Hukum Faraday

Hukum Faraday merupakan pernyataan yang dikemukakan oleh Michael Faraday tentang analisa pada induksi magnet yang terjadi disekitar kawat berarus listrik dan sebaliknya pengaruh induksi magnetik pada kawat berarus listrik.

Humkum Faraday

Michael Faraday adalah seorang ahli fisika berkebangsaan Inggris. Secara eksperimen Faraday menemukan bahwa beda potensial dapat dihasilkan pada ujung-ujung penghantar atau kumparan dengan memberikan perubahan fluks magnetik. Hasil eksperimennya dirumuskan sebagai berikut.

“Ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung suatu penghantar atau kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar atau kumparan tersebut”

Dari rumusan di atas dapat dituliskan menjadi persamaan seperti di bawah. Pembandingnya adalah jumlah lilitannya.

dengan :

â = ggl induksi (volt)
N = jumlah lilitan
= laju perubahan fluks magnetik

Tanda negatif pada persamaan diatas sesuai dengan Hukum Lenz. Dengan bahasa yang sederhana hukum Lenz dirumuskan: Ggl Induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetiknya berlawanan dengan sumber perubahan fluks magnetik.

Hukum Faraday memperkenalkan suatu besaran yang dinamakan fluks magnetik. Fluks magnetik ini menyatakan jumlah garis-garis gaya magnetik. Berkaitan dengan besaran ini, kuat medan magnet didefinisikan sebagai kerapatan garis-garis gaya magnet. Dari kedua definisi ini dapat dirumuskan hubungan sebagai berikut.

φ = B A cos θ

dengan :

φ = fluks magnetik (weber atau Wb)
B = induksi magnetik (Wb/m2)
A = luas penampang (m2)
θ = sudut antara iduksi magnet dengan normal bidang

Dari persamaan diatas dapat diamati bahwa perubahan fluks magnet dapat terjadi tiga kemungkinan. Pertama terjadi karena perubahan medan magnet B. Kedua, terjadi karena perubahan luas penampang yang dilalui, contohnya kawat yang bergerak dalam medan magnet. Ketiga, terjadi karena perubahan sudut θ, contohnya kumparan yang berputar : generator. Perhatikan penjelasan perubahanperubahan tersebut pada penjelasan berikut.

1. Penghantar Bergerak Dalam Medan Magnet

Jika penghantar bergerak dengan kecepatan v maka akan timbul gaya Lenz yang arahnya berlawanan sesuai dengan Hukum Lenz.

Penghantar bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B dapat digambarkan seperti pada gambar diatas. Pada saat bergerak maka penghantar akan menyapu luasan yang terus berubah. Karena perubahan luas inilah maka ujung-ujung penghantar AB itu akan timbul beda potensial. Besarnya sesuai dengan hukum Faraday dan dapat diturunkan seperti berikut.

ε = B l v sin θ

dengan :

ε = ggl induksi (volt)
B = induksi magnet (Wb/m2)
l = panjang penghantar
v = kecepatan gerak penghantar (m/s)
θ = sudut antara θ dan v.

Arah arus yang ditimbulkan oleh beda potensial ini dapat menggunakan kaedah tangan kanan seperti pada gambar diatas. Ibu jari sebagai arah arus induksi I, empat jari lain sebagai arah B dan telapak sebagai arah gaya Lorentz yang berlawanan arah dengan arah kecepatan penghantar.

2. Perubahan Medan Magnet

Perubahan fluks yang kedua dapat terjadi karena perubahan medan magnet. Contoh perubahan induksi magnet ini adalah menggerakkan batang magnet di sekitar kumparan.

Sebuah batang magnet didekatkan pada kumparan dengan kutub utara terlebih dahulu. Pada saat ini ujung kumparan akan timbul perubahan medan magnet yang berasal dari batang magnet (medan magnet sumber). Medan  magnetnya bertambah karena pada kutub utara garis-garis gaya magnetnya keluar berarti fluks magnet pada kumparan bertambah.

Sesuai dengan hukum Lenz maka akan timbul induksi magnet (B induksi) yang menentang sumber. Arah B induksi ini dapat digunakan untuk menentukan arah arus induksi yaitu dengan menggunakan kaedah tangan kanan.

Arus induksi karena perubahan medan magnet

Timbulnya arus pada kumparan ini dapat ditunjukan dari galvanometer yang dihubungkan dengan kumparan. Arus induksi ini timbul untuk menimbulkan induksi magnet (Binduksi). Arah arus induksi sesuai kaedah tangan kanan, pada gambar diatas terlihat arus mengalir dari titik A ke titik B.

3. Generator

Generator adalah alat yang dapat merubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip yang digunakan adalah perubahan sudut berdasarkan hukum Faraday sehingga terjadi perubahan fluks magnetik. Perubahan sudut ini dirancang dengan cara memutar kumparan pada generator.

Model generator, Kumparan diputar disekitar medan magnet

Pada ujung-ujung kumparan yang berputar diantara dua kutub magnet inilah akan timbul beda potensial. Sehingga dapat digunakan sebagai sumber tegangan dan hasilnya adalah sumber tegangan bolak-balik. Besar ggl induksinya dapat ditentukan dari hukum Faraday.

ε = -NBAω (-Sin ωt)              ε = -NBAω Sin ωt

Dari hubungan ini dapat diperoleh :

ε = ε_maks sin ωt

ε_maks = N B A ω

dengan :

ε = ggl induksi (volt)
N = jumlah lilitan
B = induksi magnet (Wb/m2)
A = luas kumparan (m2)
ω = kecepatan sudut p (rad/s)