Mengenal Induksi Elektromagnetik, Lengkap Pengertian, Faktor, Konsep, Hukum, Penerapan, hingga Contoh Soal

PARBOABOA – Penggunaan perangkat-perangkat elektronik yang sering kita gunakan, seperti kulkas, televisi, dan sebagainya tidak pernah lepas dari prinsip induksi elektromagnetik. Apa itu induksi elektromagnetik?

Secara luas, induksi elektromagnetik adalah suatu fenomena kelistrikan, di mana terdapat arus listrik yang mengalir di sekitar medan magnet. Peristiwa ini dapat terjadi karena adanya perubahan fluks magnetic.

Fluks magnetik merupakan jumlah garis gaya magnet yang dapat menembus suatu bidang. Perubahan inilah yang menyebabkan kita mampu menggunakan setiap perangkat listrik dalam aktivitas sehari-hari.

Untuk memahami lebih jelas mengenai hal ini, Parboaboa sudah merangkum pengertian induksi elektromagnetik lengkap dengan konsep, hukum, penerapan, serta contoh soalnya untuk kamu ketahui.

Pengertian Induksi Elekteromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah suatu peristiwa yang terjadi karena adanya perubahan fluks magnetik dan menyebabkan arus listrik mengalir ke suatu medan magnet. Perubahan fluks magnetik sendiri merupakan banyaknya jumlah garis gaya pada magnet untuk menembus suatu bidang maupun permukaan.

Lewat perubahan ini, gaya atau arus listrik dapat mengalir ke medan magnet maupun pada suatu benda.

Prinsip induksi elektromagnetik ini didasari oleh temuan Michael Faraday, ilmuwan asal Jerman yang mengungkapkan bahwa medan magnet mampu menghasilkan kuat arus listrik. Gagasannya ini ia buktikan lewat perubahan medan magnet yang mampu menimbulkan arus listrik.

Dalam praktiknya, ia menggunakan Galvanometer untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir di dalam suatu benda. Gaya gerak listrik yang timbul akibat perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut sebagai Gaya Gerak Lurus (GGL) induksi.

Sementara untuk arus mengalir di dalam suatu medan magnet disebut sebagai arus induksi dan peristiwa ini dinamakan induksi elektromagnetik.

Faktor Penyebab Induksi Elektromagnetik

Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan terjadinya peristiwa kelistrikan ini. Faktor itu antara lain adalah:

1. Kecepatan perubahan medan magnet

Faktor utama yang mempengaruhi induksi eletromagnetik adalah kecepatan perubahan yang terjadi pada medan magnet. Induksi yang muncul akan semakin besar apabila di dukung dengan kecepatan perubahan magnet yang cepat.

2. Kekuatan magnet

Faktor kedua yang memengaruhi perisitiwa ini adalah medan magnet. Kemagnetan memiliki dampak yang sangat besar dari munculnya gaya gerak listrik, yakni semakin kuat sifat kemagnetan yang ada, maka semakin besar juga gaya yang timbulkan dari sifat kemagnetan tersebut

Sebaliknya apabila sifat kemagnetan sangat kecil, maka medan magnet juga kecil.

3. Banyaknya lilitan

Banyaknya jumlah lilitan juga sangat berpengaruh untuk terjadinya induksi elektromagnetik. Terlebih jika jumlah lilitan yang muncul sangat banyak, maka GGL induksi juga semakin besar dan bertambah.

Konsep Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik merupakan proses di mana gerakan relatif antara konduktor dan medan magnet menghasilkan arus listrik di dalam konduktor tersebut.

Konsep ini pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Jerman, Michael Faraday pada tahun 1831. Ini merupakan salah satu dari dua konsep penting dalam elektromagnetisme oleh hukum Coloumb.

Adapun konsep fenomena berdasarkan pada hukum Faraday, yang menyatakan bahwa "perubahan fluks magnetik melalui sebuah konduktor akan menghasilkan gaya elektromotif (EMF) di sepanjang konduktor tersebut".

EMF ini kemudian menyebabkan terjadinya arus listrik di dalam konduktor. Besarnya EMF yang dihasilkan tergantung pada jumlah perubahan fluks magnetik dan jumlah lilitan pada konduktor.

Sehingga dapat disimpulkan, fluks magnetik adalah jumlah medan magnet yang menembus sebuah luasan tertentu. Perubahan fluks magnetik dapat terjadi jika ada perubahan medan magnet yang menembus luasan tersebut atau jika luasan tersebut bergerak terhadap medan magnet yang tetap.

Contoh sederhana dari alat yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik adalah generator listrik. Generator listrik bekerja dengan memutar sebuah kumparan kawat di dalam medan magnet yang kuat. Gerakan kumparan tersebut menghasilkan perubahan fluks magnetik yang memicu terjadinya EMF dan arus listrik di dalam kumparan tersebut.

Hukum Induksi Elektromagnetik

Hukum Induksi Elektromagnetik juga dikenal sebagai Hukum Faraday yang menyatakan bahwa "perubahan fluks magnetik melalui sebuah konduktor akan menghasilkan gaya elektromotif (EMF) di sepanjang konduktor tersebut".

Hukum ini menyebutkan, jika terjadi perubahan fluks magnetik melalui sebuah konduktor, maka akan terjadi gaya elektromotif (EMF) di sepanjang konduktor tersebut.

Besarnya EMF yang dihasilkan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik (dΦ/dt). Dengan kata lain, semakin cepat perubahan fluks magnetik yang terjadi, semakin besar EMF yang dihasilkan.

Namun selain Faraday, masih banyak ilmuwan lainnya yang menjelaskan tentang hukum induski elektromagnetik ini. Berikut beberapa di antaranya:

1. Hukum Lenz

Hukum Lenz menyatakan bahwa arah EMF yang dihasilkan akan selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya.

Artinya, jika perubahan fluks magnetik yang terjadi menghasilkan fluks magnetik yang semakin bertambah, maka EMF yang dihasilkan akan memiliki arah yang berlawanan dengan arah arus listrik yang menghasilkan fluks magnetik tersebut.

Hukum ini dianggap penting karena menjelaskan mengapa arus induksi selalu berlawanan dengan perubahan medan magnet.

2. Hukum Fleming

Hukum Fleming menjelaskan bahwa jika sebuah konduktor yang membawa arus listrik ditempatkan di dalam medan magnet, maka akan terjadi gaya yang bekerja pada konduktor tersebut yang searah dengan arah gerakan konduktor tersebut.

Hukum ini menggambarkan bagaimana sebuah motor listrik bekerja dengan memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik.

3. Hukum Eddy

Hukum Eddy mengungkapkan, ketika medan magnet berubah atau bergerak melewati sebuah benda konduktor, maka arus listrik dapat terjadi di dalam benda tersebut.

Namun, kuat arus tersebut tidak selalu diinginkan dan dapat menyebabkan hilangnya energi dalam bentuk panas. Oleh karena itu, hukum ini penting untuk dipertimbangkan dalam desain transformator dan generator listrik.

4. Hukum Gauss

Hukum Gauss menyebutkan, medan magnetik yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui sebuah konduktor proporsional dengan kuatnya arus listrik tersebut dan berbanding terbalik dengan jarak dari konduktor tersebut.

Hukum ini membantu menjelaskan bagaimana medan magnetik dihasilkan oleh arus listrik dan memainkan peran penting dalam desain motor listrik dan transformator.

Secara keseluruhan, hukum-hukum induksi elektromagnetik sangat penting dalam pemahaman dan aplikasi teknologi modern. Fenomena ini dapat membantu menjelaskan bagaimana listrik dan magnetisme saling terkait dan memberikan dasar bagi banyak teknologi seperti generator listrik, motor listrik, transformator, pemanas induksi, dan banyak lagi.

Penerapan Induksi Elektromagnetik di Kehidupan Sehari-hari

Seperti yang sudah disinggung sebelumnya, prinsip dari kelistrikan ini sangat berdampak dan penting di era teknologi modern. Hal ini menjadikan ada banyak sekali peralatan yang menggunakan sifat-sifat dari fenomena ini. Beberapa di antaranya adalah:

1. Motor listrik

Motor listrik juga bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika arus listrik mengalir melalui kumparan di dalam medan magnet, maka akan terjadi gaya pada kumparan tersebut yang menyebabkan gerakan. Ini adalah prinsip dasar di balik cara motor listrik bekerja.

2. Pemanas induksi

Pemanas induksi menggunakan dari fenomena kelistrikan ini untuk menghasilkan panas. Ketika arus listrik bertegangan tinggi mengalir melalui kumparan, maka akan dihasilkan medan magnet yang akan memanaskan benda yang berada di dalam medan magnet tersebut.

Ini digunakan dalam berbagai aplikasi seperti memanaskan logam untuk proses pengecoran dan pengelasan.

3. NFC pada ponsel pintar

NFC (Near Field Communication) adalah teknologi yang memanfaatkan Hukum Faraday untuk mengirimkan informasi secara nirkabel antara perangkat. Dalam NFC, arus listrik mengalir melalui kumparan pada kedua perangkat, menghasilkan medan magnet yang akan memindahkan informasi dari satu perangkat ke perangkat lainnya.

4. Kartu akses otomatis

Banyak sistem akses otomatis seperti kartu pintar dan mobil dengan kunci pintar menggunakan konsep ini untuk membuka pintu. Melalu praktiknya, kumparan di dalam kartu atau mobil menghasilkan medan magnet yang akan diakui oleh sensor di pintu untuk membukanya.

5. Pengisian nirkabel

Pengisian nirkabel juga memanfaatkan prinsip Hukum Faraday untuk mengisi daya baterai perangkat tanpa harus menggunakan kabel pengisian. Kumparan pada perangkat yang akan diisi daya dan kumparan pada pengisi daya berinteraksi untuk menghasilkan medan magnet yang akan mengisi daya perangkat tersebut.

Contoh Soal Induksi Elektromagnetik

Untuk memahami lebih jelas mengenai pengertian induksi elektromanetik ini, Parboaboa juga sudah membagikan beberapa contoh soal lengkap dengan rumus induksi elektromagnetik untuk kamu pelajari.

Contoh soal induksi elektromagnetik ini kerap dijadikan materi sekolah, khususnya siswa kelas 12 SMA. Jadi, pahami ulasan di bawah ini agar kamu tidak keliru nantinya.

Contoh 1

Sebuah kumparan dengan 200 lilitan memiliki luas 0,1 m² dan ditempatkan di dalam medan magnet dengan kekuatan 0,5 Tesla. Jika kumparan diputar sebanyak 20 kali dalam waktu 2 detik, berapa besar tegangan listrik yang dihasilkan di dalam kumparan?

Jawaban:

Diketahui:

N = 200

A = 0,1 m²

B = 0,5 Tesla

ω = 2π/T = 2π/2 = π rad/s (kecepatan sudut)

Ditanya:

Tegangan listrik (V)

Rumus Induksi Elektromagnetik:

V = NABω

Substitusi nilai:

V = 200 x 0,1 m² x 0,5 Tesla x π rad/s

V = 31,4 V

Jadi, tegangan listrik yang dihasilkan di dalam kumparan adalah 31,4 Volt.

Contoh 2

Sebuah magnet permanen dengan medan magnet sebesar 0,3 Tesla bergerak ke arah kanan melewati kumparan dengan kecepatan 10 m/s. Kumparan memiliki panjang 0,2 meter dan terdiri dari 100 lilitan. Berapa besar tegangan listrik yang dihasilkan di dalam kumparan jika magnet bergerak selama 0,1 detik?

Jawaban:

Diketahui:

B = 0,3 Tesla

v = 10 m/s

L = 0,2 meter

N = 100

t = 0,1 detik

Ditanya:

Tegangan listrik (V)

Rumus:

V = NBAv/L

Substitusi nilai:

V = 100 x 0,3 Tesla x 10 m/s x 0,2 meter / 0,1 detik

V = 600 V

Jadi, tegangan listrik yang dihasilkan di dalam kumparan adalah 600 Volt.

Contoh 3

Sebuah pemanas induksi menggunakan kumparan dengan 50 lilitan untuk memanaskan sebuah batang baja. Kumparan dipasang di dalam medan magnet sebesar 0,2 Tesla dan arus listrik yang mengalir di dalam kumparan sebesar 10 A. Berapa besar daya listrik yang dibutuhkan untuk memanaskan batang baja jika resistansi kumparan adalah 2 ohm?

Jawaban:

Diketahui:

N = 50

B = 0,2 Tesla

I = 10 A

R = 2 ohm

Ditanya:

Daya listrik (P)

Rumus:

P = I²R = N²BA²Rω²

Substitusi nilai:

P = 10 A x 10 A x 2 ohm

P = 200 W

Contoh 4

Jadi, daya listrik yang dibutuhkan untuk memanaskan batang baja adalah 200 Watt.Sebuah generator listrik mempunyai kumparan dengan 200 lilitan dan berputar dengan kecepatan sudut 100 rad/s di dalam medan magnet sebesar 0,5 Tesla. Berapa besar tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut?

Jawaban:

Diketahui:

N = 200

B = 0,5 Tesla

ω = 100 rad/s

Ditanya:

Tegangan listrik (V)

Rumus:

V = NBAω

Substitusi nilai:

V = 200 x 0,5 Tesla x 100 rad/s

V = 10000 V atau 10 kV

Jadi, tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator listrik adalah 10 kV atau 10000 Volt.

Contoh 5

Sebuah mobil listrik menggunakan motor DC yang memiliki medan magnet sebesar 0,4 Tesla. Motor DC tersebut memiliki kumparan dengan 100 lilitan dan tahanan 2 ohm. Jika arus listrik yang mengalir di dalam kumparan adalah 5 A, berapa besar daya listrik yang dihasilkan oleh motor?

Jawaban:

Diketahui:

B = 0,4 Tesla

N = 100

R = 2 ohm

I = 5 A

Ditanya:

Daya listrik (P)

Rumus:

P = I²R = N²BA²Rω²

Substitusi nilai:

P = 5 A x 5 A x 2 ohm

P = 50 W

Jadi, daya listrik yang dihasilkan oleh motor DC adalah 50 Watt.

Itulah rangkuman mengenai apa itu induksi elektromagnetik. Secara umum, adanya fenomena ini sangat berdampak di era teknologi saat ini, terlebih yang menyangkut hukum fisika. Penerapannya juga cenderung sering ditemui di kehidupan sehari-hari, sehingga tidak heran mengapa fenomena ini penting untuk diketahui.