Eksperimen Oersted menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet. Sepuluh tahun kemudian, Michael Faraday (1771-1867), seorang ahli Fisika berkewarganegaraan Inggris dan Yoseph Henry (1797-1878),
seorang ahli Fisika berkewarganegaraan Amerika Serikat, menemukan kebalikan dari proses tersebut, yaitu medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Akan tetapi, arus listrik dalam kumparan hanya timbul apabila medan magnetnya selalu berubah terhadap waktu. Jadi, menurut Faraday perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik.
Fluks Magnetik
Daftar Isi Artikel
Konsep fluks magnetic untuk kali pertama dikemukakan oleh Ilmuwan Inggris yang bernama Michael Faraday untuk menggambarkan medan magnetic. Faraday menggambarkan medan magnet sebagai garis-garis gaya medan. Seberkas garis gaya yang dilingkupi oleh luas daerah tertentu disebut fluks garis medan.
Oleh karena satu berkas dapat diambil untuk sembarang luas tertentu, besarnya suatu fluks bergantung pada luas berkas yang diambil. Faraday menggambarkan medan magnet dengan bantuan garis-garis meda. Lalu, garis-garis medan itu dinyatakan dengan angka-angka. Induksi magnetik B dinyatakan sebagai kerapatan garis medan.
Kerapatan garis medan didefinisikan sebagai banyaknya garis medan yang menembus suatu bidang secara tegak lurus persatuan luas. Coba Anda perhatikan gambar berikut. Dengan menggunakan ungkapan kerapatan garis medan, nilai B pada sebuah titik tertentu dapat dinyatakan sebagai berikut.
Oleh karena B bersatuan Wbm-2 dan luas A bersatuan m2 , satuan fluks adalah weber. Persamaan di atas berlaku untuk medan magnet B yang tegak lurus pada bidang atau sejajar dengan garis normal pada bidang. Jika kerapatan garis gaya medan magnetnya membentuk sudut
terhadap garis normal bidang, persamaan fluks magnetiknya akan menjadi
menyatakan bahwa besarnya fluks magnetik pada sebuah titik sama dengan hasil kali induksi magnetic di titik itu dengan luas bidang yang ditembus oleh kerapatan garis medan secara tegak lurus.Fluks magnetik merupakan besaran skalar.
Hukum Faraday dan Hukum Lenz
Sebuah magnet batang digerakkan mendekati kumparan kawat dengan kutub utara menghadap pada kumparan. Ketika magnet sedang bergerak, jarum galvanometer menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa suatu arus telah dihasilkan dalam kumparan tersebut.
Penyimpangan jarum galvanometer pada eksperimen itu menunjukkan bahwa dalam rangkaian timbul arus listrik. Arus listrik dapat timbul jika ada beda potensial.
Beda potensial ini ditimbulkan oleh adanya perubahan fluks magnetic yang dinamakan gaya gerak listrik induksi (GGL induksi), sedangkan arus yang timbul disebut arus induksi. Arah arus induksi yang timbul karena adanya perubahan fluks magnetic dalam kumparan dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Lenz.
Menurut Hukum Lenz, arah arus induksi dalam suatu penghantar adalah sedemikian rupa sehingga menghasilkan medan magnet yang arahnya melawan perubahan garis gaya yang menimbulkannya. Jadi, ketika magnet mendekati kumparan, jumlah garis gaya yang dilingkupinya bertambah sehingga timbul arus induksi. Medan magnet yang ditimbulkan arus induksi berlawanan arah dengan medan magnet dari magnet batang.
Jika Anda tinjau dari gambar di atas, timbulnya arus listrik pada kumparan sesuai dengan Hukum Lenz. Pada saat kutub U magnet batang didekatkan pada ujung kumparan A, ujung kumparan A akanmenjadi kutub magnet U dan ujung ku,mparan B akan menjadi kutub magnet S. Dengan demikian, kumparan AB bersifat magnetik. Untuk menentukan arah arusnya dapat digunakan aturan sebagai berikut.
Ibu jari sebagai arah kutub U pada kumparan danjari-jarin lainnya dilipatkan sebagai arah arus listrik. Dengan menggunakan aturan tersebut dapat ditentukan arah arus dalam kumparan. Jika kumparan dijauhi oleh kutub U dari magnet batang, ujung kumparan A menjadi kutub magnet S dan ujung kumparan B menjadi kutub magnet U.
Ini berarti bahwa jika didekati oelh kutub magnet apa pun, kumparan akan memebrikan gaya tolak, sedangkan jika dijauhi oleh kutub magnet apa pun, kumparan itu akan memberikan gaya tarik. Inilah penemuan awal dari Hukum Lenz untuk menentukan arah arus dalam kumparan.
GGL Induksi pada Kawat Dalam Medan Magnet
Coba Anda perhatikan gambar berikut ini.
Bagaimanakah cara untuk mendapatkan arus induksi pada sebuah konduktor PQ? Medan magnet homogen dengan rapat garus gaya B, arahnya tegak lurus masuk bidang kertas. Sebuah penghantar PQ dapat digerakkan bebas ke kiri ataupun ke kanan pada kawat melengkung berbentuk U.
Jika penghantar PQ digerakkan ke kanan dengan kecepatan v dan sejauh s, akan terjadi perubahan jumlah garis gaya yang dilingkupi oleh penghantar PQ dengan kawat U sehingga akan timbul arus induksi pada rangkaian. Arah arus induksi pada PQ dan kawat, dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Lenz.
Arah medan magnet B masuk dan arah kecepatan v ke kanan maka muatan positif pada batang PQ mendapat gaya ke atas dari Q ke P, sedangkan muatan negatif mendapat gaya ke bawah dari P ke Q. Arah arus listrik sesuai dengan arah muatan positif sehingga arus induksi mengalir dari Q ke P. Oleh karena arah arus ke atas (dari Q ke P), akan timbul pula gaya Lorentz F yang arahnya ke kiri (dicaridengan kaidah tangan kanan).
Persamaan besar gaya Lorentz dapat ditulis sebagai berikut
Agar kecepatan penghantar PQ konstan, pada PQ harus diberikan gaya sebesar F’ untuk melawan gaya Lorentz F atau F’ = -F. Untuk mempertahankan kecepatan v, gaya F’ sama besar dengan gaya Lorentz F ke kanan. Penghantar PQ berpindah sejauh s, dengan kecepatan v dalam waktu t. Besarnya usaha yang harus dilakukan untuk melawan gaya Lorentz adalah sebagai berikut.
Usaha yang dilakukan berubah menjadi energi listrik yang besarnya sebagai berikut.
Usaha itu berubah menjadi energi listrik. Besarnya energi listrik yang dihasilkan
Jarak tempuh (s) per satuan waktu (t) adalah kecepatan (v) sehingga besarnya GGL induksi yang dihasilkan oleh kawat PQ adalah
Tanda negatif (-) menunjukkan persesuaian arah gaya gerak listrik induksi dengan Hukum Lenz. Apabila sebuah penghantar dengan panjang l dan memiliki hambatan R digerakkan dengan kecepatan v dalam induksi magnetik homogen B, besarnya gaya perlawanan yang diberikan oleh penghantar memenuhi persamaan
demikianlah artikel dari dosenmipa.com mengenai Gaya Gerak Listrik, semoga artikel ini bermanfaat bagi anda semuanya.
