Hukum Faraday: Definisi, Bunyi, Prinsip, dan Contoh Soal
Hukum Faraday adalah salah satu hukum dalam fisika elektromagnetik yang ditemukan oleh seorang ahli fisika bernama Michael Faraday pada tahun 1831. Hukum ini menjelaskan hubungan antara percepatan fluks magnetik dan besaran energi kinetik listrik yang dihasilkan oleh induksi elektromagnetik.
- Definisi Hukum Faraday
- Bunyi Hukum Faraday
- Prinsip Hukum Faraday
- Perubahan Fluks Magnetik
- Energi Kinetik Listrik yang Terinduksi
- Contoh Soal Hukum Faraday
- Contoh Soal 1
- Contoh Soal 2
- Contoh Soal 3
- Keyword Turunan Hukum Faraday
- Hukum Faraday dan Prinsip Dasar Elektromagnetik
- Definisi Hukum Faraday
- Bunyi Hukum Faraday
- Prinsip Elektromagnetik
- Contoh Soal Hukum Faraday
- Kesimpulan
Definisi Hukum Faraday
Hukum Faraday merupakan salah satu hukum dasar dalam fisika elektromagnetik yang menggambarkan hubungan antara perubahan fluks magnetik pada medan magnet dengan besarnya energi kinetik listrik yang terinduksi di dalam suatu kumparan atau rangkaian listrik tertentu. Secara sederhana, hukum ini dapat didefinisikan sebagai berikut:
"Besarnya energi kinetik listrik yang terinduksi pada suatu rangkaian listrik adalah sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik pada rangkaian tersebut."
Bunyi Hukum Faraday
Salah satu bentuk paling sederhana dari bunyi hukum Faraday dapat dinyatakan sebagai berikut:
"Perubahan fluks magnetik pada sebuah kumparan induktor akan menimbulkan suatu arus listrik yang besarnya sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik tersebut."
Secara garis besar, bunyi hukum Faraday menggambarkan hubungan antara energi kinetik listrik (yang dihasilkan oleh perubahan fluks magnetik) dengan medan magnet pada suatu rangkaian listrik.
Prinsip Hukum Faraday
Prinsip hukum Faraday didasarkan pada dua hal penting, yaitu perubahan fluks magnetik dan energi kinetik listrik yang terinduksi.
Perubahan Fluks Magnetik
Perubahan fluks magnetik atau dikenal sebagai "flux" dapat diartikan sebagai jumlah medan magnet yang melewati permukaan tertentu yang merentang dalam daerah nol. Fluks ini diukur dalam satuan tesla (T) atau weber (Wb) dan dinyatakan dalam bentuk perubahan waktu dalam detik.
Rumus umum untuk menghitung fluks magnetik adalah:
- Fluks magnetik = medan magnet (B) x luas permukaan (A)
- Fluks magnetik = B.A
Sebagai contoh, fluks magnetik pada sebuah kumparan dengan medan magnet sebesar 2 tesla dan luas permukaan sebesar 5 meter persegi akan dinyatakan sebagai:
fluks magnetik = 2 x 5 = 10 tesla meter persegi
Energi Kinetik Listrik yang Terinduksi
Energi kinetik listrik atau yang disebut sebagai "d.demf" (differential emf) adalah besarnya perbedaan potensial listrik di dalam suatu rangkaian listrik saat terjadi perubahan fluks magnetik pada kumparan atau rangkaian tersebut.
Rumus umum untuk menghitung energi kinetik listrik adalah:
- d.demf = -N dΦ/dt
- d.demf = -N ΔΦ/Δt
Dalam rumus di atas, N merupakan jumlah lilitan kumparan/ rangkaian, dΦ adalah perubahan fluks magnetik, dan dt adalah perubahan waktu.
Contoh Soal Hukum Faraday
Berikut adalah beberapa contoh soal yang berhubungan dengan hukum Faraday:
Contoh Soal 1
Sebuah kumparan berbentuk persegi dengan sisi sepanjang 5 cm, memiliki 300 lilitan. Pada saat t = 0, fluks magnetik medan magnet yang melewati kumparan sebesar 5 weber. Setelah 2 detik, fluks magnetik berkurang menjadi 2 weber. Tentukan besarnya d.demf pada kumparan tersebut.
Jawab:
- Diketahui:
- sisi kumparan (L) = 5 cm
- jumlah lilitan (N) = 300
- waktu (t) = 2 detik
- fluks magnetik awal (Φ1) = 5 weber
- fluks magnetik akhir (Φ2) = 2 weber
- Dicari: besar d.demf pada kumparan
- d.demf = ?
- Langkah penyelesaian:
- Menghitung besar perubahan fluks magnetik (ΔΦ)
- Menghitung laju perubahan fluks magnetik (Δt)
- Menentukan besarnya d.demf pada kumparan
- Jawaban:
- Besar d.demf pada kumparan tersebut adalah sebesar 450 volt.
ΔΦ = Φ2 - Φ1 = 2 - 5 = -3 weber
Δt = t2 - t1 = 2 - 0 = 2 detik
d.demf = -N * ΔΦ/Δt
d.demf = -300 * (-3)/2
d.demf = 450 volt
Contoh Soal 2
Sebuah kumparan memiliki 1000 lilitan dan menghasilkan fluks magnetik awal sebesar 50 weber. Medan magnet yang melewati kumparan dan menembus 10 lilitan setiap saat tetap konstan pada besaran 0,1 T. Tentukan besar d.demf pada kumparan setelah 10 detik.
Jawab:
- Diketahui:
- jumlah lilitan (N) = 1000
- fluks magnetik awal (Φ1) = 50 weber
- medan magnet (B) = 0,1 T
- perubahan waktu (Δt) = 10 detik
- jumlah lilitan (n) = 10
- Dicari: besar d.demf pada kumparan
- d.demf = ?
- Langkah penyelesaian:
- Menghitung besarnya fluks magnetik akhir (Φ2)
- Menghitung besarnya perubahan fluks magnetik (ΔΦ)
- Menentukan besarnya d.demf pada kumparan
- Jawaban:
- Besar d.demf pada kumparan tersebut adalah sebesar 0 volt.
Φ2 = B.nA = B.N.L
Φ2 = (0,1)(10)(5x10^-2)(1000)
Φ2 = 50 weber
ΔΦ = Φ2 - Φ1 = 50 - 50 = 0 weber
d.demf = -N * ΔΦ/Δt
d.demf = 0 volt
Contoh Soal 3
Sebuah kumparan terdiri atas dua lilitan yang terhubung pada sebuah resistor. Fluks magnetik pada kumparan tersebut dapat dinyatakan dengan persamaan Φ = 0,05t weber dan medan magnet sebesar 0,1 T. Tentukan besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut pada saat t = 10 detik.
Jawab:
- Diketahui:
- fluks magnetik (Φ) = 0,05t weber
- medan magnet (B) = 0,1 T
- waktu (t) = 10 detik
- jumlah lilitan (N) = 2
- hambatan (R) = 10 ohm
- Dicari: besar arus listrik pada rangkaian
- I = ?
- Langkah penyelesaian:
- Menghitung besar fluks magnetik pada saat t = 10 detik (Φ10)
- Menghitung besar d.demf pada saat t = 10 detik
- Menghitung besar arus listrik (I)
- Jawaban:
- Besar arus listrik pada rangkaian tersebut pada saat t = 10 detik adalah sebesar 0,01 A.
Φ10 = 0,05(10) = 0,5 weber
d.demf = -N dΦ/dt
d.demf = -2 (0,05)
d.demf = -0,1 volt
I = d.demf/R
I = (-0,1)/10
I = -0,01 A
Karena arah arus yang dihasilkan berlawanan dengan arah yang ditunjukkan, maka I dianggap bernilai positif.
Keyword Turunan Hukum Faraday
- Hukum Lenz
- Induksi Elektromagnetik
- Generator Elektrik
- Transformator
- Kumparan Induktor
- Bunyi Hukum Faraday
- Rangkaian Listrik
- Medan Magnet
Hukum Faraday dan Prinsip Dasar Elektromagnetik
Hukum Faraday merupakan salah satu konsep penting di dalam dunia fisika, terutama pada bidang elektromagnetik. Konsep ini dinamakan setelah penemuannya oleh seorang ahli fisika bernama Michael Faraday.
Secara umum, hukum Faraday mengenai hubungan antara medan listrik dan medan magnet yang terbentuk. Konsep ini merupakan prinsip dasar dari banyak perangkat teknologi modern, seperti transformator, generator, dan motor listrik.
Definisi Hukum Faraday
Hukum Faraday dapat didefinisikan sebagai:
- Setiap perubahan medan magnet yang melintasi kawat konduktor akan menghasilkan arus listrik di dalamnya.
- Setiap perubahan medan listrik yang melintasi kawat konduktor akan menghasilkan medan magnet pada sekitar kawat tersebut.
Dari definisi di atas, dapat dilihat bahwa hukum Faraday merujuk pada hubungan antara medan listrik dan medan magnet yang saling mempengaruhi satu sama lain.
Bunyi Hukum Faraday
Bunyi hukum Faraday dapat dirumuskan sebagai berikut:
"Perubahan fluks medan listrik pada kawat konduktor melintang akan menghasilkan arus listrik pada kawat tersebut."
Bunyi hukum Faraday menyatakan bahwa medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet yang juga berubah, sehingga menghasilkan arus listrik di dalam kawat konduktor tersebut.
Prinsip Elektromagnetik
Prinsip dasar dari hukum Faraday adalah prinsip elektromagnetik. Prinsip ini menyatakan bahwa ada hubungan langsung antara medan listrik dan medan magnet, dan bahwa keduanya dapat berubah dan saling mempengaruhi.
Dalam prinsip elektromagnetik, perubahan medan magnet selalu diikuti oleh perubahan medan listrik yang sebanding, dan sebaliknya. Hal ini terjadi karena adanya perubahan fluks medan magnetik yang melintasi kawat konduktor, yang pada gilirannya menghasilkan arus listrik dalam kawat tersebut.
Contoh Soal Hukum Faraday
Berikut ini adalah beberapa contoh soal yang dapat digunakan untuk menguji pemahaman seseorang mengenai hukum Faraday:
- Jika medan magnet yang melintasi kawat konduktor berubah dari 5 Tesla menjadi 7 Tesla dalam waktu 10 detik, berapakah besar arus listrik yang dihasilkan dalam kawat tersebut?
- Jika sebuah kawat konduktor yang terdiri dari 5 lilitan digunakan untuk memindahkan energi listrik dari sumber AC, dan fluks medan magnetik pada kawat tersebut berubah dari 0,01 weber menjadi 0,05 weber selama 0,05 detik, berapakah besar arus listrik yang dihasilkan dalam kawat tersebut?
- Sebuah coil dengan 100 lilitan memiliki fluks medan magnetik awal sebesar 0,1 weber. Kemudian, medan magnet yang melintasi coil tersebut berubah dan menghasilkan fluks medan magnetik sebesar 0,2 weber. Berapakah besar arus listrik yang dihasilkan dalam coil tersebut?
Contoh soal di atas merupakan contoh pengaplikasian hukum Faraday dalam perhitungan arus listrik yang dihasilkan oleh sebuah kawat konduktor. Dalam menghitung arus listrik yang dihasilkan, perlu diketahui fluks medan magnetik awal dan akhir, beserta waktu yang dibutuhkan untuk terjadinya perubahan fluks tersebut.
Kesimpulan
Hukum Faraday merupakan konsep dasar pada bidang elektromagnetik. Konsep ini menggambarkan hubungan antara medan listrik dan medan magnet, yang saling mempengaruhi satu sama lain. Prinsip dasar dari hukum Faraday adalah prinsip elektromagnetik, yang menyatakan bahwa perubahan medan magnet selalu diikuti oleh perubahan medan listrik yang sebanding, dan sebaliknya. Dalam menghitung arus listrik yang dihasilkan, perlu diketahui fluks medan magnetik awal dan akhir, beserta waktu yang dibutuhkan untuk terjadinya perubahan fluks tersebut. Pemahaman yang baik mengenai hukum Faraday dan prinsip dasar elektromagnetik dapat digunakan untuk mengembangkan berbagai perangkat teknologi modern, seperti transformator, generator, dan motor listrik.