Induksi Elektromagnetik

Transkripsi

1 Induksi Elektromagnetik Agus Suroso Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Institut Teknologi Bandung Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 1 / 21

2 Materi 1 Hukum Faraday-Lenz 2 Medan listrik induksi 3 Induktansi 4 Induktansi Bersama Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 2 / 21

3 Percobaan gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 3 / 21

4 Hukum Faraday-Lenz Hukum Faraday: Jika fluks medan magnet yang masuk pada suatu simpal berubah, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl=electromotive force/emf) pada simpal tsb. Hukum Lenz: Arah arus induksi pada simpal adalah sedemikian sehingga menyebabkan medan magnet yang melawan perubahan fluks yang terjadi pada simpal. E = dφ dt. (1) Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 4 / 21

5 Arah Arus Induksi Baca per kolom, dari atas ke bawah. gambar: Halliday & Resnick Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 5 / 21

6 Pertanyaan 1 Urutkan dari yang arus induksinya paling besar. (Inc: increase, Dec: decrease.) gambar: Halliday & Resnick Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 6 / 21

7 Pertanyaan 2 Sebuah cincin bergerak mendekati kawat lurus berarus listrik. Ke manakah arah arus induksi pada cincin? gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 7 / 21

8 Aplikasi: batang konduktor bergerak pada rel gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 8 / 21

9 Contoh 1: batang konduktor bergerak pada rel Karena I ind B, timbul gaya magnet F B ke kiri. Sehingga diperlukan gaya luar ( F app ) ke kanan. Daya yang diberikan oleh gaya luar adalah P = F app v = E2 R. (2) Daya oleh gaya luar = daya listrik yang dihasilkan perubahan energi mekanik menjadi listrik. Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 9 / 21

10 Soal Gaya luar dihilangkan, kecepatan awal batang v i. Kapan dan di mana batang berhenti? Gunakan konsep gaya atau energi. gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 10 / 21

11 Contoh 2: Batang berputar pada daerah bermedan magnet Berapa beda potensial kedua ujung batang? Batang konduktor diputar terhadap salah satu ujungnya, dalam daerah bermedan magnet. gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 11 / 21

12 Contoh 3: Simpal melewati daerah bermedan magnet Sebuah simpal berbentuk kotak melewati daerah bermedan magnet dngan kecepatan konstan. Grafik fluks, ggl, dan gaya yang diperlukan untuk menarik simpal diberikan pada gambar. Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 12 / 21

13 Contoh 4: Generator dan motor Generator: gerak listrik. Simpal berputar terhadap sumbu, lalu timbul ggl induksi. gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 13 / 21

14 Contoh 4: Generator dan motor Motor: listrik gerak. Simpal dialiri arus, timbul torsi shg simpal berputar. gambar: Cutnell, h.651 Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 14 / 21

15 Medan listrik induksi Hukum Faraday: dφ dt E I induksi. Listrik statik: E F I. Jadi, dφ dt E. Ingat pula bahwa medan E tidak bergantung pada ada atau tidaknya muatan uji. gambar: Serway & Jewett Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 15 / 21

16 Medan listrik induksi Usaha oleh gaya listrik qe(2πr) = qe E = E 2πr (3) Dengan mengingat hukum Faraday, diperoleh E = r db 2 dt. (4) Hukum Faraday dapat pula dituliskan dalam bentuk E d s = dφ B dt. (5) E pada kasus ini tidak konservatif. Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 16 / 21

17 Induktor dan Induktansi Diri Induktor: lilitan. Adanya di dt menghasilkan E L. Besarnya E L sebanding dengan di dt, konstanta pembandingnya disebut induktansi diri, L. E L = L di dt. (6) Mengingat hukum Faraday, didapat pula gambar: Halliday & Resnick L = NΦ B. (7) i Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 17 / 21

18 Contoh: induktansi solenoida Berapa induktansi diri dari solenoida? Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 18 / 21

19 Contoh: induktansi solenoida Berapa induktansi diri dari solenoida? Mengingat bahwa medan magnet dalam solenoida (panjang) adalah B = µ 0 ni (dengan n = N/l), maka induktansi solenoida adalah L = Nµ 0ni i = µ 0N 2. (8) l Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 18 / 21

20 Induktansi Bersama Adanya di dt pada salah satu lilitan menyebabkan E L pada lilitan yang lain. gambar: Halliday & Resnick Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 19 / 21

21 Induktansi Bersama Induktansi bersama (definisi): M 21 = N 2Φ 21 i 1. (9) Dapat dituliskan di 1 M 21 dt = N Φ 21 2 = E 2. (10) dt Jika ditinjau sebaliknya (gambar b), diperoleh E 1 = M 12 di 2 dt, (11) sehingga M 12 = M 21 = M. (12) Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 20 / 21

22 Ada pertanyaan? Kontak: Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 21 / 21