Induksi Elektromagnetik - FMIPA Personal Blogs

Induksi Elektromagnetik
Agus Suroso ([email protected])
Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Institut Teknologi Bandung
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
1 / 23
Materi
1
Hukum Faraday-Lenz
2
Medan listrik induksi
3
Induktansi
4
Induktansi Bersama
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
2 / 23
Percobaan
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
3 / 23
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 =−
Agus Suroso (FTETI-ITB)
dΦ
.
dt
Induksi Elektromagnetik
(1)
4 / 23
Arah Arus Induksi
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
5 / 23
Pertanyaan 1
Urutkan dari yang arus induksinya paling besar.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
6 / 23
Pertanyaan 2
Ke manakah arah arus induksi pada loop?
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
7 / 23
Aplikasi: batang konduktor bergerak pada rel
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
8 / 23
Contoh 1: batang konduktor bergerak pada rel
Karena Iind ⊥B, timbul gaya
~ B ke kiri. Sehingga
magnet F
~ app ) ke
diperlukan gaya luar (F
kanan.
Daya yang diberikan oleh gaya
luar adalah
~ app · ~v =
P=F
E2
.
R
(2)
Daya oleh gaya luar = daya listrik
yang dihasilkan
⇒ perubahan energi mekanik
menjadi listrik.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
9 / 23
Soal
Gaya luar dihilangkan, kecepatan awal batang ~vi . Kapan dan di mana
batang berhenti? Gunakan konsep gaya atau energi.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
10 / 23
Contoh 2: Batang berputar pada daerah bermedan magnet
Batang konduktor diputar terhadap salah satu ujungnya, dalam daerah
bermedan magnet. Berapa beda potensial kedua ujung batang?
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
11 / 23
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 / 23
Contoh 4: Generator dan motor
Generator: gerak → listrik.
Simpal berputar terhadap sumbu, lalu timbul ggl induksi.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
13 / 23
Contoh 4: Generator dan motor
Motor: listrik → gerak.
Simpal dialiri arus, timbul torsi shg simpal berputar.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
14 / 23
Medan listrik induksi
Hukum Faraday: dΦ
dt → E → Iinduksi .
~ →F
~ → I.
Listrik statik: E
dΦ
~ . Ingat pula bahwa medan E tidak bergantung pada ada
Jadi, dt → E
atau tidaknya muatan uji.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
15 / 23
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
I
~ · d~s = − dΦB . (5)
E
dt
~ pada kasus ini tidak konservatif.
E
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
16 / 23
Medan listrik induksi
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
17 / 23
Contoh: Medan listrik akibat solenoide
Sebuah solenoida (jari-jari R, rapat lilitan n) dialiri arus I = Imax cos ωt.
Tentukan medan listrik di dalam dan luar solenoida.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
18 / 23
Induktor dan Induktansi Diri
Induktor: lilitan.
Adanya
di
dt
menghasilkan −EL .
Besarnya EL sebanding dengan
di
dt , konstanta pembandingnya
disebut induktansi diri, L.
EL = −L
di
.
dt
(6)
Mengingat hukum Faraday,
didapat pula
L=
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
NΦB
.
i
(7)
19 / 23
Contoh: induktansi solenoida
Berapa induktansi diri dari solenoida?
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
20 / 23
Induktansi Bersama
Adanya
di
dt
pada salah satu lilitan menyebabkan EL pada lilitan yang lain.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
21 / 23
Induktansi Bersama
Induktansi bersama (definisi):
M21 =
N2 Φ21
.
i1
(8)
Dapat dituliskan
Φ21
di1
= N2
= −E2 .
dt
dt
Jika ditinjau sebaliknya (gambar b), diperoleh
M21
E1 = −M12
di2
,
dt
(9)
(10)
sehingga
M12 = M21 = M.
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
(11)
22 / 23
Ada pertanyaan?
Kontak saya via: courses.fi.itb.ac.id atau
[email protected]
Agus Suroso (FTETI-ITB)
Induksi Elektromagnetik
23 / 23