Fluks Magnetik, Hukum Faraday, dan Hukum Lenz

Fluks Magnetik, Hukum Faraday, dan Hukum Lenz - Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang medan magnetik dan gaya magnetik. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang fluks magnetik dan hukum yang berkaitan dengan itu. Simak uraian berikut.

                    

Fluks Magnetik, Hukum Faraday, dan Hukum Lenz

⚽ Fluks magnetik

Fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnetik yang menembus suatu luasan dalam arah tegak lurus. Fluks magnetik disimbolkan sebagai ΦB ${\mathrm{\Phi }}_B$ dan merupakan besaran skalar. Jika medan magnetik B menembus luasan A yang bersifat homogen, maka fluks magnetiknya dinyatakan sebagai berikut.

ΦB=BAcosθ ${\mathrm{\Phi }}_B=BA\cos \theta$

θ $\theta$ adalah sudut yang dibentuk oleh arah medan magnetik terhadap garis yang tegak lurus permukaan itu. Jika medan magnetik B sejajar dengan vektor normal luasannya, maka θ = 0o (cosθ = 1), sehingga persamaan di atas menjadi seperti berikut.

ΦB=BA ${\mathrm{\Phi }}_B=BA$

Satuan fluks magnetik menurut SI adalah T.m2 atau Weber (Wb). Nama Weber diambil dari nama fisikawan asal Jerman, yaitu Wilhelm Weber (1804-1891). Dengan demikian, 1 T.m2 = 1 Wb dan medan magnetik dapat dipandang sebagai fluks persatuan luas atau rapat fluks dengan satuan Wb/m2. Pada muatan listrik, kalian telah mengenal adanya hukum Gauss. Nah ternyata pada kemagnetan ini, kalian juga akan mengenal hukum Gauss yang didefinisikan sebagai berikut.

Fluks magnetik total yang melalui sebuah permukaan tertutup selalu sama dengan nol (Hk. Gauss untuk kemagnetan).

⚽ Hukum Faraday

Hukum Faraday menjelasakan tentang hubungan antara gaya gerak listrik induksi dan fluks magnetik. Faraday melakukan penelitian untuk menyelidiki hubungan antara GGL induksi yang timbul antara ujung-ujung penghantar dan laju fluks magnetik. Hasil penelitian tersebut kemudian dikenal sebagai hukum Faraday.

GGL induksi yang terjadi pada loop tertutup sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang melalui loop itu terhadap waktu. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

εind=−dΦBdt ${\epsilon }_{ind}=-\frac{d{\mathrm{\Phi }}_B}{dt}$ dengan ΦB=BA ${\mathrm{\Phi }}_B=BA$

Tanda minus (-) menunjukan bahwa arah GGL induksi berlawanan dengan arah fluks magnetiknya. Jika kawat kumparan terdiri dari banyak lilitan, maka GGL induksinya dirumuskan sebagai berikut.

εind=−NdΦBdt ${\epsilon }_{ind}=-N\frac{d{\mathrm{\Phi }}_B}{dt}$

Keterangan:
εind ${\epsilon }_{ind}$ = GGL induksi (V);
N = banyaknya lilitan;
dΦB $d{\mathrm{\Phi }}_B$ = perubahan fliks magnetik (Wb);
dt = waktu yang diperlukan (s);
B = induksi magnetik (Tesla); dan
A = luas bidang (m2).

⚽ Hukum Lenz

Setelah belajar tentang hukum Faraday, selanjutnya kalian akan belajar tentang hukum Lenz. Hukum Lenz menjelaskan tentang arah arus induksi yang mengaliir dalam sebuah loop yang dihubungkan dengan GGL induksi selama perubahan fluks terjadi. Hukum Lenz menyatakan bahwa:

Arah arus induksi selalu menimbulkan medan magnet induksi yang berlawanan dengan perubahan medan magnet asalnya.

Dengan kata lain, arah arus induksi yang terjadi dalam suatu penghantar akan menghasilkan medan magnet yang menentang penyebab perubahan magnet tersebut.

Contoh Soal

Sebuah loop kawat dengan luas 1 m2 berada dalam medan magnetik homogen 2 T. Jika kuat medan magnetiknya berubah secara teratur menjadi 4 T dalam waktu 5 s, maka GGL induksi yang terjadi adalah ....
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 1 m2
B1 = 2 T
B2 = 4 T
dt = 5 s
Ditanyakan: GGL induksi?
Jawab:

👉 Perubahan fluks magnetik

ΦB1=B1A=2×1=2 ${\mathrm{\Phi }}_{B_1}=B_{1}A=2\times 1=2$Wb

ΦB2=B2A=4×1=4 ${\mathrm{\Phi }}_{B_2}=B_{2}A=4\times 1=4$Wb

dΦB=ΦB2−ΦB1=4−2=2 $d{\mathrm{\Phi }}_B={\mathrm{\Phi }}_{B_2}-{\mathrm{\Phi }}_{B_1}=4-2=2$Wb

👉 Besar GGL induksi

εind=−dΦBdt=25=−0,4 ${\epsilon }_{ind}=-\frac{d{\mathrm{\Phi }}_B}{dt}=\frac{2}{5}=-0,4$V

Jadi, besar GGL induksi yang terjadi adalah 0,4 V. Tanda negatif hanya menunjukan bahwa arah GGL induksi yang timbul berlawanan arah dengan fluks magnetik yang timbul.

Untuk mengasah pemahaman kalian tentang topik ini, kerjakan soal-soal yang telah tersedia. Selamat belajar!!

Share this post