tsb adalah HUKUM LENZ!
Yang dilawan oleh medan magnet induksi bukan
arah medan magnet luar, tetapi besar medan
magnet luar! (membesar atau mengecil)
18

19. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Hukum Lenz:
Jika besar Fluks Magnet berkurang di dalam loop,
maka Medan Magnet Induksi menambahinya
(searah)
Jika besar Fluks Magnet bertambah di dalam loop,
maka Medan Magnet induksi menguranginya
(berlawanan arah)
Hukum Lenz adalah pernyataan Keseimbangan
Alam Semesta (Hukum Kekekalan Energi) yang
terjadi pada perubahan fluks!
19

20. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
Hukum Lenz
Bin
S U B I
U
Bin
U S B I
S
20

21. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung
PHYSI S
MENENTUKAN ARUS INDUKSI
1. Tanyakan: Apakah fluks magnet
bertambah atau berkurang pada loop?
2. Jika BERTAMBAH, maka Medan magnet
induksi harus menguranginya (dengan
cara melawan arah medan magnet luar)
3. Jika BERKURANG, maka Medan magnet
induksi harus menambahinya (dengan
cara searah medan magnet luar)
4. Terapkan kaidah tangan kanan 1 untuk
medan magnet induksi dan arus induksi!
21

22. Contoh Soal 5
Carilah arah arus induksi pada gambar2 berikut :
V
V
V
V
22

23. ARAH ARUS INDUKSI
Jika B luar berkurang
dalam loop:
TANGAN KANAN
Jika B luar bertambah
dalam loop:
TANGAN KIRI
Lupakan Hukum Lenz !
Lupakan Medan Magnet Induksi !
23

24. Induktor
Ggl induksi  yang dihasilkan
dalam kumparan selalu
menentang perubahan fluks
utama penyebabnya, disebut
ggl induksi diri.
ggl induksi diri  sebanding
dengan laju perubahan kuat
arus terhadap waktu (di/dt).
L disebut induktansi diri.
Konsep ggl induksi diri sebuah kumparan
Satuan induktansi diri
24

25. Konsep Induktansi Diri Sebuah Kumparan
Induksi diri solenoida atau toroida
Induktansi solenoida
untuk toroida l = 2r, dengan r
adalah jari-jari efektif.
Induksi diri antara ujung-
ujung kumparan
L = induktansi diri (henry = H),
N = banyak lilitan,  = fluks
magnetik (Wb), i = kuat arus
melalui kumparan (A)
25

26. Induktansi kumparan dalam bahan
L b kita bandingkan dengan induktansi solenoida tanpa inti (berisi
udara) L0 .
Permeabilitas relatif  r dari suatu bahan adalah nilai perbandingan
antara induktansi diri kumparan dengan bahan sebagai inti dan
induktansi dri kumparan dengan udara (vakum) sebagai inti.
26

27. Energi yang Tersimpan dalam Induktor
Energi dalam kapasitor tersimpan dalam bentuk medan listrik
Usaha total yang dikerjakan selam arus melalui induktor diubah
i = 0 ke nialai tetap i adalah
Energi Induktor
27

28. Aplikasi Induksi Elektromagnetik
Generator Listrik
Generator AC (Arus Bolak-balik)
28

29. Generator DC (Arus Searah)
29

30. Transformator
Transformator adalah suatu alat yang digunakan untuk
mengubah suatu tegangan ac tertentu ke tegangan ac
lain yang diperlukan oleh beban listrik.
Formulasi transformator
Persamaan trafo
Persamaan trafo ideal
Persamaan trafo nyata
30

31. 31