Induksi magnetik adalah fenomena menarik dalam dunia fisika yang melibatkan interaksi antara medan magnet dan arus listrik. Untuk memahaminya lebih lanjut, Anda perlu mengetahui sejumlah rumus induksi magnetik yang biasa digunakan dalam berbagai kasus induksi magnetik.
Penasaran apa saja rumus-rumus dan contoh soalnya? Pembahasan lengkap terkait rumusnya adalah seperti berikut ini.
Daftar ISI
Rumus Induksi Magnetik
Rumus induksi magnetik adalah alat matematis yang digunakan untuk menghitung besaran medan magnet yang dihasilkan atau dikenakan pada sebuah objek. Berikut ini adalah penjelasan lengkapnya.
1. Hukum Faraday
Hukum Faraday memuat salah satu rumus induksi magnetik dan hukum fundamental dalam fisika yang menjelaskan tentang induksi elektromagnetik. Lebih lanjut, hukum ini ditemukan oleh ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday pada tahun 1831.
Hukum Faraday menyatakan bahwa perubahan fluks magnet yang melingkupi suatu konduktor listrik akan menginduksi timbulnya gaya gerak listrik (EMF) di dalam konduktor tersebut. Gaya gerak listrik ini dapat menyebabkan aliran arus listrik dalam konduktor jika ada jalur tertutup.
Hukum Faraday dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:
2. Hukum Lenz
Hukum Lenz merupakan salah satu prinsip dasar dalam fisika yang menjelaskan tentang arah arus listrik yang diinduksi dalam suatu konduktor oleh perubahan medan magnet. Lebih lanjut lagi, hukum ini ditemukan oleh fisikawan Heinrich Lenz pada tahun 1834.
Hukum Lenz menyatakan bahwa arah arus listrik yang diinduksi akan selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnet yang menyebabkan induksi tersebut.
Jadi, ketika medan magnet yang melingkupi suatu konduktor yang mengalami perubahan, konduktor tersebut akan menghasilkan gaya gerak listrik (EMF). EMF tersebut dihasilkan untuk menciptakan medan magnet yang bertentangan dengan perubahan medan magnet tersebut.
Hukum Lenz dapat diringkas dalam pernyataan berikut: “Arah arus listrik yang diinduksi selalu berusaha untuk menghasilkan medan magnet yang bertentangan dengan perubahan medan magnet penyebab induksi.”
Contoh penerapan Hukum Lenz adalah ketika sebuah kumparan kawat berada di dalam medan magnet yang berubah. Jika medan magnet tersebut bertambah atau berkurang, arus listrik akan diinduksi dalam kumparan tersebut dengan arah yang berlawanan dengan perubahan medan magnetnya.
Jadi, dengan cara ini, kumparan tersebut menciptakan medan magnet yang berlawanan untuk mencoba mengimbangi perubahan medan magnet luar.
3. Rumus Induksi Magnetik untuk Konduktor Bergerak
Induksi magnetik pada konduktor bergerak adalah fenomena menarik dalam dunia fisika yang terjadi ketika sebuah konduktor listrik bergerak melalui medan magnet. Proses ini menghasilkan gaya gerak listrik atau yang biasa dikenal sebagai EMF (Electromotive Force) dalam konduktor tersebut.
Rumus induksi magnetik untuk konduktor bergerak adalah:
- ϵ : EMF atau gaya gerak listrik dalam Volt (V)
- B : Induksi magnetik medan magnet dalam Tesla (T)
- l : Panjang konduktor yang terkena medan magnet dalam meter (m)
- v : Kecepatan konduktor dalam meter per detik (m/s)
- θ : Sudut antara medan magnet dan arah gerak konduktor
Jika kecepatan konduktor tegak lurus terhadap medan magnet, komponen kecepatan yang tegak lurus adalah v * sin(θ). Oleh karena itu, sin(θ) akan memberikan kontribusi dalam menentukan besarnya EMF yang dihasilkan.
4. Rumus Gaya Gerak Listrik (Gaya Lorentz)
Rumus gaya gerak listrik, yang juga dikenal sebagai rumus EMF (Electromotive Force) atau gaya Lorentz, menjelaskan bagaimana arus listrik mengalir pada konduktor yang bergerak dalam medan magnet akan menghasilkan gaya magnetik. Adapun rumus gaya gerak listrik adalah:
F=q(v x B)
- F adalah gaya gerak listrik yang dihasilkan dalam Newton (N).
- q adalah besaran muatan listrik dalam konduktor dalam Coulomb (C).
- v adalah kecepatan muatan listrik dalam konduktor dalam meter per detik (m/s).
- B adalah induksi magnetik medan magnet dalam Tesla (T).
5. Fluks Magnetik
Rumus induksi magnetik selanjutnya adalah rumus fluks magnetik yang digunakan untuk menghitung jumlah medan magnet (B) yang melalui permukaan tertentu (A). Fluks magnetik dinyatakan dalam satuan Weber (Wb) dan menggambarkan besaran medan magnet yang menembus atau melalui suatu permukaan tertentu.
Rumus Fluks Magnetik adalah:
Contoh Soal Induksi Magnetik
Untuk bisa memahami berbagai rumus induksi magnetik, Anda bisa memperhatikan dan mempelajari kembali beberapa contoh soal berikut ini.
Contoh soal 1
Misalkan terdapat sebuah kumparan dengan 200 lilitan yang ditempatkan di dalam medan magnet yang mengalami perubahan fluks sebesar 0,05 Weber dalam waktu 0,1 detik. Berapa besar gaya gerak listrik yang diinduksi dalam kumparan tersebut?
Diketahui:
N = 200 lilitan
Jadi, besar gaya gerak listrik yang diinduksi dalam kumparan tersebut adalah 100 Volt (V) dengan polaritas negatif. Ini menunjukkan bahwa arus listrik akan mengalir dalam arah yang berlawanan dengan perubahan fluks magnetik.
Contoh soal 2
Sebuah magnet bergerak ke bawah menuju dalam sebuah kumparan kawat. Medan magnetik yang dihasilkan oleh magnet masuk ke dalam kumparan tersebut.
Jika perubahan fluks magnetik yang masuk ke dalam kumparan adalah 0.02 Weber per detik, tentukan arah arus listrik yang diinduksi dalam kumparan tersebut menurut Hukum Lenz.
Pembahasan:
Menurut Hukum Lenz, arus listrik yang diinduksi akan selalu berusaha untuk menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan perubahan fluks magnet yang menyebabkan induksi.
Dalam hal ini, medan magnet yang masuk ke dalam kumparan, sehingga arus listrik yang diinduksi akan berusaha untuk menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan arah masuknya medan magnet ini.
Jadi, arah arus listrik yang diinduksi dalam kumparan akan berlawanan dengan arah medan magnet yang masuk, yaitu dari atas ke bawah. Hal tersebut terjadi untuk mencoba mengimbangi perubahan fluks magnet yang masuk ke dalam kumparan tersebut.
Perhatikan bahwa arah arus listrik yang diinduksi selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnetik yang menyebabkan induksi. Jika medan magnet bergerak ke atas menuju kumparan, maka arah arus listrik yang diinduksi akan bergerak dari bawah ke atas dalam kumparan.
Contoh soal 3
Sebuah kawat lurus dengan panjang 2 meter mengalirkan arus sebesar 5 Ampere. Jika medan magnet pada tempat kawat tersebut adalah 0.2 Tesla dan sudut antara arah arus listrik dan medan magnet adalah 30 derajat, berapakah besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat tersebut?
Diketahui:
B = 0.2 T
I = 5 A
L = 2 m
θ = 30°
Pembahasan:
F = 0.2 T * 5 A * 2 m * sin(30°)
Lalu, F = 0.2 * 5 * 2 * 0.5 (sin 30° = 0.5)
F = 0.2 * 5 * 2 * 0.5
F = 0.2 N
Contoh soal 4
Sebuah kawat horizontal dengan panjang 3 meter mengalirkan arus sebesar 10 Ampere ke arah timur. Medan magnet dengan induksi magnetik 0.5 Tesla mengarah vertikal ke atas. Tentukan besar gaya Lorentz yang bekerja pada kawat tersebut.
Pembahasan:
Gaya Lorentz adalah gaya magnetik yang dialami oleh konduktor yang mengalirkan arus listrik dalam medan magnet. Rumus induksi magnetik gaya Lorentz adalah:
F=q(v X B)
Diketahui:
q = 10 C (besaran muatan listrik dalam kawat, dihitung dari arus listrik).
v = 0 m/s (kecepatan kawat, karena kawat hanya bergerak secara horizontal).
B = 0.5 T (induksi magnetik medan magnet).
θ = 90 derajat (sudut antara arah arus listrik dan arah medan magnet, tegak lurus).
Kita perlu mengkonversi sudut ke radian karena rumus sin menggunakan satuan radian.
θ (dalam radian) = 90 derajat * (π/180) ≈ 1.571 radian
Selanjutnya, nilai-nilai yang sudah diketahui tersebut kita masukkan ke dalam rumus:
F = 10 C * 0 m/s * 0.5 T * sin(1.571 rad)
Karena sin(1.571 rad) = 1, maka:
F = 10 C * 0 m/s * 0.5 T * 1
Kalkulasikan hasilnya:
F = 0 Newton (N)
Jadi, besar gaya Lorentz yang bekerja pada kawat tersebut adalah 0 Newton (N), karena kawat hanya bergerak secara horizontal dan tidak ada komponen kecepatan yang tegak lurus terhadap medan magnet.
Contoh soal 5
Sebuah kumparan berbentuk persegi dengan panjang sisi 0.1 meter diletakkan dalam medan magnet dengan induksi magnetik 0.2 Tesla. Kumparan tersebut membentuk sudut 30 derajat dengan medan magnet. Berapa fluks magnetik yang melalui kumparan tersebut?
Pembahasan:
Fluks magnetik adalah jumlah medan magnet yang melalui permukaan tertentu. Dalam menghitung fluks magnetik, kita dapat menggunakan rumus induksi magnetik:
Diketahui:
- B = 0.2 T (induksi magnetik medan magnet).
- A = (0.1 m)^2 = 0.01 m² (luas permukaan kumparan).
- θ = 30 derajat (sudut antara arah medan magnet dan permukaan kumparan).
Kita perlu mengkonversi sudut ke radian karena rumus cos menggunakan satuan radian.
θ (dalam radian) = 30 derajat * (π/180) ≈ 0.524 radian
Setelah itu, masukkan nilai-nilai yang sudah diketahui ke dalam rumus:
Jadi, fluks magnetik yang melalui kumparan tersebut adalah sekitar 0.001732 Weber (Wb).
Sudah Tahu Rumus Induksi Magnetik?
Itu dia penjelasan lengkap terkait rumus induksi magnetik, satuan, gaya, rumus, dan contoh soal yang bisa Anda pelajari. Agar bisa lebih mudah mengerti, pastikan Anda memperhatikan setiap materi yang ada dan mencoba contoh soalnya, ya!
