Halaman
137Fisika SMA/MA XIIBab VInduksi ElektromagnetikSumber : Ilmu Pengetahuan Populer 6Generator listrik menggunakan prinsip induksi magnet, yaitu menggunakan magnet-magnetyang kuat untuk menghasilkan arus listrik dalam gulung-gulungan kawat yang besar.Generator listrik itu bertanggung jawab untuk tenaga yang digunakan pada peralatan listrik,pemanasan, dan penerangan di rumah-rumah kita.
Fisika SMA/MA XII138Peta KonsepTujuan Pembelajaran :Setelah mempelajari bab ini, kalian diharapkan mampu :1. memformulasikan konsep induksi Faraday,2. memformulasikan konsep induksi diri, dan3. menerapkan konsep ggl induksi dan ggl induksi diri pada generator dan transformator.Induksi ElektromagnetikMempelajariPenerapannyaGaya GerakListrik InduksiGaya Gerak ListrikInduksi DiriHukum FaradayGeneratorTransformatorHukum LenzMemenuhi
139Fisika SMA/MA XIIPada bab IV, kita telah mempelajari tentang medanmagnet yang ditimbulkan oleh magnet tetap dan medanmagnet yang timbul di sekitar kawat penghantar beraliran aruslistrik. Di mana untuk menggambarkan kuat medan dapatdigunakan garis-garis gaya magnet, daerah yang memilikimedan magnet kuat digambarkan dengan garis gaya magnetyang rapat, sedangkan daerah yang medan magnetnya lebihkecil digambarkan dengan garis gaya magnet yang kurangrapat. Dekat dengan kutub-kutub magnet, garis-garis gayanyarapat, makin jauh dari kutub magnet makin jarang.Apa yang terjadi apabila di sekitar kumparan kawat terjadiperubahan jumlah garis gaya magnet (medan magnet), misal-nya dengan menggerakkan magnet keluar masuk dalam kum-paran atau menggerakan kumparan di sekitar magnet? Ter-nyata pada ujung-ujung kumparan akan timbul beda potensiallistrik. Apabila antar ujung-ujung kumparan dihubungkan dengansuatu penghantar atau ampermeter akan mengalir arus listrik.Adanya arus listrik ditunjukkan dengan bergeraknya jarumamperemeter, terjadinya arus listrik hanya terjadi pada saatada gerak relatif antara magnet dengan kumparan, arus tidakterjadi jika kumparan dan magnet sama-sama diam. Peristiwatimbulnya beda potensial pada ujung-ujung kawat penghantarbila terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet yangdilingkupi kumparan dinamakan induksi elektromagnetik. Bedapotensial yang terjadi pada ujung-ujung kumparan disebutggl induksi (gaya gerak listrik induksi) dan arus listrik yang tim-bul disebut arus listrik induksi. Peristiwa ini pertama kalidiselidiki pada tahun 1831 oleh dua orang ilmuwan fisika ditempat yang berbeda, tetapi dalam waktu yang hampir ber-samaan yaitu Michael Faraday di Inggris dan Yoseph Henrydi Amerika Serikat.Dewasa ini kebutuhan manusia akan energi banyak ditopang oleh listrik.Penerangan, alat-alat rumah tangga, mesin-mesin pabrik banyak meng-gunakan energi listrik. Alat pembangkit energi listrik biasa disebut generator.Generator listrik didasarkan pada sifat-sifat elektromagnetik.Untuk memahami bagaimana sifat-sifat elektromagnetik, maka pelajari materibab ini dengan saksama!induksi, GGL, hukum Faraday, generator, induktansi diri, hukum Lenz,transformator, induktor RuhmkorhMotivasi BelajarKata-kata Kunci
Fisika SMA/MA XII140Dalam bab ini kita akan mempelajari lebih lanjut tentanginduksi elektromagnetik. Induksi elektromagetik inimerupakan dasar dari kerja dinamo atau generator danperalatan listrik lainnya, misalnya transformator.A. GGL Induksi1. Pengertian Fluks MagnetikKonsep tentang fluks magnetik pertama kali dikemukaanoleh ilmuwan Fisika yang bernama Michael Faraday untukmenggambarkan medan magnet. Ia menggambarkan medanmagnet dengan menggunakan garis-garis gaya, di mana daerahyang medan magnetnya kuat digambarkan garis gaya rapatdan yang kurang kuat digambarkan dengan garis gaya yangkurang rapat. Sedangkan untuk daerah yang memiliki kuatmedan yang homogen digambarkan garis-garis gaya yangsejajar. Garis gaya magnet dilukiskan dari kutub utara mag-net dan berakhir di kutub selatan magnet. Untuk menyatakankuat medan magnetik dinyatakandengan lambang B yang disebut denganinduksi magnet, induksi magnetikmenyatakan kerapatan garis gaya mag-net. Sedangkan fluks magnetik menyata-kan banyaknya jumlah garis gaya yangmenembus permukaan bidang secarategak lurus, yang dapat dinyatakandalam persamaan, sebagai berikut.) = .BA)&)& .... (5.1) atau) = B A cos T .... (5.2)Persamaan (5.2) dipakai apabila arah Btidak tegak lurus permukaan bidang.dengan)= fluks magnetik (Wb = weber)B= induksi magnet (T atau WB.m-2)A= luas permukaan bidang (m2)T= sudut yang dibentuk antara arahB dengan garis normal (radian atauderajat)Gambar 5.1 Garis medan magnetik yang menembuspermukaan bidang (a) arah B tegak lurus bidang,(b) arah B tidak tegak lurus permukaan bidanginduksi magnetinduksi magnet
141Fisika SMA/MA XIISebuah bidang seluas 200 cm2 berada dalam medan magnet yangmempunyai kuat medan magnet sebesar 8 x 10-2 T. Tentukan fluksmagnetik pada bidang tersebut apabila garis normal bidang dengan garisgaya magnet membentuk sudut :a.30ob.60oc.90oPenyelesaian :a.)= BA cos T = 8 x 10-2 x 2 x 10-2 x cos 30o= 16 x 10-4 x = 83x 10-4 We b e rb.)= BA cos T = 8 x 10-2 x 2 x 10-2 x cos 60o= 16 x 10-4 x = 8 x 10-4 Weberc.)= BA cos T = 8 x 10-2 x 2 x 10-2 x cos 90o= 16 x 10-4 x 0 = 0 WeberContoh Soal2. Hukum FaradayPerhatikan Gambar (5.2). Apabila magnet batangdigerakkan mendekati kumparan, maka jarum galvanometerakan menyimpang ke kanan dan sebaliknya jika magnetbatang digerakkan menjauhi kumparan, maka jarum galvano-meter akan menyimpang ke kiri. Akan tetapi jika magnetbatang diam tidak digerakkan, jarum galvanometer juga diam.Jarum galvanometer yang bergerak menunjukkan adanyaarus listrik yang timbul di dalam kumparan pada saat terjadigerak relatif pada magnet batang atau kumparan.Peristiwa ini disebut induksi elektromagnetik, yaitutimbulnya ggl pada ujung-ujung kumparan yang disebabkanadanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi olehkumparan, ggl yang timbul disebut ggl induksi. Berdasarkanhasil percobaan yang dilakukan oleh Faraday menyimpulkanbahwa besarnya ggl induksi yang timbul pada ujung-ujungkumparan tergantung pada kecepatan perubahan fluks magnetikyang dilingkupinya. Kesimpulan ini lebih dikenal denganhukum Faraday yang berbunyi :
Fisika SMA/MA XII142Besarnya ggl induksi yang timbulantara ujung-ujung kumparanberbanding lurus dengan kecepatanperubahan fluks magnetik yangdilingkupi oleh kumparan tersebut.Secara matematik hukum faraday dapatdituliskan dalam persamaan :H = .... (5.3) atauH = .... (5.4)Persamaan (5.4) dipakai jika perubahanfluks magnetik berlangsung dalamwaktu singkat atau 't mendekati nol.dengan :H= ggl induksi pada ujung-ujungkumparan (Volt)N= jumlah lilitan dalam kumparan')= perubahan fluks magnetik (Wb)'t= selang waktu perubahan fluksmagnetik (s)= laju perubahan fluks magnetik(Wb.s-1)Tanda negatif pada persamaan untuk menyesuaikandengan hukum Lenz.Berdasarkan persamaan (5.2) dapat diketahui bahwa adatiga faktor yang mempengaruhi terjadinya perubahan fluksmagnetik, yaitu :a.Luas bidang kumparan yang melingkupi garis gayamedan magnetik.b .Perubahan induksi magnetiknya.c.Perubahan sudut antara arah medan magnet dengan garisnormal bidang kumparan.Gambar 5.2 Percobaan Faraday untuk menyelidikihubungan ggl induksi dengan kecepatan perubahanfluks magnetik
143Fisika SMA/MA XIIa. Besarnya GGL Induksi karena Perubahan LuasPenampang Bidang KumparanUntuk menyelidiki ggl induksi yang terjadi akibatperubahan luas penampang, perhatikan Gambar (5.3).Sebuah kawat penghantar berbentuk huruf U yang di atasnyaterdapat sebuah kawat penghantar (PQ) yang panjanglyangmudah bergerak bebas pada kawat penghantar U. Kawatpenghantar tersebut berada dalam medan magnet yangarahnya masuk bidang gambar.Apabila kita menggerakkan kawat PQ ke kanan dengankecepatan v akan menyebabkan terjadinya perubahan luaspenampang bidang yang melingkupi garis gaya medanmagnet. Apabila kawat PQ dalam selang waktu dt telahberpindah sejauh ds maka selama itu terjadi perubahan luaspenampang sebesar dA = l ds, sehingga besarnya perubahanluas penampang per satuan waktu adalah :Sehingga besarnya ggl yang terjadi dapatdituliskan :H = Jika pada kumparan hanya terdiri atassatu lilitan maka ggl induksi dapatdinyatakan :H = -B l v .... (5.5)dengan :H= ggl yang terjadi (Volt)B= Induksi magnetik (Wb/m2)l= panjang kawat penghantar (m)v= kecepatan kawat penghantarPersamaan (5.5) berlaku untuk arah v tegak lurus B, jikaarah v membentuk sudut terhadap B, maka menjadi :H = -B l v sin T .... (5.6)Gambar 5.3 Perubahan luas bidang kumparan akibatperpindahan penghantar PQVl
Fisika SMA/MA XII144Perhatikan gambar di samping ini!Jika kawat PQ panjangnya 50 cm di-gerakkan ke kanan dengan kecepatan10 m/s. Hambatan R = 5 : daninduksi magnet sebesar 0,4 T,tentukan besarnya ggl induksi yangtimbul dan kuat arus yang mengalirdalam rangkaian!Penyelesaian :H= B lv sin T= 0,4 × 0,5 × 10 sin 90o= 2 VoltJadi, besarnya ggl induksi yang terjadi adalah 2 Volt.I= = 0,4 AJadi, besarnya kuat arus yang mengalir adalah 0,4 A.Soal Latihan :1.Sebuah kawat penghantar panjangnya 80 cm, bergerakdengan kecepatan 4 m/s dalam medan magnet tepatsebesar 0,5 Wb/m2. Jika arah gerakan kawat membentuksudut terhadap arah medan magnet, tentukan besarnyaggl yang terjadi pada ujung-ujung kawat tersebut!2.Sebuah kawat penghantar yang panjangnya 50 cmbergerak memotong tegak lurus medan magnetik0,2 Wb/m2, sehingga pada ujung-ujung kawat timbul gglinduksi sebesar 2 Volt. Hitung berapa m/s kelajuan kawattersebut!b. GGL Induksi karena Perubahan Induksi MagnetPerhatikan Gambar (5.4), dua buah kumparan kawatyang saling berdekatan pada kumparan pertama dirangkaidengan sebuah baterai dan sakelar, sedangkan kumparan yangsatunya dirangkai dengan galvanometer. Apabila sakelarditutup terlihat bahwa jarum pada galvanometer bergerak,demikian juga pada saat sakelar dibuka. Dengan membukaContoh SoalR B = 0,4 TVPQ
145Fisika SMA/MA XIIdan menutup sakelar menyebabkan aruslistrik yang mengalir pada kumparan Iberubah. Karena arus listrik melaluikumparan I, maka akan menimbulkanperubahan medan magnet di sekitarkumparan. Perubahan medan magnetinipun terjadi pada kumparan II,sehingga pada kumparan timbul gglinduksi.Besarnya ggl induksi yang di-sebabkan karena perubahan induksimagnet ini digunakan sebagai dasardalam pembuatan transformator, secaramatematik dapat dinyatakan : ...(5.7)Kumparan dalam transformator keduanya dibelitkandalam tempat yang sama, sehingga memiliki luas penampangyang sama dan perubahan induksi magnet pada keduakumparan sama. Dengan demikian perbandingan bedapotensial (ggl) pada kedua ujung kumparan berbanding lurusdengan banyaknya lilitan pada kumparan tersebut, yaitu :H1 = N1 dan H2 = N2 sehingga dapat dituliskan :dengan :V1= tegangan listrik (ggl induksi) pada kumparan 1 (primer)V2= tegangan listrik pada kumparan 2 (sekunder)N1= jumlah lilitan pada kumparan 1 (primer)N2= jumlah lilitan pada kumparan 2 (sekunder)Gambar 5.4 Prinsip kerja transformator
Fisika SMA/MA XII146Sebuah kumparan yang mempunyai luas bidang kumparan 20 cm2 terdiriatas 1000 lilitan, jika pada kumparan tersebut terjadi perubahan induksimagnet sebesar 5 Wb/m2 per sekonnya, tentukan besarnya ggl induksiyang timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut!Penyelesaian :H = NA = 1000 x 2.10-3 x 5 = 10 VoltContoh SoalSoal Latihan :1.Pada ujung-ujung kumparan kawat yang terdiri atas 500lilitan dengan luas penampang 200 cm2. Apabila padaujung-ujung kawat tersebut timbul ggl induksi sebesar5 Volt, tentukan berapa kelajuan perubahan induksimagnet pada kumparan saat itu!2.Pada kumparan yang memiliki luas penampang 500 cm2terjadi ggl induksi sebesar 15 Volt. Apabila induksimagnet di sekitar kumparan berubah dari 0,8 Wb/m2menjadi 0,2 Wb/m2 selama 2 s. Hitunglah banyaknyalilitan pada kumparan!c.GGL Induksi karena Perubahan Sudut antara B danGaris Normal Bidang KumparanPerubahan fluks magnetik dapatjuga terjadi jika sebuah kumparandiputar dalam medan magnet, sehinggaakan terjadi perubahan jumlah garisgaya magnet yang dilingkupi olehkumparan tersebut. Pada saat bidangkumparan tegak lurus arah medanmagnet, maka fluks magnetik mencapaiharga maksimum dan sebaliknya padasaat bidang kumparan sejajar arahmedan magnet, maka fluks magnetik-nya akan mencapai harga minimum.Hal ini terlihat pada Gambar (5.5).Gambar 5.5 Perubahan sudut kumparandengan medan magnet akan menghasilkanGGL induksi
147Fisika SMA/MA XIIGgl induksi karena adanya perubahansudut antara arah medan magnetdengan garis normal bidang kumparanmerupakan dasar dari dibuatnya dinamoatau generator.Secara matematik besarnya ggl dapatdituliskan dalam persamaan :H = = Apabila kumparan diputar dengan laju anguler Zmaka dalamselang waktu t sekon, garis normal bidang kumparan telahmenempuh sudut sebesar T = Zt sehingga :H = = -BAN Z (-sinZt) = BAN ZsinZtH = HMax sin Zt.... (5.8)dengan HMax = BAN Zdi mana :H= ggl induksi (Volt)B= induksi magnetik (Wb.m-2)A= luas bidang kumparan (m2)N= jumlah lilitan kumparanZ= laju anguler (rad.s-1)HMax= ggl induksi maksimum (Volt)t= lamanya kumparan berputarSebuah generator memiliki luas bidang kumparan 200 cm2, yang terdiriatas 2000 lilitan, berada dalam medan magnetik tetap 5.10-3 T. Apabilakumparan diputar pada kecepatan sudut sebesar 500 rad/s, tentukanberapa volt ggl maksimum yang dihasilkan oleh generator tersebut?Contoh SoalGambar 5.6 Prinsip kerja generatorUSR
Fisika SMA/MA XII148Penyelesaian :Diketahui:B= 5.10-3 TA= 200 cm2 = 2 x 10-2 m2N= 2000 lltZ= 500 rad.s-1Ditanyakan:HMax= ?Jawab:HMax = BAN Z= 5.10-3 x 2.10-2 x 2000 x 500 = 100 voltJadi, GGL maksimal yang dihasilkan generator adalah 100 volt.Terjadinya gaya gerak listrik pada ujung-ujung suatu kumparan apabilapada kumparan itu terjadi perubahan fluks magnetik yang dilingkupikumparan tersebut. Agar terjadi perubahan fluks magnetik yang dilingkupikumparan maka harus ada gerakan relatif antara kumparan dengan mag-net tetap. Buatlah sebuah generator listrik serta tuliskan prinsip kerjanya.Presentasikan hasil karyamu di depan kelas!Soal Latihan :1.Sebuah generator yang memiliki luas bidang kumparan50 cm2, dengan 2000 lilitan dan induksi magnet sebesar0,2 Wb/m2. Apabila pada ujung-ujung kumparan kawattimbul ggl induksi maksimum sebesar 200 volt. Hitunglahkecepatan sudut putaran generator tersebut!2 .Sebuah generator yang memiliki luas bidang kumparan A,jumlah lilitannya N, dan kata medan magnet tetapnya B.Apabila diputar dengan kecepatan sudut 1000 rad/smenghasilkan ggl maksimum sebesar 250 volt. Apabilaluas penampang bidang kumparan dan induksimagnetnya dibuat menjadi dari semula dan jumlahlilitannya tetap. Tentukan berapa kecepatan sudut putarangenerator tersebut agar tetap timbul ggl induksimaksimum sebesar 250 volt!Wawasan Produktivitas : Etos Kerja
149Fisika SMA/MA XIIB. Hukum LenzBerdasarkan hukum Faraday, telah kita ketahui bahwaperubahan fluks magnetik akan menyebabkan timbulnyabeda potensial antara ujung kumparan. Apabila kedua ujungkumparan itu dihubungkan dengan suatu penghantar yangmemiliki hambatan tertentu akan mengalir arus yang disebutarus induksi dan beda potensial yang terjadi disebut ggl induksi.Faraday pada saat itu baru dapat menghitung besarnya gglinduksi yang terjadi, tetapi belum menentukan ke mana araharus induksi yang timbul pada rangkaian/kumparan. Araharus induksi yang terjadi baru dapat dijelaskan olehFriederich Lenz pada tahun 1834 yang lebih dikenal denganhukum Lenz.Bunyi hukum Lenz adalah sebagai berikut :HukumJika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka araharus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehinggamenimbulkan medan magnetik induksi yang menentangperubahan medan magnetik (arus induksi berusahamempertahankan fluks magnetik totalnya konstan).Untuk lebih memahami hukum Lenz, perhatikanGambar (5.7). Ketika kedudukan magnet dan kumparandiam, tidak ada perubahan fluks magnet dalam kumparan.Tetapi ketika kutub utara magnet digerakkan mendekatikumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik. Dengandemikian pada kumparan akan timbul fluks magnetik yangmenentang pertambahan fluks magnetik yang menembuskumparan. Oleh karena itu, arah fluks induksi harusGambar 5.7 Arah arus induksi berdasarkan hukum Lenz (a) magnet mendekati kumparan, (b) magnet menjauhikumparan.(a) (b)II
Fisika SMA/MA XII150berlawanan dengan fluks magnetik. Dengan demikian flukstotal yang dilingkupi kumparan selalu konstan. Begitu jugapada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akanterjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan,akibatnya pada kumparan timbul fluks induksi yangmenentang pengurangan fluks magnet, sehingga selalu flukstotalnya konstan. Arah arus induksi dapat ditentukan denganaturan tangan kanan yaitu jika arah ibu jari menyatakan arahinduksi magnet maka arah lipatan jari-jari yang lainmenyatakan arah arus.Perhatikan gambar di sampingini!Apabila magnet digerakkanmendekati kumparan, tentukanke mana arah arus listrik yangterjadi pada hambatan R!Penyelesaian :Karena magnet digerakkan men-dekati kumparan, maka padakumparan akan timbul ggl induksi yang menyebabkan timbulnya arusinduksi pada kumparan, sehingga menyebabkan timbul medan magnetyang menentang medan magnet tetap, maka arah arus dalam kumparan/hambatan dari B ke A.Contoh SoalSebuah generator memiliki luas penampang sebesar A cm2, jumlah lilitankawatnya N lilitan dan kuat induksi magnetnya B Wb/m2 diputar dengankecepatan sudut 1800 rpm sehingga menghasilkan tegangan maksimumsebesar 250 Volt. Apabila luas penampang kawat dijadikan ½A, lilitankawatnya menjadi 2 N dan induksi magnetnya menjadi ¼B.Tentukan berapa rpm kecepatan sudut putaran generator tersebut agartetap menghasilkan tegangan maksimum sebesar 250 Volt?Life Skills : Kecakapan Personal
151Fisika SMA/MA XIIC. GGL Induksi DiriDalam sebuah rangkaian listrik yang di dalamnyaterdapat sebuah kumparan, misalnya rangkaian penyearaharus (adaptor) yang diperlengkapi dengan lampu indikator,apabila dalam posisi on kemudian kita matikan, maka lampuindikator tidak langsung padam, melainkan melalui redupdahulu baru kemudian padam. Coba perhatikan juga lampupijar di rumah yang tiba-tiba terjadi pemutusan/pemadamanlistrik dari pusat pembangkit listriknya, maka lampu pijartersebut tidak langsung padam melainkan redup dahulu barukemudian padam. Hal ini terjadi karena timbulnya ggl induksidiri dari kumparan yang ada dalam rangkaian listrik tersebut.Dalam sebuah kumparan yang dialiri arus bolak-balik, yaituarus listrik yang besarnya selalu berubah-ubah maka akanmenimbulkan fluks magnetik yang berubah-ubah terhadapwaktu. Perubahan fluks magnetik ini akan menginduksikumparan dalam rangkaian itu sendiri sehingga timbul gglinduksi. Ggl induksi yang terjadi karena adanya perubahanfluks magnetik yang ditimbulkan oleh rangkaian itu sendiridisebut ggl induksi diri.1. GGL Induksi Diri pada KumparanPerhatikan Gambar (5.8), sebuah kumparan P yangdiparalel dengan lampu L, dihubungkan dengan sebuahsumber tegangan V, dan diperlengkapi dengan saklar S.Pada kedudukan awal posisi sakelar terbuka, sehingga tidakada arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Ketikasakelar ditutup, lampu akan langsung menyala, sebaliknyapada saat sakelar dibuka kembali ternyata lampu tidaklangsung padam, tetapi melalui redup dahulu baru padam.Bagaimana peristiwa ini terjadi?Pada saat saklar ditutup maka pada kumparan P akanmengalir arus listrik yang menyebabkan timbul perubahanfluks magnetik dari nol mencapai nilai tertentu. Sebaliknyapada saat sakelar dibuka, arus listrik dalam rangkaianterputus, sehingga pada kumparan kembali terjadiperubahan fluks magnetik dari nilai tertentu kembalimenjadi nol. Menurut hukum Lenz, timbulnya perubahanfluks magnetik akan menyebabkan timbulnya ggl induksiyang arahnya selalu berlawanan yang menyebabkan terjadinyaperubahan fluks magnetik. Ggl induksi diri besarnyatergantung pada kecepatan perubahan kuat arus listrik yangGambar 5.8 GGL induksidiri pada kumparan menye-babkan lampu tidak lang-sung padam
Fisika SMA/MA XII152terjadi, arah arus induksi yang terjadi sedemikian rupa akanmenimbulkan medan magnet yang berlawanan denganmedan magnet yang menyebabkan timbulnya perubahanfluks magnetik.Besarnya ggl induksi diri yang terjadi dapat dituliskandalam persamaan :.... (5.9)dengan L adalah induktansi diri yang memiliki satuan Henry(H).Apabila perubahan kuat arus yang terjadi () konstan, makapersamaan (5.9) dapat dinyatakan :.... (5.10)dengan :H= ggl induksi diri (Volt)L= induktansi diri (Henry)I1= kuat arus pada keadaan mula-mula (Ampere)I2= kuat arus pada keadaan akhir (Ampere)'t= selang waktu perubahan kuat arus (sekon)Persamaan (5.9) dapat juga ditulis menjadi L =, sehinggadari sini dapat untuk menyatakan definisi 1 Henry. Sebuahkumparan memiliki induktansi diri sebesar satu henry apabilapada kumparan tersebut terjadi perubahan arus sebesar1 ampere tiap detiknya, maka pada ujung-ujung kumparantersebut timbul ggl induksi sebesar 1 volt.1.Jika pada sebuah kumparan terjadi perubahan kuat arus sebesar0,5 A/s, pada ujung-ujung kumparan timbul ggl induksi diri sebesar0,2 Volt, tentukan berapa Henry induktansi diri kumparan tersebut!Contoh Soal
153Fisika SMA/MA XIIPenyelesaian : = 0,4 H2.Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri sebesar 0,05 H, jikapada kumparan tersebut terjadi perubahan kuat arus listrik sebesar10 A/s. Tentukan berapa ggl induksi diri yang timbul pada ujung-ujung kumparan tersebut!Penyelesaian :H = L = 0,05 x 10 = 0,5 voltSoal Latihan :1.Sebuah kumparan (induktor) mempunyai induktansisebesar 500 mH, apabila pada induktor tersebutterjadi perubahan kuat arus yang memenuhi persamaanI = 2 t2 + 4t – 5 ampere. Tentukan besarnya ggl induksidiri pada kumparan tersebut saat t = 2 sekon!2.Pada sebuah induktor jika terjadi perubahan kuat arusdari 5 A menjadi 1A dalam waktu 0,2 sekon. Pada ujung-ujung kumparan timbul ggl induksi diri sebesar 10 Volt.Hitunglah induktansi induktor tersebut!2. Energi yang Tersimpan pada KumparanTelah dijelaskan bahwa dalam kumparan yang dialiri aruslistrik akan menyebabkan timbulnya medan magnet di dalamkumparan itu. Apabila arus yang mengalir diputus tiba-tibamaka dengan adanya perubahan fluks magnetik menyebabkantimbulnya ggl induksi diri yang menimbulkan arus induksidiri pada kumparan yang berarti dalam kumparan tersebuttersimpan energi. Energi yang tersimpan dalam kumparandalam bentuk medan magnet. Besarnya energi yang tersimpandalam kumparan dapat dicari sebagai berikut.Besarnya usaha total yang dikeluarkan oleh suatu sumbertegangan (ggl induksi diri ) dapat dinyatakan W = H I t, untukenergi sesaat dalam selang waktu dt dapat dituliskan :dW = H I dt
Fisika SMA/MA XII154Di mana H adalah ggl induksi diri kumparan yang besarnyaL dI/dt, maka kita peroleh :dW = I dtdW = L I dIBesarnya energi yang tersimpan dalam kumparan samadengan usaha yang dilakukan untuk mengalirkan arus listrikdalam kumparan dari nilai nol sampai nilai tertentu yang tetapsebesar I, dapat diperoleh dengan mengintegralkan persamaantersebut sehingga diperoleh :W = W = L I2.... (5.11)dengan :W= energi yang tersimpan dalam kumparan (Joule)L= induktansi diri kumparan (Henry)I= kuat arus yang mengalir dalam kumparan (Ampere)Sebuah induktor mempunyai induktansi diri sebesar 0,5 H, apabila padainduktor tersebut dialiri kuat arus listrik sebesar 10 A, berapakah besarnyaenergi listrik yang tersimpan pada induktor tersebut?Penyelesaian :W = L I2 = × 0,5 × 102 = 25 JouleSoal Latihan :1.Sebuah induktor dialiri arus listrik sebesar 10 A , ternyataenergi yang tersimpan dalam induktor sebesar 2,5 joule.Hitunglah induktansi induktornya!2.Sebuah induktor memiliki induktansi sebesar 300 mHdialiri arus listrik sehingga energi yang tersimpan padainduktor sebesar 1,35 joule. Tentukan berapa kuat arusyang mengalir pada induktor tersebut!Contoh Soal
155Fisika SMA/MA XII3. Induktansi Diri pada Solenoida danToroidaTelah dijelaskan pada bab III bahwa solenoida adalahkumparan yang panjang, sedangkan toroida adalah sebuahsolenoida yang dibentuk melingkar. Seperti telah dijelaskandalam hukum Faraday dan hukum Lenz adanya perubahanfluks magnetik menimbulkan ggl induksi dan adanyaperubahan arus listrik yang mengalir dalam kumparan ituakan menimbulkan perubahan fluks magnetik juga, sehinggabesarnya ggl induksi yang timbul pada kumparan dapatdinyatakan dalam bentuk persamaan (5.4 ) dan (5.9), yaitu :H = dan H = Berdasarkan kedua persamaan itu akan didapatkan :LdI = Nd)LI = N)L =.... (5.12)Di mana )= B A dan telah dijelaskan pada bab yang lalu bahwainduksi magnetik pada solenoida atau toroida yaitu B = dengan l adalah panjang solenoida atau keliling toroida,sehingga persamaan (5.12) dapat dituliskan :Apabila kumparan itu berintikan bahan dielektrikum tertentu,maka induktansi diri dinyatakan :.... (5.12)dengan :L= induktansi diri (Henry)N= jumlah lilitan pada kumparan
Fisika SMA/MA XII156l= panjang lilitan kumparan (meter)A= luas penampang kumparan (m2)P0= permeabilitas ruang hampa (4S × 10-7 Wb A-1m-1)P= permeabilitas bahan, di mana P = Pr .Po dengan Pr adalahpermeabilitas relatif bahan.4. Induktansi Timbal Balik (InduktansiSilang)Gambar (5.9) menunjukkan dua buah kumparan yangsaling berdekatan. Apabila hambatan geser R (Rheostat)digeser-geser maka akan menyebabkan arus (dI1/dt) yangmelalui kumparan primer (1) akan berubah. Perubahan arusini akan menyebabkan perubahan fluks magnetik (d)/dt)pada kumparan primer (1). Akan tetapi perubahan fluksmagnetik ini juga dialami oleh kumparan sekunder (2),sehingga pada kumparan timbul ggl induksi sebesar :H2 = -N2 atau H2 = -M.... (5.14)Hal ini juga berlaku untuk sebaliknya, jika pada kumparansekunder terjadi perubahan arus (dI2/dt ) maka akan terjadiperubahan fluks magnetik pada kumparan sekunder(d)2/dt), perubahan fluks magnetik ini juga dialami olehkumparan primer sehingga pada kumparan primer akanterjadi ggl induksi sebesar :H1 = -N1 atau H1 = -M.... (5.15)Gambar 5.9 Induktansi silang antara dua kumparan (kumparanprimer dan sekunderIVRAN1N2A
157Fisika SMA/MA XIIBerdasarkan uraian tersebut dapat disimpulkan bahwaadanya perubahan arus pada kumparan 1 (primer) akanmenimbulkan ggl induksi pada kumparan 2 ( sekunder) atausebaliknya, peristiwa ini disebut induksi timbal balik ( induksisilang). Besarnya ggl induksi tergantung pada laju perubahanfluks magnetik atau laju perubahan arus dalam kumparan.Notasi M dalam persamaan (5.14) dan (5.15) tersebutmenyatakan induktansi timbal balik (induktansi silang) antarakumparan primer dan kumparan sekunder yang memilikisatuan henry (H) dan besarnya dapat dinyatakan dalampersamaan :atau.... (5.16)Apabila fluks magnetik yang ditimbulkan arus sebesar I1yang mengalir pada kumparan yang terdiri atas N1 lilitandengan luas penampang bidang kumparan A maka jika nilai ini disubstitusikan pada per-samaan (5.16) akan kita dapatkan :.... (5.17)dengan :M= induktansi silang/timbal balik (H)P0= permeabilitas ruang hampa/udaraN1= banyaknya lilitan kumparan 1N2= banyaknya lilitan kumparan 2A= luas bidang kumparan (m2)l= panjang kumparan (m)Definisi 1 HenrySepasang kumparan memiliki induktansi silangsebesar 1 henry apabila terjadi perubahan arus sebesar1 ampere tiap detik pada kumparan yang satu akanmenyebabkan timbulnya ggl induksi pada ujung-ujungkumparan yang lainnya sebesar 1 volt.
Fisika SMA/MA XII158Pada saat ini kebutuhan tenaga listrik di Indonesia semakin lama semakinmeningkat. Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebutpemerintah telah berusaha untuk membangun proyek-proyekpembangkit tenaga listrik dengan memanfaatkan sumber energi yangtersedia di alam Indonesia ini. Cobalah kamu cari data berapa persenperbandingan antara pemakaian sumber bahan bakar (minyak, batubara,tenaga air, panas bumi, sinar matahari, dan nuklir) untuk menggerakkan/menjalankan mesin-mesin pembangkit tenaga listrik di Indonesia. Daripenggunaan bahan bakar tersebut manakah yang mempunyai persentasepaling besar untuk mencukupi energi listrik di Indonesia? Informasi dapatkamu cari dari internet atau datang langsung tanyakan di kantor PLNterdekat!Sepasang kumparan/ induktor yang saling berdekatan, apabila padakumparan pertama terjadi perubahan kuat arus listrik sebesar 10 A/s akanmenyebabkan timbulnya ggl induksi pada kumparan kedua sebesar 3 volt,tentukan berapa H besarnya induktansi timbal balik kumparan tersebut!Penyelesaian :M == 0,3 HJadi, induktansi timbal balik kumparan adalah 0,3 H.D. Penerapan Induksi Magnetik di dalam BidangTeknologiContoh SoalPada zaman modern saat ini hampir semua pekerjaankantor dilakukan menggunakan peralatan-peralatan yangdijalankan dengan menggunakan energi listrik, seperti halnyapenggunaan komputer, AC, menjalankan mesin-mesinproduksi, lampu penerangan, dan hubungan dengan pihakluar untuk kerja sama dan transaksi dengan memanfaatkanjaringan internet dan sebagainya. Demikian juga terjadi didaerah pedesaan yang saat ini sudah sebagian besarpenduduknya menggunakan energi listrik dalam melakukanWawasan Kebhinekaan : Kekayaan Potensi
159Fisika SMA/MA XIIkegiatan sehari-hari seperti halnya memasak, menjalankanbisnis menjahit, meubel, dan membuat kerajinan tangandengan menggunakan alat-alat listrik.Oleh karena itu, sampai saat ini pemerintah terus berusahauntuk memenuhi kebutuhan akan energi listrik bagikesejahteraan rakyatnya dengan membangun proyek-proyekpembangkit tenaga listrik. Tenaga listrik dihasilkan olehgenerator (dinamo) yang ukurannya besar dan untuk meng-gerakkannya diperlukan energi yang sangat banyak/besar.Berdasarkan sumber energi yang menggerakkannyadibedakan menjadi PLTA, PLTG, PLTU, PLTD, dan PLTN. Padaumumnya sumber energi yang tersedia di alam terdapat didaerah pegunungan yang jauh dari perkotaan. Oleh karenaitu, untuk mengirimkan energi yang dihasilkan ke kota-kotadiperlukan jaringan transmisi. Agar tidak banyak energi yanghilang dalam transmisi energi tersebut menggunakan teganganyang tinggi. Untuk menaikkan tegangan listrik tersebutdiperlukan transformator. Generator dan transformatormerupakan peralatan teknologi yang bekerja berdasarkaninduksi Faraday atau induksi elektromagnetik.1. Generator (Dinamo)Generator atau dinamo adalah alat yang digunakan untukmengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik. Padaprinsipnya generator terdiri atas kumparan kawat dan magnettetap/permanen. Bagian dari generator dapat dibedakanmenjadi dua, yaitu rotor dan stator, rotor yaitu bagian gene-rator yang bergerak, sedangkan stator merupakan bagiangenerator yang diam. Di dalam generator terdapat cincin luncur,yaitu bagian yang digunakan untuk mengalirkan arus listrikkeluar dan bagian ini adalah tempat untuk mengikatkanGambar 5.10 Sketsa generator DCGambar 5.11 Sketsa generator AC
Fisika SMA/MA XII160ujung-ujung kawat kumparan. Generator dibedakan menjadidua, yaitu generator arus AC dan generator arus DC. Cobalahkalian selidiki apa yang menjadi ciri khas perbedaan antaragenerator arus AC dan generator arus DC, diskusikan dengantemanmu!Besarnya ggl induksi yang terjadi pada generatordinyatakan dalam persamaan :H = HMaxsin Ztdi mana HMax = BAN Zdengan :H= ggl induksi (Volt)B= induksi magnet (Wb /m-2)A= luas bidang kumparan (m2)N= jumlah lilitan kumparanw= laju anguler (rad s-1)HMax= ggl induksi maksimum (Volt)t= lamanya kumparan berputarContoh Soal1.Sebuah genarator yang memiliki kumparan dengan luaspenampang 200 cm2, terdiri atas 500 lilitan diputar dengankecepatan sudut 1250 rad/s. Apabila kuat medan magnet padagenerator tersebut 2.10-3 Wb/m2, tentukan berapa ggl maksimumyang dihasilkan generator tersebut!Penyelesaian :Diketahui:A= 200 cm2 = 2 .10-2 m2N= 500 lilitanZ= 1250 rads-1B= 2.10-3 Wb.m-2Ditanyakan:HMax= ....?Jawab:HMax= BAN Z= 2 x 10-3 x 2 x 10-2 x 500 x 1250 Volt= 25 voltJadi, besarnya ggl maksimum yang dihasilkan generator adalah 25 volt.
161Fisika SMA/MA XII2.Sebuah generator yang memiliki luas bidang kumparan 400 cm2terdiri atas 1000 lilitan dengan kuat medan magnetnya 5.10-4 Wb/m2,diputar dengan kecepatan sudut 500 rad/s. Tentukan besarnya gglyang timbul pada saat garis normal bidang kumparan membentuksudut 30o terhadap arah medan magnet!Penyelesaian :Diketahui:A= 400 cm2 = (4 x 10-2 m2)N= 1000 lilitanB= 5 x 10-4 Wbm-2Z= 500 rads-1T= Zt = 30oDitanyakan:H= ....?Jawab:H= BAN Z sin Zt= 5 x 10-4 x 4 x 10-2 x 103 x 5 x 102 x sin 30o= 10 . = 5 voltJadi, besarnya ggl yang timbul adalah 5 volt.Gambar 5.12 TransformatorLatihan Soal :Hitunglah frekuensi perputaran sebuah kumparan dengan500 lilitan (masing-masing dengan luas 20 cm2). Pada suatumedan magnetik 7,0 x 10-5 T untuk membangkitkan teganganyang mempunyai nilai maksimum (suatu amplitudo) 0,5 V!2. Transformator (Trafo)Transformator berfungsi untukmenaikkan atau menurunkan teganganlistrik. Transformator bekerja berdasar-kan induksi Faraday. Transformatordibedakan menjadi dua, yaitu transfor-mator step down dan transformator stepup. Coba kalian jelaskan perbedaanfungsi dari kedua jenis transformatortersebut! Pada prinsipnya transformatorbekerja pada arus AC dan tidak bekerja
Fisika SMA/MA XII162pada arus DC, mengapa demikian? Coba diskusikan dengantemanmu! Transformator pada prinsipnya berfungsi untukmentransfer energi listrik dari kumparan primer kekumparan sekunder. Idealnya transfer energi tersebut tidakkehilangan energi, tetapi kenyataannya ada sebagian energiyang hilang menjadi energi kalor, sehingga pada transformatordikenal efisiensi transformator yaitu perbandingan antara dayapada kumparan sekunder dengan daya pada kumparanprimer. Pada transformator berlaku :VP : VS = NP : NSK =di mana :VP= tegangan pada kumparan primerVS= tegangan pada kumparan sekunderNP= jumlah lilitan pada kumparan primerNS= jumlah lilitan pada kumparan sekunderIP= arus listrik yang mengalir pada kumparan primerIS= arus listrik yang mengalir pada kumparan sekunderPP= daya listrik pada kumparan primerPS= daya listrik pada kumparan sekunderK= efisiensi transformator yang biasanya dinyatakandalam %Selain pada generator dan transformator, induksimagnetik juga diterapkan pada relay, head pada tape, bel listrik,induktor Ruhmkorf, dan sebagainya.Kalian telah mempelajari tentang generator listrik. Cobalah kalianmembuat sebuah pembangkit listrik (generator) sederhana dengan tenagaangin atau air sebagai penggerak generator. Manfaatkan alat dan bahanyang ada di sekitar kalian. Diskusikanlah dengan guru kalian jikamengalami kesulitan!Buatlah sebuah bel listrik dan buatlah skema alurnya serta tuliskan prinsipkerjanya, kemudian presentasikan di depan kelas!Life Skills : Kecakapan SosialWawasan Produktivitas : Kewirausahaan
163Fisika SMA/MA XII1.Sebuah transformator memiliki perbandingan antara lilitan primerdan sekunder 15 : 2. Jika kumparan primer terdiri atas 750 lilitan dandihubungkan dengan sumber tegangan AC sebesar 150 volt.Hitunglah jumlah lilitan sekunder dan tegangan pada kumparansekunder!Penyelesaian :Diketahui:Np : Ns = 15 : 2Np = 750 lilitanVp = 150 VoltDitanyakan:a.Ns = ...?b.Vs = ... ?Jawab:a.Np : Ns = 15 : 215 Ns = 2 NpNs= Np = .750 lilitan= 100 lilitanJadi, jumlah lilitan sekunder adalah 100 lilitan.b.Vp : Vs = Np : NsVs= . Vp = . 150 Volt= 20 VoltJadi, besarnya tegangan pada kumpan sekunder adalah 20 volt.2.Sebuah transformator memiliki efisiensi 80 % dan kumparan primerdihubungkan pada tegangan 300 volt, ternyata pada kumparansekunder timbul tegangan sebesar 30 Volt. Apabila pada kumparanprimer mengalir arus sebesar 0,5 A, tentukan berapa ampere arusyang mengalir pada kumparan sekundernya!Penyelesaian :Diketahui:K= 80 %Vp= 300 VoltVs= 30 VoltIp= 0,5 ADitanyakan:Is= ...?Contoh Soal
Fisika SMA/MA XII164Jawab:K= Is= = 80 % . = 0,8 . 5 = 4 AJadi, besarnya arus yang mengalirkan pada kumparan sekunderadalah 4 A.Latihan Soal :1.Sebuah transformator step down diperlukan untukmenurunkan tegangan dari 220 Volt menjadi 15 Volt. Jikabanyaknya lilitan kumparan primernya 500 lilitan,tentukan berapa banyaknya lilitan sekundernya!2.Perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder padasebuah transformator adalah 20 : 3, dihubungkan dengansumber tegangan AC sebesar 220 Volt. Apabila padakumparan primer mengalir arus 0,25 A dan efisiensitransformatornya 80 %, berapakah arus yang mengalirpada kumparan sekundernya?Salah satu produk teknologi dalam penerapan induksi elektromagnetikadalah transformator. Inti besi kumparan dalam transformator dibuatberlapis-lapis terdiri atas lempengan-lempengan besi yang kemudiandisatukan kembali setelah dilapisi bahan isolator, bukan merupakan besiutuh. Coba jelaskan secara singkat mengapa dibuat demikian!Wawasan Produktivitas : Inovatif dan Kreatif
165Fisika SMA/MA XIIJoseph Henry (1797 - 1878)Pada tahun 1830 ilmuwan Amerika Joseph Henrymenemukan bahwa perubahan dalam magnetismedapat membuat arus mengalir. Namun, dia tidakdapat mempublikasikan penemuannya ini. Padatahun 1832 dia menjelaskan ”induktansi diri” sifatdasar induktor, yang sekarang biasa hanya disebut”induktansi”. Dia juga banyak mengembangkanelektromagnet. Sebagai penghargaan, induktansidiukur dalam satuan Henry. Sumber : wikipedia1.Induksi elektromagnetik yaituperistiwa timbulnya ggl induksipada ujung-ujung kumparankarena adanya perubahan fluksmagnetik yang dilingkupi olehkumparan tersebut.2.Fluks magnetik yaitu banyaknyajumlah garis gaya magnet yangmenembus permukaan bidang tiapsatu satuan luas secara tegak lurus.) = B A atau )= B A cos T3.Hukum Faraday berbunyi: besar-nya ggl induksi yang terjadi padaujung-ujung kumparan berbadinglurus dengan jumlah lilitan kawatpada kumparan dan kecepatanperubahan fluks magnetiknya.H = - N 4.Kecepatan perubahan fluks mag-netik dapat dipengaruhi olehbeberapa faktor antara lain :Ringkasana.Perubahan luas penampangH = B lv sin Tb .Perubahan induksi magnetik-nya H = - NA c.Perubahan sudut antara garisnormal dan arah induksi mag-net. E = BAN Zsin Zt5.Hukum Lenz berbunyi: jika gglinduksi timbul pada suatu rang-kaian, maka arah arus induksi yangdihasilkan sedemikian rupa me-nimbulkan medan magnet induksiyang menentang perubahanmedan magnet.6.Besarnya ggl induksi diri yangtimbul pada ujung-ujung kum-paran yang disebabkan adanyaperubahan arus listrik di dalamkumparan dinyatakan :H = Seputar TokohJoseph Henry
Fisika SMA/MA XII1667 .Energi yang tersimpan pada sebuahinduktor yang dialiri arus listrikakan berupa energi medan magnetyang besarnya dinyatakan :W = L I2.8.Besarnya induktansi diri sebuahkumparan dinyatakan :.Sebuah kumparan mempunyaiinduktansi diri sebesar 1 henryapabila pada kumparan tersebuttimbul perubahan arus 1 amperetiap detiknya, maka pada ujung-ujung kumparan timbul gglsebesar 1 Volt.9.Besarnya induktansi silang se-pasang kumparan dapat dinyata-kan :.Sepasang kumparan mempunyaiinduktansi silang/timbal baliksebesar 1 henry apabila timbulperubahan kuat arus sebesar1 ampere tiap detik pada kumparanyang pertama akan menimbulkanggl sebesar 1 volt pada kumparanyang lainnya.10. Pemanfaatan induksi elektromag-netik dalam bidang teknologi yaitupada generator (dinamo), trans-formator, kumparan Rumhkorfdan bel listrik.
167Fisika SMA/MA XIIKerjakan di buku tugas kalian!A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat denganmemberi tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D, atau E!1.Gaya gerak listrik induksi dapat ditimbulkan denganbeberapa cara, antara lain ....A. meletakkan kumparan kawat dalam medan magnetB. menggerakkan kawat dalam medan magnet searahgaris gaya magnetC. memasang galvanometer pada ujung-ujung kumparanD. meletakkan batang magnet dalam kumparanE. menggerakkan kawat dalam medan magnet sehinggamemotong garis gaya magnet2.Pada gambar di bawah ini apabila ujung atas kutub mag-net digerakkan menjauhi/mendekati kumparan, makapada hambatan R akan timbul arus induksi berarah ....A. ke atas, jika kutub utara magnet digerakkanmendekati kumparanB. ke bawah, jika kutub utara magnet digerakkanmendekati kumparanC. ke atas, jika kutub utara magnet digerakkan ke kananD. ke bawah, jika magnet batang diputar searah jarumjamE. ke atas, jika magnet batang diputar berlawanan arahjarum jamUmagnetSbatangUji Kompetensi
Fisika SMA/MA XII1683.Apabila sepotong kawat horisontal digerakkan ke baratmemotong tegak lurus medan magnet homogen yangarahnya ke bawah, maka pada awal gerakan dalam kawattimbul arus induksi dengan arah ....A. ke utaraB. ke selatanC. ke timurD. ke baratE. ke atas4.Kuat arus listrik dalam suatu rangkaian tiba-tiba turundari 10 A menjadi 2 A dalam waktu 0,1 detik. Selamaperistiwa itu terjadi timbul GGL induksi sebesar 32 Vdalam rangkaian, induktansi rangkaian adalah .... (dalamhenry)A. 0,32B. 0,40C. 2,5D. 32E. 405.Kawat AB panjang 30 cm digerakkan dalam medanmagnet homogen B = 4 x 10-3 Tesla dengan kecepatan25 ms-1. Apabila hambatan seluruh rangkaian AB = 10 ohm,maka besar dan arah gaya Lorenz yang bekerja pada kawatAB adalah ....A. 3,6 x 10-6 N arah ke kananB. 3,6 x 10-6 N arah ke kiriC. 3,0 x 10-6 N arah ke kananD. 3,0 x 10-6 N arah ke kiriE. 1,8 x 10-6 N arah ke kanan
169Fisika SMA/MA XII6.Sebuah kumparan terdiri atas 2000 lilitan berada dalammedan magnetik. Apabila dalam kumparan terjadiperubahan fluks magnetik dari 4 x 10-3 Weber menjadi6 x 10-3 Weber dalam waktu 0,1 detik, maka besar GGLinduksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan adalah....A. 20 VoltB. 30 VoltC. 40 VoltD. 50 VoltE. 60 Volt7.Suatu transformator step down ideal mempunyaikumparan primer 1000 lilitan dan dihubungkan dengantegangan 100 volt. Kumparan sekunder terdiri atas duabagian terpisah masing-masing bertegangan Vs1 dan Vs2= 2 volt. Jika pada kumparan s1 mengalir arus 0,5 A makapada s2 mengalir arus sebesar ....A. 0,02 AB. 0,05 AC. 0,20 AD. 0,50 AE. 1,00 A8.Suatu kumparan terdiri atas 200 lilitan berbentuk empatpersegi panjang dengan panjang 10 cm dan lebar 5 cm.Kumparan ini bersumbu putar tegak lurus medan mag-net sebesar 0,5 Wb.m-2 dan diputar dengan kecepatansudut 60 rad.s-1 . Pada ujung-ujung kumparan timbul gglbolak-balik maksimum sebesar ....A. 30 VB. 60 VC. 110 VD. 220 VE. 300 V9.Agar ggl yang dihasilkan oleh generator menjadi setengahdari mula-mula dapat dilakukan dengan cara ....A. periode putarannya dijadikan setengah kali semulaB. kawat kumparan diganti dengan kawat lain yangtebalnya setengah kali semulaC. frekuensi putarannya dijadikan setengah kali semulaD. jumlah lilitannya dijadikan dua kali semulaE. luas penampang lilitan dijadikan dua kali semula
Fisika SMA/MA XII17010. Fluks magnet yang menembus tegak lurus kawatmelingkar berubah dari 5 x 10-6 Wb menjadi nol dalam3 detik, maka besarnya GGL induksi yang timbul adalah....A. 1,67 x 10-6 VoltB. 1,76 x 10-6 VoltC. 1,67 x 10-5 VoltD. 1,76 x 10-5 VoltE. 1,67 x 10-4 Volt11. Sebuah batang tembaga panjang 30 cm terletak tegaklurus terhadap medan yang rapat fluksnya 0,8 Wb/m2.Batang digerakkan dengan laju 0,5 m/s tegak lurus medan,Besar ggl yang terinduksi di dalam batang tersebut sebesar....A. 0,12 VoltB. 0,19 VoltC. 0,48 VoltD. 1,33 VoltE. 12 Volt12. Sebuah traffo step up mengubah tegangan 25 Voltmenjadi 250 volt. Jika efisiensi trafo 80% dankumparan sekundernya dihubungkan dengan lampu250 Volt 50 watt, maka kuat arus dalam kumparanprimernya adalah ....A. 0,5 AB. 1,0 AC. 1,5 AD. 2,5 AE. 5,8 A13. Perbandingan jumlah lilitan kawat pada kumparanprimer dan sekunder sebuah transformator adalah 1 : 4.Tegangan dan kuat arus masukannya masing-masing10 V dan 2 A. Jika daya rata-rata yang berubah menjadikalor pada transformator tersebut adalah 4 watt dantegangan keluarannya 40 V, maka kuat arus keluarannyabernilai ....A. 0,1 AB. 0,4 AC. 0,5 AD. 0,6 AE. 0,8 A
171Fisika SMA/MA XII14. Sebuah toroida ideal, hampa, mempunyai 1.000 lilitandan jari-jari rata-ratanya 0,5 m. Kumparan yang terdiriatas 5 lilitan dililitkan pada toroida tersebut. Penampanglintang toroida 2 x 10-3 m2 dan arus listrik pada kawattoroida berubah dari 7A menjadi 9A dalam satu detik,maka di dalam kumparan timbul ggl imbas yang besarnya.... (dalam PV)A. 4B. 8C. 12D. 28E. 3615. Sebuah kumparan terdiri atas 1.000 lilitan dengan teraskayu berdiameter 4 cm. Kumparan tersebut memilikihambatan 400 : dan dihubungkan seri dengan galvano-meter yang hambatan dalamnya 200 :. Apabila medanmagnet B = 0,015 tesla yang dililiti kumparan dengangaris medan sejajar batang kayu tiba-tiba dihilangkan,maka jumlah muatan listrik (dalam Coulomb) yangmengalir lewat galvanometer adalah ....A.S x 10-5B.S x 10-5C. 4S x 10-5D. 6p x 10-5E. 8S x 10-5B.Kerjakan soal di bawah ini!1.Sebuah kumparan kawat dengan luas 50 cm2 terletakdalam medan magnetik yang induksi magnetiknya1,4 T. Jika garis normal bidang membentuk sudut 60oterhadap arah induksi magnetik B. Tentukan besarnyafluks magnetik yang dilingkupi kumparan kawattersebut!2.Sebuah kumparan kawat dengan 100 lilitan, hambatan4 ohm, dan luas penampang 20 cm2 berada dalammedan magnet tegak lurus bidang dengan induksimagnet B = 0,1t – 0,2t2 di mana B dalam Tesla dan t dalamsekon. Berapa kuat arus induksi yang mengalir saat t = 1sekon?
Fisika SMA/MA XII1723.Sebuah generator arus bolak-balik menghasilkantegangan maksimum 1200 Volt diputar dengan periode0,2 sekon. Jumlah lilitan kumparan dijadikan dua kalisemula sedangkan luas penampang dan medanmagnetnya tetap. Agar dapat menghasilkan teganganmaksimum yang sama besar, tentukan berapa rad/skecepatan sudut kumparan harus diputar!4.Sebuah solenoida terbuat dari kumparan kawat dengan50 lilitan, panjang dan luas solenoida itu ialah 50 cm dan10 cm2. Tentukan besarnya energi yang tersimpan dalamsolenoida bila dialiri arus sebesar arus 25 A!5.Kumparan dengan 1000 lilitan mengitari pusat solenoidayang panjangnya 2 m, luas penampang 4 x 10–3 m2 terdiriatas 20.000 lilitan. Solenoida dialiri arus 3 A. Bila arus dalamsolenoida diputus dalam waktu sekon, hitunglah besarggl induksi yang timbul pada kumparan!Setelah kalian mempelajari bab ini, diharapkan kalian dapatmemahami tentang :1.formulasi konsep induksi Faraday,2.formulasi konsep induksi diri, dan3.penerapan konsep ggl induksi dan ggl induksi diri pada generatordan transformator.Apabila masih ada materi yang belum kalian pahami, pelajari kembaliisi bab ini sebelum melanjutkan ke bab berikutnya!Refleksi