Hukum Lenz merupakan salah satu hukum fisika yang sering digunakan dalam gaya gerak listrik induksi. Bagi Anda yang mempelajari di bidang ilmu fisika, pasti familiar dengan hukum yang satu ini. Namun, sebagian dari Anda juga bertanya-tanya, apa itu hukum lenz dan bagaimana rumusnya?
Berbagai penjelasan mengenai hukum tersebut akan dijabarkan pada paragraf di bawah ini. Jadi mari simak berbagai penjelasannya!
Daftar ISI
Pengertian
Hukum Lenz adalah sebuah prinsip yang menjelaskan arah dan besarnya arus induksi yang dihasilkan oleh perubahan fluks magnetik pada sebuah kawat atau lingkaran konduktor.
Hukum Lenz pertama kali ditemukan oleh fisikawan Rusia bernama Heinrich Friedrich Emil Lenz pada tahun 1834. Hukum ini adalah hukum yang melengkapi Hukum Faraday karena pada hukum induksi faraday, hanya menjelaskan tentang besarnya gaya gerak listrik induksi, sedangkan arah arus induksinya tidak dirinci.
Bunyi Hukum Lenz
Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi yang muncul dalam sebuah kawat konduktor akan selalu berusaha menghasilkan medan magnet yang akan berlawanan arah dengan perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya.
Secara penjelasan singkat, hukum ini menyatakan bahwa arus induksi akan “melawan” perubahan fluks magnetik yang mempengaruhinya. Pada konsep ini, dapat dijelaskan lebih lanjut dengan contoh berikut:
Misalkan Anda memiliki sebuah kawat konduktor dan menggerakkannya ke atas melalui medan magnet yang bergerak ke bawah. Ketika kawat itu bergerak, garis- garis medan magnet melalui kawat akan berubah.
Menurut Hukum Lenz, arus induksi akan muncul dalam kawat tersebut dan arah arusnya akan berlawanan dengan arah perubahan medan magnetik. Dengan kata lain, arus induksi yang muncul akan mencoba menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan medan magnet yang mengakibatkan perubahan tersebut.
Ini berarti bahwa arus induksi akan menciptakan medan magnet sendiri yang akan menolak perubahan fluks magnetik yang mempengaruhi kawat tersebut. Prinsip ini juga berlaku untuk arah arus dan perubahan fluks magnetik yang berlawanan.
Rumus Hukum Lenz
Prinsip Hukum Lenz dapat dijelaskan secara kualitatif menggunakan tanda negatif (-) untuk menunjukkan arah arus yang berlawanan. Secara umum, hukum tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:
- Jika terjadi perubahan medan magnet yang melintasi suatu penghantar, maka akan dihasilkan arus induksi dalam penghantar tersebut.
- Arus induksi akan memiliki arah yang berlawanan dengan perubahan medan magnet yang menyebabkannya.
Selain itu, Hukum Lenz dapat dirumuskan secara matematis dengan persamaan:
di mana:
ε = gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dihasilkan dalam penghantar (volt).
N = jumlah lilitan.
ΔΦ = perubahan arus atau fluks (A).
Δt = perubahan waktu (s).
Simbol negatif pada rumus menunjukkan bahwa gaya gerak listrik induksi dalam penghantar memiliki arah yang berlawanan dengan fluks medan magnet.
Perbedaan Hukum Lenz dan Hukum Faraday
Hukum Faraday dan Lenz saling melengkapi dan merupakan dasar bagi pemahaman tentang induksi elektromagnetik. Akan tetapi, terdapat beberapa perbedaan di antara keduanya. Berikut beberapa perbedaannya:
Hukum Lenz
Hukum tersebut menjelaskan bahwa:
- Arus induksi yang dihasilkan oleh penghantar akan selalu berlawanan dengan fluks medan magnet.
- Berfokus pada arah induksi yang dihasilkan. Perubahan fluks akan menginduksi GGL atau Gaya Gerak Listrik dan memicu adanya arus di dalam kumparan. Arus tersebut akan menghasilkan medan magnet yang bertentangan dengan perubahan medan magnet yang mengubahnya.
Hukum Faraday
Hukum tersebut menjelaskan bahwa:
- Perubahan fluks magnetik dalam suatu penghantar akan menginduksi arus listrik dalam penghantar tersebut.
- Hukum Faraday berfokus pada perubahan medan magnet dan arus listrik yang dihasilkan.
Secara umum, Hukum Faraday berkaitan dengan induksi medan magnet yang menghasilkan arus listrik, sedangkan Lenz berkaitan dengan arus listrik yang menghasilkan medan magnet berlawanan dengan perubahan medan magnetik yang menyebabkannya.
Penerapan Hukum Lenz dalam Kehidupan Sehari-hari
Dalam kehidupan sehari-hari, dapat kita ketahui beberapa penerapan dari Hukum Lenz. Inilah beberapa contoh pengaplikasiannya:
- Penggunaannya dapat dimanfaatkan dan diterapkan pada kompor induksi dan pengereman elektromagnetik.
- Pada generator listrik, hukum ini juga dapat diterapkan karena generator listrik dapat menghasilkan listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik.
- Dalam transformator, hukum ini digunakan untuk memastikan bahwa arus yang mengalir di dalam kumparan primer dan sekunder menghasilkan medan magnet yang berlawanan dan sesuai untuk mengubah tegangan.
- Pada alat yang menggunakan konsep energi magnetik pada induktor, hukum ini juga digunakan. Arus akan mengalir apabila sumber GGL (Gaya Gerak Listrik) sudah terkoneksi dengan indikator. Kemudian GGL (Gaya Gerak Listrik) akan berlawanan dengan peningkatan arus melalui induktor.
- Ketika arus audio mengalir melalui kumparan yang dililit pada kerangka headphone, medan magnet yang berlawanan akan menggerakkan diafragma dan menghasilkan suara.
Hukum Lenz dan prinsip induksi elektromagnetik secara luas digunakan dalam berbagai teknologi yang kita gunakan sehari-hari, termasuk dalam perangkat listrik, kendaraan, sistem transportasi, serta dalam industri manufaktur dan kegiatan penelitian.
Contoh Soal
Untuk memahami Hukum Lenz lebih lanjut, berikut ini adalah contoh soal beserta pembahasannya:
Soal 1:
Terdapat fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan. Dalam waktu 5 sekon atau detik, fluks magnetik berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,2 Wb. Kumparan tersebut terdiri atas 100 lilitan kawat dengan hambatan 4 . Berapa kuat arus listrik dalam kumparan tersebut?
Diketahui:
Ditanya: I…?
Pembahasan:
GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi dihitung menggunakan persamaan:
tanda negatif (-) tersebut menyatakan reaksi yang disebabkan oleh perubahan fluks, yakni fluks induksi yang memiliki arah berbeda dengan fluks magnetik utama, sehingga dapat menghasilkan arus yang mengalir melewati kumparan berupa I= /R=6/4=1,5 A.
Dapat disimpulkan bahwa kekuatan arus listrik yang mengalir melewati kumparan tersebut yakni 1,5 A.
Soal 2:
Sebuah magnet diposisikan di atas sebuah kumparan dengan arah kutub utara mengarah ke bawah. Magnet kemudian ditarik keluar dari kumparan dengan kecepatan konstan. Tentukan arah arus induksi yang terjadi dalam kumparan menurut Hukum Lenz.
Pembahasan:
Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi akan berusaha untuk menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan perubahan fluks magnetik yang ada. Dalam hal ini, ketika magnet ditarik keluar dari kumparan, fluks magnetik yang melalui kumparan akan berkurang.
Arah arus induksi yang dihasilkan akan berusaha untuk menghasilkan medan magnet yang berlawanan dengan perubahan tersebut. Jika kutub utara magnet mengarah ke bawah, berarti arus induksi yang dihasilkan dalam kumparan akan berusaha untuk menghasilkan medan magnet yang berlawanan.
Jadi, arus induksi yang terjadi dalam kumparan akan mengalir ke arah atas menurut Hukum Lenz.
Soal 3:
Perubahan fluks magnet pada sebuah kumparan yang mempunyai jumlah lilitan 150 dengan waktu 0.01 detik adalah sebesar 10-4 Wb. Berapa gaya gerak listrik Induksi (GGL) yang akan timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut?
Pembahasan:
Tanda negatif menunjukkan arah arus induksinya. Jadi total dari gaya gerak listrik (GGL) induksi elektromagnet yang diperoleh dari ujung kumparan di atas adalah sebesar 1,5 Volt.
Kesimpulan
Setelah memahami penjelasan di atas, kita dapat memahami bagaimana prinsip Hukum Lenz, perbedaannya dengan Hukum Faraday, penerapan dalam kehidupan sehari-hari sampai pembahasan contoh soalnya. Semoga bermanfaat!
