Fisika Induksi Elektromagnetik Akibat dari Fisika Listrik Abstrak

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 Fisika

Menurut 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=Qq

r² ;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 ( 9x10⁹N m²/N²¿ εo=permitivitas listrik dari medium di sekitar kedua muatan(8,85x10⁻¹²C²N m²)

Kuat medan listrik adalah gaya persatuan muatan.

E=F Q=kQ

r²

E=kuat medanlistrik(N C) Q=muatan sumber(C).

q=muatan ujiuntuk mengentahui kekuatanmedanlistrik yang ditimbulkan olehmuatan Q(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=tanE2

E1atau α=sinE2

E1terhadap E1 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=kuat medanlistrik(N

C)

θ=sudut antara E dan normal bidang Besarnya perpotongan garis bidang listrik:

ϕ= q εo

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 Qq r

Potensial listrik suatu titik V=kq

r

Kapasitor menyimpan muatan listrik atau energy listrik.

Q=CV W=1

2QV=1

2C V²=1 2

Q²

C C=kεo A d Rangkaian kapasitor adalah:

CP=C1+C2+… 1

Cs= 1 C1+ 1

C2+…

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 Elektromagnetik

Dari buku The King SNMPTN, maka induksi terdiri dari:

a. Medan magnet

B=μoI 2πa

μo=permeabilitas ruang hampa=4πx10⁻⁷Wb Am I=kuat arus A

A= jari-jari kawat m B=induksi magnet( Wb

m²atauT¿

B=μoNIasinα 2r²

N=banyaknya lilitan A=jari-jari kawat m

B=μoI 2a

B=μoIN 2L

L=panjang solenoid m B=μoIN

L

B=μoIN 2πr

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 dengan v r=mv

Bq

R=jari-jari lintasan muatan m M=massa muatan kg

F

l =μoI1I2 2πa

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 fluks magnet Wb B=induksi magnet Wb

m² Δt=perubahan waktu s l=panjang kawat AB m v=kecepatan batang AB m/s

εinduksi=GGL induksi V

θ=sudut antaraarah v terhadap arah B F= gaya Lorentz N

εs=−LΔ I

Δt L=Nϕ I εs=GGL induksi diri V

Δ I=I2−I1=perubahan arus A N=banyak lilitan

Δt=perubahan waktu s ϕ=fluks magnet Wb L=induktansi diri H I=kuat arus A

L=μo N²A I

I=panjang solenoid m A=luas penampang _m² L=induktansi diri H

μo=permeabilitas dalam ruang hampaWb/Am W=1

2L I²

W=energi yang tersimpan dalam induktor J

ϕ=BAcosθ ϕ=fluks magnet

A=luas bidang yang ditembus m²

θ=sudut datangantara B dengan bidang normal A d. Penerapan hokum Faraday

Vp Vs=Np

Ns=Is Ip

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=Pout

Pin x100 %=VsIs

VpIp x100 % Pin=daya yang masuk W

Pout=daya yang keluar W η=efisiensi transformator

ε=εmakssinωt εmaks=NBAω εmaks=ImaksR

εmaks=GGL maksimum V

ω=kecepatan sudut=frekuensi angulerrad s N=banyak lilitan

A=luas bidang penampang m² 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-balik

Menurut buku detik detik UN, penerapan alat pada arus listrik adalah:

a. Rangkaian hambatan searah

R=ρ l A

ρ=hambat jenis kawat Ω m l=panjangkawat m

A=luas penampangkawat m² Rseri=R1+R2+R3+…+Rn V=V1+V2+V3+…+Vn I=I1=I2=I3=…=¿

1 Rp= 1

R1+ 1 R2+ 1

R3+…+ 1 Rn I=I1=I2=I3=…=¿

V=V1+V2+V3+…+Vn b. Rangkaian listrik bolak-balik

VR=VMsinωt VL=VMsin(ωt+π

2) VC=VMsin(ωt−π

2) V=

√

^{VR2+(VL−VC)2}

V=IMZsin(ωt+φ) Z=

√

^{R2+(XL−XC)2}

XL=ωL=2πfL XC= 1

ωC= 1 2πfC 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 dan arus 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 Methodology

Penelitian ini bersifat kuantitatif. Dari penelitian ini akan membuktikan bahwa magnet ada hubungannya dengan arus listrik.

Data Analysis and Interpretation A. 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 q1q2 r² F2

F1=

(

^rr¹2

)

²

F2=

(

^rr¹2

)

^2xF1

F2=

(

4^RR

)

^2xF

F2= 1 16F

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=kqBqA

r²AB=9x10⁹(2.10⁻⁶)(10⁻⁶)

1² =18x10⁻³N FBC=kqBqC

r²BC=9x10⁹(2.10⁻⁶)(4.10⁻⁶)

1² =72x10⁻³N Ftotal=FBC−FBA=72x10⁻³−18x10⁻³=54x10⁻³N

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:

i8= i5R4 R8+R4 I=i54

8+4 i5=3I

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= rd

n−1= 0,9

10−1=0,1paralel

Soal diatas adalah bentuk soal dari listrik dalam konsep dasar Fisika yang merupakan sumber kuat arus daripada induksi electromagnet.

B. Induksi Elektromagnetik

Induksi 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 ∆ϕ

Δt=1000x 2x10⁻⁵ 10x10⁻³=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=Nϕ

I =(123)(5,55)

(3,33) =205H

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 Balik

Arus 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:

P1 P2=V1

V2 200

P2=220 110 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=ρL A = ρL

π r² R1

R2=L1 L2

(

^rr²1

)

²

2

R2= L1

2L1

(

²r^r1¹

)

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=Vz Z = 100

1000=0,1A 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=Vm Z =200

100=2A

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

Conclusion

Arah aliran arus listrik, tegangan, dan hambatan mempengaruhi kemagnetan dan besar medan magnet yang terjadi.

Bibliography

Chasanah, 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.