Induksi elektromagnetik
Induksi elektromagnetik terjadi ketika fluks magnet yang menembus rangkaian berubah. Medan magnet dapat sangat kuat tetapi tetap tidak menghasilkan ggl induksi jika fluks yang terkait dengan rangkaian konstan.
Fluks magnet: besaran yang harus berubah
Φ = BA cos θ
Untuk medan seragam dan loop datar, Φ = BA cosθ, dengan θ sudut antara B⃗ dan normal permukaan loop, bukan sudut terhadap bidang loop. Fluks dapat berubah karena B berubah, luas berubah, loop berotasi, atau loop berpindah ke daerah dengan medan berbeda.
Hukum Faraday
emf = −N dΦ/dt
Hukum Faraday adalah emf = −N dΦ/dt. Besar ggl bertambah dengan jumlah lilitan N dan laju perubahan fluks. Tanda minus mengkodekan arah menurut hukum Lenz, bukan sekadar menyatakan “tegangan negatif”. Magnet dan kumparan yang sama-sama diam tidak mengalami induksi berkelanjutan jika fluks tetap, walaupun medan magnet ada.
Kalkulator perubahan fluks
Hukum Lenz dan kekekalan energi
Hukum Lenz menyatakan efek magnet arus induksi menentangperubahan fluks, bukan selalu medan asal. Jika fluks ke satu arah bertambah, medan induksi melawan pertambahan; jika fluks berkurang, medan induksi cenderung mempertahankannya. Inilah alasan kerja mekanik diperlukan saat magnet didorong masuk ke kumparan konduktif: reaksi induksi menjaga kekekalan energi.
GGL gerak adalah fisika yang sama
emf = BLv
Muatan bebas dalam penghantar bergerak juga mengalami gaya magnet dan dapat terpisah. Untuk batang panjang L yang bergerak tegak lurus B seragam dengan kelajuan v, geometri ideal memberi emf = BLv. Ini bukan fenomena terpisah, melainkan deskripsi lain dari perubahan fluks magnet yang terhubung dengan rangkaian.
Langkah yang andal untuk masalah induksi
Urutan yang aman: ① tentukan loop dan normal permukaan; ② tentukan arah bertanda fluks luar; ③ putuskan apakah fluks itu meningkat atau menurun; ④ baru gunakan Lenz untuk arah medan dan arus induksi. Kesalahan umum adalah selalu melawan medan luar. Jika fluks ke atas sedang berkurang, medan induksi justru ke atas. Faktor cosθ pada Φ = BA cosθ juga tidak boleh diabaikan.
Contoh terarah
1. Fluks melalui loop
Loop 0,020 m² memiliki bidang tegak lurus terhadap B = 0,30 T. Tentukan fluks.
Penyelesaian
Normal permukaan sejajar B sehingga θ = 0, Φ = BA = 6,0 × 10⁻³ Wb.
2. Besar menurut Faraday
Kumparan 200 lilitan mengalami perubahan fluks per lilitan 3,0 mWb dalam 0,050 s.
Penyelesaian
|emf| = N|ΔΦ|/Δt = 12 V.
3. Arah menurut Lenz
Kutub utara magnet mendekati kumparan sepanjang sumbunya. Muka dekat kumparan harus bersifat seperti kutub apa?
Penyelesaian
Fluks masuk sedang bertambah; kumparan menentang pertambahan, sehingga muka dekat bersifat seperti kutub utara dan menolak magnet.