Induksi Elektromagnetik - · PDF fileFisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, ......
Transcript of Induksi Elektromagnetik - · PDF fileFisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, ......
Induksi Elektromagnetik
Agus Suroso ([email protected])
Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Institut Teknologi Bandung
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 1 / 21
Materi
1 Hukum Faraday-Lenz
2 Medan listrik induksi
3 Induktansi
4 Induktansi Bersama
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 2 / 21
Percobaan
gambar: Serway & Jewett
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 3 / 21
Hukum Faraday-Lenz
Hukum Faraday: Jika fluks medan magnet yang masuk pada suatusimpal berubah, maka akan timbul gaya gerak listrik(ggl=electromotive force/emf) pada simpal tsb.
Hukum Lenz: Arah arus induksi pada simpal adalah sedemikiansehingga menyebabkan medan magnet yang melawan perubahan fluksyang terjadi pada simpal.
E = −dΦ
dt. (1)
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 4 / 21
Arah Arus Induksi
Baca per kolom, dari atas ke bawah.
gambar: Halliday & Resnick
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 5 / 21
Pertanyaan 1
Urutkan dari yang arus induksinya paling besar.
(Inc: increase, Dec: decrease.)
gambar: Halliday & Resnick
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 6 / 21
Pertanyaan 2
Sebuah cincin bergerak mendekati kawat lurus berarus listrik. Ke manakaharah arus induksi pada cincin?
gambar: Serway & Jewett
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 7 / 21
Aplikasi: batang konduktor bergerak pada rel
gambar: Serway & Jewett
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 8 / 21
Contoh 1: batang konduktor bergerak pada rel
Karena Iind⊥B, timbul gayamagnet ~FB ke kiri. Sehinggadiperlukan gaya luar (~Fapp) kekanan.
Daya yang diberikan oleh gayaluar adalah
P = ~Fapp · ~v =E2
R. (2)
Daya oleh gaya luar = daya listrikyang dihasilkan⇒ perubahan energi mekanikmenjadi listrik.
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 9 / 21
Soal
Gaya luar dihilangkan, kecepatan awal batang ~vi . Kapan dan di manabatang berhenti? Gunakan konsep gaya atau energi.
gambar: Serway & Jewett
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 10 / 21
Contoh 2: Batang berputar pada daerah bermedan magnet
Berapa beda potensial kedua ujung batang? Batang konduktor diputarterhadap salah satu ujungnya, dalam daerah bermedan magnet.
gambar: Serway & Jewett
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 11 / 21
Contoh 3: Simpal melewati daerah bermedan magnet
Sebuah simpal berbentuk kotak melewati daerah bermedan magnet dngankecepatan konstan. Grafik fluks, ggl, dan gaya yang diperlukan untukmenarik simpal diberikan pada gambar.
gambar: Serway & JewettAgus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 12 / 21
Contoh 4: Generator dan motor
gambar: Serway & Jewett
Generator: gerak → listrik.
Simpal berputar terhadap sumbu,lalu timbul ggl induksi.
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 13 / 21
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
Medan listrik induksi
Hukum Faraday: dΦdt → E → Iinduksi.
Listrik statik: ~E → ~F → I .Jadi, dΦ
dt → ~E . Ingat pula bahwa medan E tidak bergantung pada adaatau tidaknya muatan uji.
gambar: Serway & Jewett
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 15 / 21
Medan listrik induksi
Usaha oleh gaya listrik
qE (2πr) = qE ⇒ E =E
2πr(3)
Dengan mengingat hukumFaraday, diperoleh
E = − r
2
dB
dt. (4)
Hukum Faraday dapat puladituliskan dalam bentuk∮
~E · d~s = −dΦB
dt. (5)
~E pada kasus ini tidak konservatif.
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 16 / 21
Induktor dan Induktansi Diri
gambar: Halliday & Resnick
Induktor: lilitan.
Adanya didt menghasilkan −EL.
Besarnya EL sebanding dengandidt , konstanta pembandingnyadisebut induktansi diri, L.
EL = −Ldi
dt. (6)
Mengingat hukum Faraday,didapat pula
L =NΦB
i. (7)
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 17 / 21
Contoh: induktansi solenoida
Berapa induktansi diri dari solenoida?
Mengingat bahwa medan magnet dalam solenoida (panjang) adalahB = µ0ni (dengan n = N/`), maka induktansi solenoida adalah
L =Nµ0ni
i=µ0N2
`. (8)
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 18 / 21
Contoh: induktansi solenoida
Berapa induktansi diri dari solenoida?Mengingat bahwa medan magnet dalam solenoida (panjang) adalahB = µ0ni (dengan n = N/`), maka induktansi solenoida adalah
L =Nµ0ni
i=µ0N2
`. (8)
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 18 / 21
Induktansi Bersama
Adanya didt pada salah satu lilitan menyebabkan EL pada lilitan yang lain.
gambar: Halliday & Resnick
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 19 / 21
Induktansi Bersama
Induktansi bersama (definisi):
M21 =N2Φ21
i1. (9)
Dapat dituliskan
M21di1dt
= N2Φ21
dt= −E2. (10)
Jika ditinjau sebaliknya (gambar b), diperoleh
E1 = −M12di2dt, (11)
sehinggaM12 = M21 = M. (12)
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 20 / 21
Ada pertanyaan?Kontak: [email protected]
Agus Suroso (FTETI-ITB) Induksi Elektromagnetik 21 / 21