Hukum Faraday menjadi satu hukum fundamental dalam ilmu fisika yang berkaitan dengan fenomena induksi elektromagnetik. Hukum ini dinamai dari seorang ahli fisika Inggris bernama Michael Faraday yang hidup pada abad ke-19.
Penemuan dan pengembangan Hukum Faraday memainkan peran krusial dalam pemahaman kita tentang listrik dan magnetisme, dan penerapannya memiliki dampak besar dalam berbagai aspek kehidupan modern. Jadi, dalam artikel ini, kita akan membahas tentang Hukum Faraday secara mendalam.
Daftar ISI
Pengertian Hukum Faraday
Hukum Faraday adalah prinsip fisika yang menjelaskan tentang induksi elektromagnetik. Sederhananya, induksi elektromagnetik adalah proses di mana timbulnya arus listrik di dalam suatu kawat yang terjadi akibat perubahan medan magnet di sekitarnya.
Hukum ini menyatakan bahwa laju perubahan fluks magnetik yang melintasi suatu kawat atau konduktor akan menginduksi atau menyebabkan terjadinya arus listrik di dalamnya. Sementara fluks magnetik adalah jumlah garis-garis gaya magnetik yang melewati suatu permukaan tertentu.
Jika fluks magnetik melintasi kawat atau konduktor berubah, maka akan terjadi emf (electromotive force) atau gaya gerak listrik yang menghasilkan arus listrik.
Bagaimana Asal Usul Hukum Faraday?
Hukum Faraday mengenai induksi elektromagnetik dinamai setelah ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday. Faraday lahir pada 22 September 1791 di Newington Butts, Inggris, dan terkenal sebagai salah satu tokoh terbesar dalam sejarah fisika dan kimia.
Asal usul hukum ini berawal dari serangkaian eksperimen yang Michael Faraday lakukan pada awal abad ke-19. Faraday awalnya bekerja sebagai asisten Humphry Davy, seorang kimiawan terkenal pada masanya.
Melalui kerja kerasnya dan kesempatan yang Davy berikan, Faraday berhasil menjadi anggota Royal Society, sebuah organisasi ilmiah terkemuka di Inggris pada saat itu.
Pada tahun 1831, Faraday melakukan serangkaian percobaan yang mengubah dunia ilmu pengetahuan. Eksperimen-eksperimen ini berfokus pada hubungan antara medan magnet dan arus listrik, dan hasilnya membuktikan adanya induksi elektromagnetik.
Percobaan Faraday
Berikut adalah Eksperiman yang Faraday lakukan sebagai dasar teorinya dalam Hukum Faraday I dan II.
1. Percobaan Pertama
Salah satu percobaan paling terkenal yang Faraday lakukan adalah eksperimen transformator bergerak. Dalam eksperimen ini, Faraday menggunakan dua kumparan kawat yang terhubung dengan galvanometer, sebuah alat untuk mendeteksi arus listrik.
Faraday memindahkan salah satu kumparan kawat di dekat kumparan lain yang tetap diam. Ketika ia memindahkan kumparan pertama, ia menyadari bahwa perubahan medan magnet karena pergerakan kumparan tersebut menghasilkan arus listrik pada kumparan kedua.
Lalu, ia menyimpulkan bahwa perubahan medan magnet tersebut menginduksi arus listrik dalam kumparan kedua. Hasil eksperimen ini menyatakan bahwa perubahan medan magnet yang melintasi suatu kawat atau konduktor akan menginduksi arus listrik dalam kawat atau konduktor tersebut.
Eksperimen ini menjadi dasar bagi Hukum Faraday I, yang menyatakan bahwa perubahan fluks magnetik akan menghasilkan emf (Electromotive Force) atau gaya gerak listrik.
2. Percobaan Kedua
Selain eksperimen transformator bergerak, Faraday juga melakukan percobaan lain yang menunjukkan hubungan antara medan magnet dan arus listrik.
Lalu, ia mengemukakan Hukum kedua Faraday yang menyatakan bahwa besar arus listrik yang terinduksi dalam kawat atau konduktor sebanding dengan besar perubahan fluks magnetik yang melintasinya.
Prinsip pada Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik
Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik terdiri dari beberapa prinsip utama yang menjelaskan hubungan antara fluks magnetik dan arus listrik yang terinduksi dalam suatu kawat atau konduktor.
Prinsip-prinsip ini sangat penting dalam pemahaman kita tentang induksi elektromagnetik dan penerapannya dalam teknologi modern.
1. Hukum Faraday I
Hukum Faraday I menyatakan bahwa perubahan fluks magnetik yang melintasi suatu kawat atau konduktor akan menginduksi emf (Electromotive Force) atau gaya gerak listrik pada kawat tersebut.
Gaya gerak listrik ini menyebabkan arus listrik mengalir dalam kawat. Besar emf yang terinduksi berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik, artinya semakin cepat perubahan fluks magnetik, semakin besar emf yang dihasilkan.
Misalnya, jika suatu kawat terpasang dalam medan magnet dan medan magnetnya berubah-ubah seiring waktu, maka akan ada arus listrik yang mengalir di dalam kawat tersebut.
Fenomena ini dapat kita ilustrasikan dengan memperhatikan kawat yang bergerak dalam medan magnet, atau dengan mengubah medan magnet yang melintasi kawat secara teratur.
Rumus Hukum Faraday I
Emf = −N (dΦ/dt)
Keterangan:
- Emf adalah emf (Electromotive Force) atau gaya gerak listrik yang terinduksi dalam kawat (dalam volt, V).
- N adalah jumlah lilitan kawat atau konduktor (tanpa satuan).
- dΦ/dt adalah laju perubahan fluks magnetik yang melintasi kawat atau konduktor (weber per detik, Wb/s).
2. Hukum Faraday II
Hukum kedua ini menyatakan bahwa besar arus listrik yang terinduksi di dalam kawat akan sebanding dengan besar emf yang terinduksi oleh perubahan fluks magnetik. Artinya, semakin besar perubahan fluks magnetik yang terjadi, semakin besar pula arus listrik yang dihasilkan dalam kawat.
Jika kawat membentuk kumparan atau lingkaran tertutup, seperti dalam pembangkit listrik, arah arus listrik yang terinduksi akan membentuk sirkuit tertutup yang menghasilkan medan magnet sendiri.
Perubahan medan magnet dari arus listrik ini menciptakan umpan balik positif yang dapat menghasilkan arus listrik lebih lanjut, sehingga memperkuat efek induksi.
Rumus Hukum Faraday II:
Emf = −N(Φ2 − Φ1)
Keterangan:
- Emf adalah emf (Electromotive Force) atau gaya gerak listrik yang terinduksi dalam kawat (dalam volt, V).
- N adalah jumlah lilitan kawat atau konduktor (tanpa satuan).
- Φ2 adalah fluks magnetik akhir yang melintasi kawat atau konduktor (weber, Wb).
- Φ1 adalah fluks magnetik awal yang melintasi kawat atau konduktor (weber, Wb).
3. Hukum Lenz
Hukum Lenz adalah prinsip tambahan dalam Hukum Faraday yang menyatakan bahwa arah arus listrik yang terinduksi akan selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya.
Konsep Hukum Lenz berfungsi sebagai “aturan tangan kanan” untuk menentukan arah arus listrik yang terinduksi dalam kawat. Misalnya, jika perubahan fluks magnetik yang melintasi kawat mengarah ke kanan, maka arus listrik yang terinduksi akan mengarah ke kiri, dan sebaliknya.
Hukum Lenz menjelaskan bahwa arus listrik yang terinduksi selalu bekerja untuk mengimbangi perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Prinsip ini merupakan prinsip kekekalan energi yang menjelaskan bagaimana kawat bereaksi terhadap perubahan medan magnet. Hukum Lenz juga bisa dirumuskan sebagai:
Arah arus listrik = − dΦ/dt​
Keterangan:
- Arah arus listrik.
- Arah arus listrik adalah arah arus listrik yang terinduksi dalam kawat atau konduktor.
- dΦ/dt adalah laju perubahan fluks magnetik yang melintasi kawat atau konduktor (weber per detik, Wb/s).
4. Mengubah Intensitas Bidang Magnet pada Loop Tertutup
Prinsip ini menjelaskan bahwa jika intensitas medan magnet yang melintasi loop kawat tertutup berubah, maka akan ada arus listrik yang mengalir di dalam loop tersebut. Berikut beberapa cara untuk mengubah intensitas medan magnet pada loop tertutup:
- Memutar kumparan relatif terhadap magnet.
- Memindahkan kumparan masuk atau keluar dari medan magnet.
- Mengubah luas kumparan yang ada di dalam medan magnet.
- Memindahkan magnet mendekati atau menjauh dari kumparan.
Penerapan prinsip ini dapat Anda temukan dalam pembangkit listrik tenaga air dan turbin angin. Ketika kawat bergerak dalam medan magnet, misalnya pada turbin angin yang berputar, fluks magnetik yang melintasi loop kawat berubah dan menghasilkan arus listrik yang dapat bermanfaat sebagai sumber energi listrik.
Berbagai Contoh Penerapan Hukum Faraday
Hukum tentang induksi elektromagnetik milik Faraday memiliki berbagai penerapan dalam kehidupan sehari-hari dan berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. Beberapa penerapannya antara lain:
1. Generator Listrik
Prinsip induksi elektromagnetik berguna dalam generator listrik untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator menggunakan perubahan fluks magnetik melalui kumparan kawat yang berputar dalam medan magnet untuk menghasilkan arus listrik.
2. Transformator
Transformator adalah perangkat yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengubah tegangan listrik dari satu tingkat ke tingkat lainnya. Transformator terdiri dari dua kumparan kawat yang terhubung oleh inti besi dan bekerja berdasarkan perubahan fluks magnetik yang terjadi pada inti besi.
3. Induksi Elektromagnetik pada Ponsel
Ponsel menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dalam pengisian daya nirkabel. Perangkat pengisian daya nirkabel menggunakan kumparan kawat yang menginduksi arus listrik pada ponsel melalui medan magnet dari stasiun pengisian.
Contoh Soal Hukum Faraday dan Pembahasannya
Sebuah kumparan kawat dengan luas penampang 0,1 m² ditempatkan dalam medan magnet dengan fluks magnetik sebesar 0,05 T. Jika fluks magnetik berubah menjadi 0,1 T dalam waktu 2 detik, berapa besar emf yang terinduksi pada kawat?
Pembahasan:
Emf = −N (dΦ/dt) = −N (Φ2 − Φ1)
Emf = −N (0,1 – 0,5) = −N (0,05)
Jadi, besar emf yang terinduksi pada kawat adalah 0,05 N.
Sudah Paham Hukum Faraday dalam Induksi Elektromagnetik?
Hukum tentang induksi elektromagnetik oleh Faraday adalah prinsip yang sangat penting dalam pemahaman kita tentang listrik dan magnetisme. Dengan memahami hukum ini, kita dapat memahami bagaimana arus listrik terinduksi dalam suatu kawat dan bagaimana prinsip ini diaplikasikan dalam berbagai teknologi modern. Hukum Faraday membuka banyak peluang dalam penggunaan energi listrik dan banyak penerapan dalam berbagai bidang, dari pembangkitan listrik hingga teknologi nirkabel. Semoga artikel ini dapat memberikan wawasan yang lebih mendalam tentang materi ini dan dampaknya dalam dunia fisika dan teknologi.
