Fisika Induksi Elektromagnetik Akibat dari Fisika Listrik

Abstrak

Induksi elektromagnetik terjadi karena adanya aliran listrik pada medan magnet. Fisika listrik

mempelajari tentang arus dalam induksi elektromagnetik. Arus mengandung kuat dan daya.

Kekuatan dan daya pun akan mempengaruhi aliran fluks magnet. Bisa juga fluks itu dibuat aliran

searah dan bolak-balik. Fisika listrik menyebabkan kejadian elektromagnetik terjadi.

Kata kunci: induksi elektromagnetik, aliran listrik, medan magnet, Fisika listrik, arus, kuat, daya,

aliran fluks magnet, aliran searah, bolak-balik.

Abstract

Electromagnetic induction happens when the electric wave happens in magnet conduction.

Electric physics studies about wave in electromagnetic induction. Wave contains power and

work. Power and work will effect to the magnet flux wave. It can flux which makes from linear

and irreversible wave. Electric physics causes electromagnetic phenomena happen.

Keyword: electromagnetic induction, electric wave, magnet conduction, Electric Physics, wave,

power, work, magnet flux wave, linear wave, irreversible.

Introduction

Induksi elektromagnetik memfungsikan antara aliran listrik dan kuat medan fluks

magnet. Fisika listrik berhubungan dengan dasar elektromagnetik pada arusnya. Alat yang

digunakan ada searah dan bolak-balik.

Menurut buku Top One Fisika, Fisika listrik adalah cabang yang mempelajari tentang

energy listrik. Listrik ada yang statis dan dinamis. Muatan listrik adalah proton dan electron.

Benda bermuatan listrik jika jumlah electron dan proton tak seimbang ditulis oleh Fahamsyah

(2018, p. 387).

Penelitian ini dibagi ke dalam 3 tahap dengan tujuan mendapatkan hubungan relasi antara

listrik dan magnet. Tahap pertama dasar Fisika listrik, tahap kedua adalah menentukan medan

magnet, tahap ketiga adalah melihat arus searah dan bolak-balik.

Literature Review

A. Listrik dalam FisikaMenurut Fokus UN, listrik terdiri dari:

a. Hukum Coulomb

Antara dua muatan listrik terdapat gaya elektrostatis yang besarnya sebanding dengan

muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.

F=Qqr2 ;k= 1

4πεo

F=besar gaya elektrostatis yang timbul jika dua muatan didekatkan (N).

Q=q=besar muatan sumber ©.

R=jarak kedua muatan (m).

K=konstanta dielektrik medium di sekitar kedua muatan (9 x109N m2/N 2¿

εo=permitivitas listrik darimedium di sekitar keduamuatan(8,85 x 10−12C 2N m2)

Kuat medan listrik adalah gaya persatuan muatan.

E=FQ

=k Qr2

E=kuatmedan listrik ( NC

)

Q=muatan sumber (C ) .

q=muatanuji untukmengentahui kekuatanmedan listrik yangditimbulkanolehmuatanQ (C ) .

Kuat medan listrik segaris:

Ep=E1+E3−E2

Kuat medan listrik dengan sudut tegak lurus:

E=√E12+E22

Arah E dapat ditentukan dengan:

α=tan E2E1

atauα=sin E2E1

terhadapE1

b. Hukum Gauss

Jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus suatu bidang tegak lurus.

Nilai fluks listrik adalah:

ϕ=EAcosθ

ϕ=fluks listrik (Wb)

E=kuatmedan listrik ( NC

)

θ=sudut antaraE dannormal bidang

Besarnya perpotongan garis bidang listrik:

ϕ= qεo

c. Potensial Listrik dan Energi potensial listrik

Potensial listrik adalah besaran scalar yang menyatakan energy potensial pada medan

listrik.

Energi potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan

dari satu posisi ke lain dalam medan listrik.

EP=k Qqr

Potensial listrik suatu titik

V=k qr

Kapasitor menyimpan muatan listrik atau energy listrik.

Q=CV W=12QV=1

2CV 2=1

2Q2

CC=kεo A

d

Rangkaian kapasitor adalah:

CP=C 1+C 2+…

1Cs

= 1C 1

+ 1C2

+…

Hukum Kirchoff menjelaskan arus listrik pada rangkaian tertutup dan bercabang:

bercabang :∑ Imasuk=∑ Ikeluar

looptertutup :∑ ε+∑ I (R+r )=0

Kesemua hokum diatas adalah dasar dari Fisika listrik disadur dari buku Taryo (2019,

pp. 486-489).

B. Induksi ElektromagnetikDari buku The King SNMPTN, maka induksi terdiri dari:

a. Medan magnet

B= μoI2πa

μo=permeabilitas ruanghampa=4 πx 10−7WbAm

I=kuat arus A

A= jari-jari kawat m

B=induksi magnet(Wb

m2atauT ¿

B= μoNIasinα2 r2

N=banyaknya lilitan

A=jari-jari kawat m

B= μoI2a

B= μoIN2 L

L=panjang solenoid m

B= μoINL

B= μoIN2 πr

R=jari-jari toroida m

b. Gaya Lorentz

F=BILsinα

α=sudut antara I dan B

B= induksi magnet T

F=gaya Lorentz N

I=kuat arus A

L=panjang kawat m

F=Bqvsinα

q=muatan listrik C

V=kecepatan muatan m/s

α=sudut antara B denganv

r=mvBq

R=jari-jari lintasan muatan m

M=massa muatan kg

Fl= μoI 1 I 2

2 πa

L=panjang kawat m

I1I2=kuat arus pada masing masing kawat A

A= jarak kedua kawat

F= gaya Lorentz N

c. Induksi elektromagnetik

εinduksi=−N ∆ ϕ∆ t

atau ε=−Blvsinθ

N=jumlah lilitan

∆ ϕ=perubahan fluksmagnet Wb

B=induksi magnet Wbm2

Δt=perubahanwaktu s

l=panjang kawat ABm

v=kecepatan batang AB m/s

εinduksi=GGLinduksiV

θ=sudut antara arahv terhadaparah B

F= gaya Lorentz N

εs=−L Δ IΔt

L=NϕI

εs=GGLinduksi diriV

Δ I=I 2−I 1=perubahan arus A

N=banyak lilitan

Δt=perubahanwaktu s

ϕ=fluksmagnet Wb

L=induktansi diri H

I=kuat arus A

L= μo N2 AI

I=panjang solenoid m

A=luas penampang m2

L=induktansi diri H

μo=permeabilitas dalamruanghampaWb/ Am

W=12L I 2

W=energi yang tersimpandalam induktor J

ϕ=BAcosθ

ϕ=fluksmagnet

A=luas bidang yang ditembus m2

θ=sudut datang antaraBdenganbidangnormal A

d. Penerapan hokum Faraday

VpVs

=NpNs

= IsIp

Vp=tegangan primer V

Is=kuat arus sekunder A

Np=jumlah lilitan pada kumparan primer

Vs=tengangan sekunder V

Ip=kuat arus primer A

Ns=jumlah lilitan kumparan sekunder

η=PoutPin

x100 %= VsIsVpIp

x100 %

Pin=daya yang masuk W

Pout=daya yang keluar W

η=efisiensi transformator

ε=εmakssinωt

εmaks=NBAω

εmaks=ImaksR

εmaks=GGLmaksimumV

ω=kecepatan sudut=frekuensi anguler rads

N=banyak lilitan

A=luasbidang penampangm2

B=induksi magnetik T

R=hambatan ohm

Imaks=kuat arus maksimum A

Semua rumus diatas adalah dasar magnet pembentuk teori Fisika listrik disadur

dari Rustam (2019, pp. 105-107).

C. Arus searah dan bolak-balikMenurut buku detik detik UN, penerapan alat pada arus listrik adalah:

a. Rangkaian hambatan searah

R=ρ lA

ρ=hambat jeniskawat Ωm

l=panjang kawat m

A=luas penampang kawat m2

Rseri=R1+R2+R3+…+Rn

V=V 1+V 2+V 3+…+Vn

I=I 1=I 2=I 3=…=¿

1Rp

= 1R1

+ 1R2

+ 1R3

+…+ 1Rn

I=I 1=I 2=I 3=…=¿

V=V 1+V 2+V 3+…+Vn

b. Rangkaian listrik bolak-balik

VR=VMsinωt

VL=VMsin(ωt+ π2)

VC=VMsin(ωt−π2)

V=√VR2+(VL−VC )2

V=IMZsin (ωt+φ)

Z=√R2+ (XL−XC )2

XL=ωL=2 πfL

XC= 1ωC

= 12 πfC

V=tegangan sesaat

Vm=tegangan maksimal

VR=tegangan sesaat pada resistor V

VL=tegangan sesaat pada inductor V

VC=tegangan sesaat pada kapasitor V

φ=beda sudut fase tegangan danarus

Z=impedansi rangkaian Ω

XL=reaktansi inductor Ω

XC=reaktansi kapasitor Ω

L=induksi inductor H

ω=kecepatan sudut rad /s

C=kapasitansi kapasitor F

R=resisteansi hambatan Ω

Semua rumus diatas dipakai untuk menentukan jenis arus yang lewat disadur dari

Chasanah, Prihantina, & Sururi (2019, pp. 59,63).

Research MethodologyPenelitian ini bersifat kuantitatif. Dari penelitian ini akan membuktikan bahwa

magnet ada hubungannya dengan arus listrik.

Data Analysis and InterpretationA. Listrik dalam Fisika

Listrik dalam Fisika dibedakan menjadi statis dan dinamis:

Dua buah partikel bermuatan berjarak R satu sama lain dan terjadi gaya tarik-menarik sebesar F.

Jika jarak antara kedua muatan dijadikan 4 R, tentukan nilai perbandingan besar gaya tarik-

menarik yang terjadi antara kedua partikel terhadap kondisi awalnya!

Gaya Tarik menarik diatas penyebabnya adalah partikel yang saling berbeda muatan,

hokum ini berlaku pada hokum Coulomb listrik statis:

F=k q1q2r2

F 2F 1

=( r 1r 2 )

2

F2=( r 1r 2 )

2

xF 1

F2=( R4 R )

2

xF

F2= 116

F

Jika ada 3 buah muatan dalam satu tangkai listrik, maka:

Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!

 

Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah

gaya Coulomb pada muatan B !

Penyelesaian dari soal itu adalah:

FBA=k qBqAr2 AB

=9 x109 (2. 10−6)(10−6)12 =18x 10−3 N

FBC=k qBqCr2BC

=9 x109 (2.10−6)(4. 10−6)12 =72x 10−3N

Ftotal=FBC−FBA=72 x10−3−18 x10−3=54 x10−3N

Pada soal diatas ada 3 muatan, muatan A dan B mengarah ke kiri, dan muatan BC

mengarah ke kanan. Kedua garis berlawanan arah sehingga disebut tolak menolak.

Soal diatas berhubungan dengan listrik dinamis, penyelesaiaannya adalah:

i 8= i5 R4R8+R4

I= i 548+4

i5=3 I

Soal diatas menunjukkan bahwa kuat arus pada hambatan 5 adalah jumlah arus pada

hambatan 4 dan 8.

Soal diatas adalah penerapan alat ukur kuat arus listrik, penyelesaian sebagai berikut:

R= rdn−1

= 0,910−1

=0,1 paralel

Soal diatas adalah bentuk soal dari listrik dalam konsep dasar Fisika yang merupakan

sumber kuat arus daripada induksi electromagnet.

B. Induksi ElektromagnetikInduksi elektromagnetik adalah sebagai akibat dari aliran listrik yang mengalir

pada magnet, jenisnya adalah:

Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks

magnetik dari 3 x 10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms.

Tentukan ggl induksi yang timbul!

Maksud dari soal itu adalah fluks magnetic bias mengalami perubahan dalam

induksi elektromagnetik tergantung pada jumlah lilitan yang dimiliki pada

generator dan juga banyaknya arus listrik yang masuk:

E=N ∆ ϕΔt

=1000 x 2 x10−5

10 x10−3=2V

Fluks magnetic dipengaruhi oleh banyak lilitan, kekuatan fluks listrik, dan juga

selang waktu berbanding terbalik, soal jenis lain:

Perhatikan gambar berikut!

Kawat AB terletak pada medan magnet 0,5 T. Bila kawat digeser ke kanan dengan kecepatan 4

m/s, tentukan besar GGL induksi yang terjadi dan arah arusnya!

GGL induksi terjadi karena pemindahan muatan dengan laju tegangan yang

berbeda dalam satu medium pipa AB, GGL ini akan menghasilkan gaya gesek

yang dimana akan mempengaruhi gesekan susunan muatan yang terdapat dalam

benda:

ε=BlV=0,5.0,5 .4=1V

GGL induksi dipengaruhi oleh panjang pipa medium, laju tegangan, dan juga

besar kuat medan magnet. Adapula jenis induksi lain:

Suatu kumparan memiliki jumlah lilitan sebanyak   . Jika arus listrik

yang mengalir pada kumparan tersebut sebesar   dan fluks magnet

yang terbentuk sebesar  , maka induktansi diri dari kumparan tersebut

adalah…

a. 

b. 

c. 

d. 

e. 

Magnet mampu menginduksi dalam dirinya dengan membentuk gaya induktansi

diri dimana arus listik akan mengalir pada lilitan kawat dan mempengaruhi gaya

listrik pada medan magnet, sehingga magnet akan berfungsi:

L= NϕI

=(123)(5,55)(3,33)

=205 H

Rumus induktansi diri dipengaruhi oleh jumlah lilitan, fluks magnetic, serta

berbanding terbalik dengan kuat arus. Juga adapun jenis induksi lain:

Bola konduktor adalah salah satu contoh GGL induksi dimana induksi terkuat

terletak pada putaran sudut rentang jari-jari lingkaran:

ε=2πfB l2=2 (3,14 ) (5 ) (0,3 ) (0,8 )2=6V

Semua soal diatas adalah soal yang berhubungan dengan induksi elektromagnetik

akibat aliran listrik dan menghasilkan kuat arus medan magnet.

C. Penerapan Listrik Searah dan Bolak BalikArus listrik ada yang diterapkan searah dan bolak balik:

Sebuah alat pemanas air 200 watt, 220 volt yang dipasng pada sumber tegangan

110 volt, menyerap daya listrik sebesar ....

a        a.    400 watt

b        b.    200 watt

c        c.   100 watt

d        d.    75 watt

e        e.    50 watt

Alat pemanas listrik menerapkan arus searah, dimana alat listrik juga menyerap

daya listrik:

P1P2

=V 1V 2

200P2

=220110

P2=100W

Daya listrik yang dihasilkan arus searah merupakan hasil daripada penyerapan

energy listrik searah yang diterapkan oleh kuat arus rangkaian searah, soal

selanjutnya:

Sepotong kawat memiliki jari-jari yang dimana merupakan ukuran dari panjang

titik kawat ke titik lain sehingga arus akan mengalir melalui jari-jari dan

menghasilkan listrik yang searah dengan panjang kawat itu:

R= ρLA

= ρLπ r2

R1R2

= L1L2 ( r 2

r 1 )2

2R2

= L12 L1 ( 2r 1

r 1 )2

R2=1

Soal selanjutnya ada arus listrik yang bolak-balik arahnya:

Sebuah hambatan 600 , induktor 1000 dan kapasitor 200 disusun seri. Jika 

susunan ini dihubungkan dengan sumber tegangan AC 100 V, maka daya

rangkaiannya adalah….Watt

Z=√(XL−XC )2+R2=(1000−200)2+6002=1000

i=VzZ

= 1001000

=0,1 A

P=VI=100.0,1=10W

Dari rangkaian bolak balik diatas menandakan bahwa kuat arus sama dengan

semula, tetapi hambatan yang diterima setiap tempat pun berbeda. Soal

selanjutnya:

Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut !

                                 

    Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka besar kuat arus maksimum

yang mengalir pada rangkaian adalah....

A. 1,5 A

B. 2,0 A

C. 3,5 A

D. 4,0 A

E. 5,0 A

Dari arus maksimum yang mengalir pada rangkaian bolak-balik sama dengan rumus pada rangkaian

searah, hanya hambatan per benda saja yang berbeda:

Z=√R2+(XL−XC )2=602+(120−40)2=100

ℑ=VmZ

=200100

=2 A

Soal diatas menggambarkan arah arus pada listrik yang bias dipakai dalam induksi elektromagnetik.

ConclusionArah aliran arus listrik, tegangan, dan hambatan mempengaruhi kemagnetan dan besar medan

magnet yang terjadi.

BibliographyChasanah, R., Prihantina, E., & Sururi, A. M. (2019). Detik Detik UN Fisika 2020. Yogyakarta: Intan

Pariwara.

Fahamsyah, S. (2018). Top One Buku Pintar Fisika. Jakarta: Bintang Wahyu.

Rustam. (2019). The King SNMPTN IPA. Yogyakarta: Forum Tentor Indonesia.

Taryo. (2019). Erlangga Fokus UN SMA IPA. Jakarta: PT Gelora Aksara Pratama.