Soal Induksi Elektromagnetik dan Pembahasan

Hukum induksi Faraday adalah hukum dasar elektromagnet yang memprediksi bagaimana medan magnet berinteraksi dengan rangkaian listrik untuk menghasilkan gaya gerak listrik, fenomena ini disebut sebagai induksi elektromagnetik.
 

1. Ujung kutub utara magnet batang digerakkan ke arah loop kawat seperti gambar di samping. Ketika kutub utara magnet berada di dalam loop, arah arus searah jarum jam ke kanan melewati resistor.

Kemudian, setelah kutub utara magnet melewati loop, arah arus berlawanan jarum jam ke kiri melewati resistor. Benarkah pernyataan tersebut? Jelaskan alasannya!

 

Pembahasan : 

Apabila magnet batang digerakkan mendekati kumparan, maka jarum galvanometer akan menyimpang ke kanan dan sebaliknya jika magnet batang digerakkan menjauhi kumparan, maka jarum galvanometer akan menyimpang ke kiri. Akan tetapi, jika magnet batang diam tidak digerakkan, jarum galvanometer juga diam.

Posisi tangan pada kaidah tangan kanan untuk menentukan kutub magnet:

-Posisikan empat jari mengikuti arus listrik yang mengalir pada kawat melingkar.

-Ibu jari akan selalu menunjukkan arah utara.

Sehingga, posisi tangan yang memegang kumparan dapat dilihat seperti gambar berikut.

Maka, pernyataan pada soal BENAR. 

2. Sebuah batang besi diselipkan ke dalam induktor pada rangkaian listrik seperti gambar di bawah.

Akibatnya terjadi perubahan medan magnet yang konstan di dalam induktor sehingga menimbulkan GGL induksi yang konstan di dalam induktor. Adanya GGL induksi menyebabkan penurunan arus listrik pada rangkaian. Arus listrik yang mengalir pada saat dipasang induktor lebih kecil daripada arus listrik yang mengalir tanpa induktor pada tegangan sinusoidal. Benarkah pernyataan tersebut? Jelaskan!

 

Pembahasan :

Saat dipasang induktor maka terjadi penurunan arus total pada rangkaian, sehingga hambatan total dlm rangkaian menjadi meningkat.

Maka, pernyataan adalah BENAR.

 

3. Sebuah cincin jatuh dan memasuki area medan magnet dengan arah menjauhi pembaca.

Berdasarkan hukum Faraday, pada saat cincin bergerak kebawah akan muncul arus induksi pada cincin akibat adanya perubahan flus magnetik. Berdasarkan gambar di atas, area yang dapat menimbulkan arus induksi pada cincin adalah . . .

A. A dan B

B. B dan C

C. C dan D

D. B dan D

E. D dan E

 

Pembahasan :

Saat cincin jatuh dari titik A memasuki area medan magnet dengan arah menjauhi pembaca.

Pada saat bergerak ke bawah muncul arus induksi pada cincin akibat adanya perubahan fluks.

Jika tidak ada penghantarnya,  maka arus juga tidak ada.

Area yang dapat menimbulkan arus induksi adalah area yang terletak pada kawat, yaitu B dan D.

4. Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,05 Tesla seperti pada gambar.

 

Tentukan besar dan arah arus induksi pada kawat PQ !

Tentukan besar dan arah gaya Lorentz pada kawat PQ !

 

Pembahasan :

Pertama, cari ggl induksi dengan rumus:

ε = B. l. v

ε = (0,05)(0,5)(20)

ε = 0,5 Volt

 

Lalu, arus induksi :

i = ε /R

i = 0,5/0,5

i = 1 A

Arah arus dari P ke Q (dengan kaidah tangan kanan)

 

Kemudian, Gaya lorentz, gunakan rumus :

F = B. i. l

F = (0,05)(1)(0,5)

F = 0,025  N

Arah gaya F berlawanan dengan kecepatan v, sehingga arah Gaya Lorentz adalah ke kiri.

5. Seutas kawat PQ yang memiliki panjang 50 cm bergerak ke kanan dengan kecepatan 6 m/s dalam medan magnetik yang menjauhi pengamat seperti gambar berikut. 

Jika induksi magnetik 4 x 10^-2 T, tentukan:

a. besar GGL induksi,

b. besar kuat arus listrik pada kawat PQ dan arahnya, serta

c. besar gaya Lorentz dan arahnya

 

Pembahasan : 

Panjang, L = 50 cm = 0,5 m

Kecepatan, 𝑣 = 6 m/s

Induksi magnetik, B = 4 x 10^-2 T

Hambatan, R = 5 Ω

 

a. GGL induksi

ε = B L 𝑣  sin θ

ε = (4 x 10^-2) (0,5) (6)

ε = 0,12 Volt

 

b. Kuat arus listrik pada kawat PQ dihitung dengan persamaan

ε = I . R

0,12 = I . 5

I = 0,024 A

Untuk menentukan arah arus kita gunakan kaidah tangan kanan. Jika arah medan magnet menuju bidang, maka arah arus pada batang berarah ke atas.

c. Gaya Magnetik atau Gaya lorentz

F_L = 𝐵 . I . L

F_L = (4 x 10^-2)(0,024)(0,5)

F_L = 4,8 x 10^-4 N

Karena batang bergerak ke kanan, maka arah gaya Lorenz ke kiri (Ingat: arah gaya Lorenz selalu melawan arah gerak batang konduktor). 

6. Fluk magnet dengan kekuatan 9 × 10 ⁻⁴ Wb menerobos sebuah kumparan tipis. Tiba-tiba mengalami perubahan menjadi 5 × 10 ⁻⁴ Wb dalam selang waktu 0,2 s. Jika kumparan terdiri dari 3 lilitan, GGL induksi yang diihasilkan adalah . . .

Pembahasan:

Fluks magnet Φ₁ = 9 × 10⁻⁴ Wb

Fluks magnet Φ₂ = 5 × 10⁻⁴ Wb

Selang waktu, Δt = 0,2 s

Jumlah kumparan, N = 3 lilitan

GGL induksi, ε = ?

 

Pertama, tentukan besar perubahan fluks

ΔΦ = Φ₁ - Φ₂

ΔΦ = (9 × 10⁻⁴) - (5 × 10⁻⁴)

ΔΦ = 4 × 10⁻⁴ Wb

 

GGL induksi dirumuskan:

ε = -N ΔΦ/Δt

ε = 3 (4 × 10⁻⁴)/0,2

ε = 6 × 10⁻³ Volt

Jadi, GGL induksi yang dihasilkan adalah 6 × 10⁻³ Volt.

7. Seutas kawat penghantar panjang 1 m bergerak tegak lurus dalam medan magnet 10 tesla dengan kecepatan 5 ms⁻¹. Besar GGL induksi yang dihasilkan pada ujung-ujung kawat adalah . . .

Pembahasan:

Panjang, ℓ = 1 m

Medan magnet,  B = 10 T

Kecepatan, v = 5 m/s

GGL induksi, ε = ?

 

GGL induksi dirumuskan:

ε = B. ℓ. v

ε = 10.1.5

ε = 50 Volt

 

Jadi, besar GGL induksi yang dihasilkan pada ujung-ujung kawat adalah 50 Volt.

Share :