Induksi Elektromagnetik PTE 1207 Abdillah, S.Si, MIT Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN Suska Riau

Tujuan Setelah mempelajari bab ini mahasiswa dapat memahami: Hukum Induksi Faraday Arus dan TGE Induksi Medan Listrik Induksi dan Arus Pusaran

Fenomena Arus Induksi

Fakta Induksi Elektromagnetik Jika fluks magnetik yang melalui sebuah rangkaian berubah, maka (secara induksi) timbul sebuah tge induksi dan sebuah arus induksi dalam rangkaian tersebut.

Hukum Induksi Faraday Jika medan magnetik B adalah homogen pada sebuah luas A yang datar, maka B = B . A = BA cos  Tge induksi dalam sebuah simpal tertutup adalah negatif perubahan fluks magnetik yang melalui simpal tersebut terhadap waktu.

Contoh Soal 1 Arus dan TGE Induksi Dalam gambar medan magnetik di antara kutub magnetik homogen dan besarnya bertambah dengan kecepatan sebesar 0,02 T/s. Luas simpal konduktor dalam medan itu adalah 120 cm2, dan hambatan total rangkaian itu termasuk galvanometer adalah 5,0 . Hitunglah besar TGE induksi dan arus induksi pada rangkaian.

Penyelesaian

Arah Arus Induksi Definisikan arah positif vektor bidang A. Dari sudut antara vektor A dan vektor medan B, tentukan tanda fluks B. Dari perubahan medan B, tentukan tanda dB/dt. Tentukan tanda  induksi. Jika dB/dt positif, maka  induksi negatif. Jika dB/dt negatif, maka  induksi positif. Tentukan arah  induksi dengan aturan tangan kanan. Arahkan ibu jari searah vektor bidang A. Jika  induksi positif, maka arah arus induksi searah jari-jari yang diputarkan. Jika  induksi negatif, maka arah arus induksi berlawanan arah jari-jari yang diputarkan.

Arah Arus Induksi

Arah Arus Induksi

Hukum Lenz Arah sebarang efek induksi magnetik adalah sedemikian rupa sehingga menentang perubahan efek itu.

Contoh Soal 2 TGE Induksi Seutas koil kawat yang mengandung 500 lilitan lingkaran dengan jari-jari 4,00 cm ditempatkan dalam medan magnetik homogen pada sudut 600 dengan bidang koil. Medan itu berkurang dengan kecepatan sebesar 0,2 T/s. Berapakah besar dan kemana arah tge induksi itu?

Penyelesaian

Penyelesaian

TGE Induksi Alternator Medan magnetik B dan luas bidang A keduanya bernilai tetap, tapi fluks yang melalui kumparan berubah-ubah karena rotasi kumparan menyebabkan perubahan sudut .

TGE Induksi Alternator

Tegangan Gerak Elektrik Gerakan B = B dA = BLv dt ε = – dB = – BLv dt Pilih vektor bidang A searah dengan vektor medan B. Untuk menafsirkan tanda negatif gunakan kaidah tanda Arahkan ibu jari searah vektor bidang A, kemudian putar jari-jari dalam arah positif TGE, yakni searah jarum jam. Tanda negatif berarti TGE yang sesungguhnya berlawanan dengan arah putaran jam. (hal 381)

Generator Kawat Luncur Contoh Soal 3. Generator Kawat Luncur Diketahui panjang L adalah 0,1 m, kecepatan v adalah 2,5 m/s, hambatan total simpal adalah 0,03  dan medan magnetik B adalah 0,6 T. Carilah ε, arus induksi, dan gaya yang bekerja pada batang tsb.

Penyelesaian ε = vBL = (2,5 m/s)(0,6 T)(0,1 m) = 0,15 V Arus I dalam simpal adalah I = ε/R = (0,15 V)/(0,03 ) = 5 A F = ILB = (5 A)(0,1 m)(0,6 T) = 0,30 N.

Medan Listrik Induksi

Medan Listrik Induksi Bila sebuah tge diinduksi oleh sebuah fluks magnetik yang berubah-ubah melalui sebuah lintasan tertutup stasioner, maka terdapat sebuah medan listrik induksi E yang asalnya nonelektrostatik sehingga Medan ini adalah nonkonservatif, dan tidak dapat diasosiasikan dengan sebuah potensial.

Arus Pusaran

Arus Pusaran Bila sebuah sebuah potongan gumpalan material konduksi, seperti sebuah logam, berada dalam sebuah medan magnetik yang berubah-ubah atau bergerak melalui sebuah medan, maka arus yang dinamakan arus pusaran diinduksi dalam volume material tersebut.

Persamaan Maxwell Hubungan antara medan listrik dan medan magnetik dan sumbernya dapat dinyatakan dalam empat persamaan Maxwell. 24

Kesimpulan Hukum Faraday menyatakan bahwa tge induksi dalam simpal tertutup sebanding dengan negatif dari perubahan fluks magnetik yang melalui simpal: dimana perubahan fluks dapat disebabkan oleh perubahan medan magnetik B, gerakan simpal atau keduanya. Hukum Lenz menyatakan bahwa sebuah tge dan arus induksi selalu cenderung menentang perubahan yang menimbulkan tge dan arus induksi tsb.

Kesimpulan Jika sebuah konduktor dengan panjang L bergerak dalam medan magnetik B, maka akan menginduksi sebuah tge gerakan yang menimbulkan gaya magnetik F pada konduktor.  = vBL F = ILB Bila sebuah tge diinduksi oleh sebuah fluks magnetik yang berubah-ubah melalui sebuah lintasan tertutup stasioner, maka terdapat sebuah medan listrik induksi E

Soal Latihan Sebuah koil segiempat yang dililiti secara rapat terdiri atas 80 lilitan dan mempunyai dimensi 25,0 cm x 40,0 cm. Bidang koil itu dirotasikan dalam waktu 0,06 s dari sebuah posisi dimana koil itu membentuk sudut 450 dengan sebuah medan magnetik 1,10 T ke sebuah posisi yang tegak lurus terhadap medan itu. Berapakah tge rata-rata yang diinduksi dalam koil itu? Lihat hal 380. (Soal no. 1 Bab 30 Young dan Freedman)

Soal Latihan Alternator sebuah generator terdiri atas sebuah koil bujur sangkar yang rata dengan 120 lilitan dan sisi-sisi yang panjangnya 1,60 cm. Koil itu berotasi dalam sebuah medan magnetik sebesar 0,075 T. Berapakah laju sudut koil itu jika tge maksimum yang dihasilkan adalah 24,0 mV? (Soal no. 10 Bab 30 Young dan Freedman)

Solusi No. 1 Diketahui: N = 80, A = 0,1 m2, dt = 0,06 s d = 450 = 45 x 0,017 rad = 0,765 rad Ditanya: rata-rata = ?  = d = 0,765 rad = 12,75 rad/s dt 0,06 s rata-rata = 2 N BA  = (2)(80)(12,75)(1,1)(0,1) 3,14 = 71,46 V

Solusi No. 2 Diketahui: N = 120, s = 1,6 x 10-2 m, A = 2,56 x 10-4 m2 B = 0,075 T, maks = 24 x 10-3 V Ditanya:  = ?  = N BA sin t maks = N BA  = maks NBA = 24 x 10-3 V . (120)(0,075)(2,56 x 10-4) = 10,416 rad/s