INDUKSI MAGNET DAN INDUKSI ELEKTROMAGNET

Induksi magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor sedangkan induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya tegangan listrik akibat adanya medan magnet yang berubah-ubah setelah diinduksikan terhadap penghantar.

Perhatikan video pembelajaran berikut ini

Percobaan Hans Christian Oersted

Adanya kuat medan magnetik di sekitar konduktor berarus listrik diselidiki pertama kali oleh Hans Christian. Jika jarum kompas diletakkan sejajar dengan konduktor, maka konduktor itu akan dialiri arus listrik. Jika muatan listrik mengalir melalui kawat penghantar konduktor, maka akan timbul pengaruh magnetik di sekitar kawar berarus tersebut. Pengaruh magnetik ini mampu menarik bahan magnetik lainnya. Jika serbuk besi diletakkan disekitar kawat berarus maka serbuk besi tersebut akan berarah secara teratur. Hans Christian Oersted, pada tahun 1820, mengadakan penelitian tentang pengaruh medan magnet disekitar kawat berarus. Susunan percobaan Oersted tersusun seperti gambar di bawah ini.

Percobaan Oersted ini mengawali penelitian lanjutan mengenai bentuk medan magnet yang dihasilkan oleh energi listrik. Di sekitar medan magnet permanen atau kawat penghantar berarus merupakan daerah medan magnet. Vektor dalam medan magnet tersebut dilambangkan dengan B atau disebut dengan induksi medan magnet. Dalam SI, satuan induksi magnet B adalah Tesla.  Dari percobaan ini dapat diketahui:

1. Dalam kawat penghantar yang dilewati arus listrik disekitarnya akan timbul garis gaya magnet.

2. Arus listrik menghasilkan gaya yang dapat memutar magnet yang ada di dekatnya.

3.     Kawat berarus akan menimbulkan jarum pada kompas bergerak.

4.     Simpangan jarum kompas tergantung arah arus pada kawat dan letaknya.

5.  Pada penghantar yang arah arus listriknya mengalir menurut arah selatan ke utara, jika magnet jarum diletakkan di bawah kawat maka kutub utara magnet jarum akan berputar ke kiri

6.   Pada penghantar yang arah arus listriknya mengalir menurut arah selatan ke utara, jika magnet jarum diletakkan di atas kawat maka kutub utara magnet jarum akan berputar ke kanan

7.   Efek ini akan berlaku kebalikan jika arah arus listrik pada penghantar mengalir menurut arah Utara ke Selatan.

Gaya Lorentz

Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) merupakan ilmuwan Belanda yang memiliki kontribusi besar pada bidang fisika dan fisika kuantum. Berdasarkan hasil kerja ilmuwan-ilmuwan sebelumnya, Lorentz mengoreksi dan merampungkan hukum gaya elektromagnetik yang sekarang menyandang namanya. Gaya lorentz merupakan gabungan antara gaya elektrik dan gaya magnetik pada suatu medan elektromagnetik. Gaya Lorentz ditimbulkan karena adanya muatan listrik yang bergerak atau karena adanya arus listrik dalam suatu medan magnet. Arah dari gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik (I) dan induksi magnetik yang ada (B).

Ketika sebuah kawat dengan panjang  dialiri arus listrik sebesar l dan diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar I, maka akan timbul gaya Lorentz pada kawat tersebut. Dengan mengombinasikan gaya Lorentz dan definisi arus listrik, maka dapat dihitung besarnya gaya Lorentz pada kawat yang lurus dan stasioner yaitu:

F = Bil Sin

Keterangan

l  merupakan panjang kawat (m)
I merupakan kuat arus yang mengalir pada kawat (Ampere)
B merupakan kuat medan magnet (Tesla)
α merupakan sudut yang dibentuk oleh B dan I

Jika arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, maka gaya Lorentz yang terjadi akan maksimal ( ). Inilah keadaan yang biasanya selalu dikondisikan secara nyata yakni agar gaya Lorentz yang didapat selalu maksimal, medan magnet dikondisikan selalu tegak lurus dengan arus listrik yang mengalir.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan pada gambar dibawah ini:

Kaidah tangan kanan pertama menggunakan tiga jari tangan kanan dimana:

Ibu jari = arah arus listrik (I)
Jari telunjuk = arah medan magnet (B)
Jari tengah = arah gaya Lorentz (F)

Kaidah tangan kanan kedua menggunakan telapak tangan kanan yang terbuka dan lebih mudah gunakan terlebih lagi jika sudut  

 Percobaan Michael Faraday

Percobaan Faraday. Setelah Oersted menemukan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet, Michael Faraday (1971-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman menemukan bahwa medan magnet yang berubah-ubah dapat menimbulkan arus listrik. Arus yang timbul disebut arus induksi.

Sebagaimana kita ketahui bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnetik atau medan magnetik mengerjakan gaya pada kawat berarus listrik atau pada muatan bergerak.

Akibat dari pernyataan tersebut memunculkan pertanyaan : “Jika arus listrik dapat menghasilkan medan magnetik apakah medan magnetik juga dapat menghasilkan arus listrik ? ”.

Melalui berbagai percobaan, Michael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris akhirnya berhasil membuktikan bahwa arus listrik memang dapat dihasilkan dari perubahan medan magnetik. Peristiwa dihasilkannya arus listrik akibat adanya perubahan medan magnetik dinamakan induksi elektromagnetik, sedangkan arus yang dihasilkan dari induksi elektromagnetik dinamakan arus induksi. Penemuan ini dikenal dengan “Hukum Faraday”. Penemuan ini dianggap sebagai penemuan monumental. Mengapa? Pertama, “Hukum Faraday” memiliki arti penting dalam hubungan dengan pengertian teoretis tentang elektromagnetik. Kedua, elektromagnetik dapat dipergunakan sebagai penggerak secara terus-menerus arus aliran listrik seperti yang digunakan oleh Faraday dalam pembuatan dinamo listrik pertama

1.Ketika magnet digerakkan ( keluar- masuk ) dalam kumparan, jarum pada galvanometer akan menyimpang.

2.Ketika magnet tidak digerakkan (berhenti) dalam kumparan, jarum pada galvanometer tidak menyimpang (menunjukkan angka nol).

3.Penyimpangan jarum galvanometer ini menunjukkan bahwa di dalam kumparan mengalir arus listrik. Arus listrik seperti ini disebut arus induksi.

4.Arus listrik timbul karena adanya perubahan jumlah garis gaya magnet, yang mengakibatkan pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial. Beda potensial ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl induksi)

Dengan demikian, maka menurut Hukum Faraday

1.  Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (fluks) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.

2.  Perubahan fluks medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.