Hukum Faraday

Penulis : Rafi Alif Fadilla, Mahasiswa FMIPA UI Jurusan Fisika

GGL Induksi

Untuk mengetahui lebih jauh tentang hukum faraday, ada baiknya kita mengetahui definisi dari beberapa hal yang menyusun hukum tersebut. Pertama kita akan membahas tentang gaya gerak listrik induksi (GGL Induksi).

GGL Induksi adalah suatu beda potensial yang timbul pada ujung ujung kumparan karena perubahan jumlah garis gaya. GGL Induksi nantinya akan menghasilkan sebuah arus yaitu arus listrik induksi yang timbul akibat gaya gerak listrik induksi.

Induksi sendiri secara harfiah bisa dikatakan sebagai stimulan, berarti dalam kasus gaya gerak listrik induksi ada suatu hal menstimulus agar terjadinya gaya gerak listrik induksi. Hal yang menstimulus agar terjadinya gaya gerak listrik induksi adalah biasanya pergerakan magnet.

Contoh paling gampang gaya gerak listrik konduksi adalah ketika kita mempunyai sepotong magnet lalu kita beri stimulus dengan cara mendekatinya kepada kumparan kawat, (atau bisa juga dengan cara) lain maka akan menghasilkan gaya gerak listrik. Kenapa pada hal ini bisa menimbulkan arus listrik? karena pada peristiwa ini juga terjadi perubahan flux magnetik.

Flux magnet adalah nilai besaran medan magnet yang melewati suatu permukaan tertentu. simbol flux magnet adalah Φb. Flux magnet mempunyai perumusan sendiri yaitu:

Φb = B.A

Jika flux magnet tidak tegak lurus terhadap permukaan atau membentuk sebuah sudut, maka rumusnya:

Φb = B.A.cosθ

keterangan:

Φb = flux magnet (Wb)

B = medan magnet (T)

A = luas permukaan (m²)

θ = sudut yang dibentuk

Gambar 1, ilustrasi proses yang mengakibatkan gaya gerak listrik induksi

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

• Hukum Ohm
• Listrik Statis
• Rangkaian Listrik

Pengertian Hukum Faraday

Michael Faraday, sumber britannica

Ilmuwan fisika asal inggris Michael Faraday (1791-1867) mengeluarkan sebuah hukum yang menyatakan bahwa, “gaya gerak listrik terjadi ketika flux magnet yang masuk pada sebuah kumparan penghantar mengalami perubahan flux magnet, arus yang terjadi dalam peristiwa tersebut disebut arus induksi.”

Setelah mengetahui hukum faraday yang berkaitan dengan gaya gerak listrik, maka selanjutnya kita akan membahas lebih dalam mengenai hukum faraday 1 dan 2.

Hukum Faraday 1

Untuk hukum faraday 1 dan 2, kita lebih mengarah membahas kepada aspek kimiawi yang dimana hukum faraday lebih banyak digunakan untuk sel elektrolisis, hukum pertama ini berbunyi “massa zat yang berasal atau yang dikeluarkan dari sebuah elektroda selama terjadinya proses elektrolisis itu berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang dikenai pada elektroda” dari definisi yang panjang ini, kita bisa menyingkat bunyi hukum faraday agar lebih gampang berarti pada hukum 1 faraday ini massa zat besarnya berbanding lurus dengan muatan listrik.

Rumus Hukum Faraday 1

Berdasarkan definisi, maka hukum faraday 1 mempunyai rumus yaitu:

Keterangan:

m = massa yang dihasilkan oleh elektrolisis (gram)

i = kuat arus listrik (A)

t = waktu elektrolisis (sekon)

F = jumlah listrik faraday = mol electron

e = berat ekuivalen

Hukum Faraday 2

Untuk hukum kedua faraday secara umum menyatakan bahwa “jika jumlah muatan listrik yang diberikan pada beberapa elektroda yaitu besarnya sama maka massa zat yang dikeluarkan pada elektroda tersebut berbanding lurus dengan berat ekuivalen suatu unsur” dari definisi yang panjang ini kita bisa menyingkat bunyi hukum kedua faraday tanpa mengubah maknanya, berarti hukum kedua ini maksudnya dalah massa ekuivalen yang disimpan pada sel elektroda akan berbanding lurus dengan muatan listik yang dialiri pada sel.

Rumus Hukum Faraday 2

Berdasarkan definisi, maka hukum faraday 2 mempunyai rumus yaitu:

Keterangan:

m1 = massa yang dihasilkan oleh elektrolisis (gram) pada kondisi pertama

m2 = massa yang dihasilkan oleh elektrolisis (gram) pada kondisi kedua

e = berat ekuivalen pertama

e = berat ekuivalen kedua

Rumus GGL Induksi Hukum Faraday

Besar GGL induksi dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

ɛ = GGL Induksi (volt)

N = jumlah lilitan kawat

Φ = flux magnet (Wb)

t = waktu (s)

Dengan catatan, pada rumus terdapat simbol Δ yang berarti selisih, maksudnya sebagai contoh ΔΦ adalah selisih flux magnet akhir dikurangi dengan flux magnet awal dan Δt adalah selisih waktu akhir dikurangi dengan waktu awal

GGL Induksi terbagi lagi menjadi dua yaitu berdasarkan luas bidang dan berdasarkan perubahan sudut:

1. Perubahan Luas Bidang Kumparan

Besar GGL induksi akibat perubahan luas bidang kumparan dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

ɛ = B.l.v

Keterangan:

B = Kuat medang magnet (Wb/m²)

l = Panjang hantaran arus (m)

v = kecepatan (m/s)

2. perubahan sudut

Besar GGL Induksi akibat perubahan sudut dirumuskan dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:

ɛ = N.B.A.ω

Besar Gaya gerak listrik induksi dipengaruhi oleh beberapa faktor yang perlu kita ingat, yaitu:

1. kecepatan perubahan jumlah garis gaya

2. jumlah lilitan yang ada pada kumparan

3. besar kekuatan magnet yang diberikan

4. ada atau tidaknya inti besi pada kumparan

Keterangan:

ω = kecepatan sudut (rad/s)

N = jumlah lilitan kawat

B = Kuat medang magnet (Wb/m²)

A = Luas bidang penampang (m²)

Induktansi Diri

Singkatnya induktansi diri adalah induksi tegangan dalam arus dalam kabel pada saat arus pada kabel tersebut berubah. induktansi diri dapat terjadi pada 3 tempat yaitu pada kumparan, pada solenoida dan pada transformator

1. pada kumparan

Rumus induktansi diri pada kumparan adalah:

Namun pada beberapa kasus persoalan induktansi diri pada kumparan, sering kali yang ditanyakan adalah nilai dari gaya gerak listriknya, maka untuk itu rumusnya adalah:

2. pada solenoida

Solenoida adalah kumparan kawat berarus listrik yang dibuat memanjang, seperti pegas atau per, rumus induktansi diri pada solenoida adalah:

L = μo.N².A/i

3. pada transformator

Transformator adalah suatu alat yang berfungsi untuk memindahkan energi listrik dari satu rangkaian ke rangkaian yang lainnya yang menggunakan prinsip induksi faraday/induksi elektromagnetik sebagai prinsip kerjanya. pada transformator juga terjadi induktansi diri, rumusnya adalah:

L = μo.N1.N2.A/i

Keterangan:

ɛ = GGL Induksi (volt)

L = induktansi diri (henry)

i = kuat arus listrik (A)

N = jumlah lilitan kawat

t = waktu (s)

μo = permeabilitas udara (4π x 10^-7)

Penerapan Hukum Faraday

1. Generator

Suatu alat yang mengubah energi mekanik mejadi energi listrik dengan prinsip induksi elektromagnetik hasil temuan Michael faraday. generator memiliki 2 bagian penting, yaitu:

• Stator : Merupakan bagian yang permanen dalam generator. pada umumnya berupa magnet yang sangat kuat
• Rotor : Merupakan bagian yang berputar, pada umumnya terdiri dari kumparan kawat dan cincin lentur.

2. Transformator

Alat yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik arus AC atau yang biasa dikenal dengan arus bolak-balik. hubungan antara tegangan dengan jumlah lilitan dalam transformator dinyatakan dengan sebuah rumus yaitu:

Vp/Vs = Np/Ns

Daya pada transformator dirumuskan dengan:

Pp/Ps = Vp.Ip/Vs.Is

gambar 3, transformator (sumber: tambangilmu.com)

Keterangan:

Vp = tegangan primer (volt)

Vs = tegangan sekunder (volt)

Np = jumlah lilitan pada rangkaian primer

Ns = jumlah lilitan pada rangkaian sekunder

Pp = daya primer (watt)

Ps = daya sekunder (watt)

Ip = kuat arus listrik primer (ampere)

Is = kuat arus listrik sekunder (ampere)

efisiensi pada transformator dirumuskan dengan:

η = Ws/Wp . 100% atau η = Ps / Pp . 100%

Keterangan:

Ws = usaha yang dilakukan pada rangkaian sekunder (joule)

Wp = usaha yang dilakukan pada rangkaian primer (joule)

η = efisiensi

Pp = daya primer (watt)

Ps = daya sekunder (watt)

3. induktor

Induktor adalah suatu komponen elektronika atau lebih dikenal dengan nama lain coil. komponen ini adalah sebuah kumparan yang tersusun atas lilitan-lilitan kawat yang dapat menghantarkan arus listrik. jika sudah dialiri arus listrik maka induktor juga dapat menimbulkan medan magnet, selanjutnya medan magnet yang ditimbulkan dapat berguna sebagai penyimpanan energi dan ini adalah fungsi utama induktor.

4. Transmisi daya listrik jarak jauh

merupakan proses penyaluran daya listrik ke tempat tujuan tertentu dengan jarak yang jauh dari pusat pembangkit listrik.

Contoh soal latihan

1. Pada sebuah benda berbentuk lingkaran yang mempunyai diameter 10 meter dialiri medan magnet sebesar 24 T. Berapa besar flux magnet pada benda tersebut?

jawab:

rumus flux magnet Φ = b.a

Φ = 24.π.10

Φ = 240π Wb

2. kakak mempunyai seperangkat alat elektronik yang didalamnya ada kumparan dengan 150 lilitan kawat, setelah diukur, kumparan tersebut mempunyai induktansi diri sebesar 7,5 Henry. jika flux magnet kumparan tersebut adalah 30 Wb, berapa besar arus listrik yang mengalir alat tersebut?

jawab:

diketahui: L = 7,5 Henry

N = 150

Φ = 30 Wb

menggunakan rumus induktansi,

7,5 = 150.30 / i

I = 150.30 / 7,5 = 600 Ampere

3. berapa nilai efisiensi sebuah transformator jika usaha sekundernya ½ dari usaha primer?

jawab:

diketahui: Ws = ½ Wp

η = Ws/Wp . 100%

η = ½ Wp / Wp . 100% = 50 %

4. berapa gram magnesium yang terbentuk pada katode jika pada proses elektrolisis ada arus listrik sebesar 5 A yang dialiri oleh larutan Mg(OH)₂ selama 2 menit? (Ar Mg = 24)

jawab:

diketahui: i = 5 A

t = 2 menit = 120 detik

menggunakan rumus hukum 1 faraday. m = e.i.t / 96500

cari e dulu, e = Ar / jml elektron, karena jumlah elektron Mg pada Mg(OH)₂ ada 2,

maka e = 24/2 = 12. masukkan ke rumus m = e.i.t / 96500

m = 12.5.120 / 96500 = 0.074 gram

Pertanyaan Umum

Daftar Pustaka

1. https://www.softschools.com/formulas/physics/induced_electromotive_force_formula/531/ (ggl induksi)

2. https://byjus.com/physics/magnetic-flux/ (flux magnet)

3. https://www.electrical4u.com/faraday-law-of-electromagnetic-induction/ (hukum faraday dan aplikasinya)

4. https://sciencing.com/what-solenoid-4902174.html (solenoida)

5. https://www.electronics-tutorials.ws/(transformator)

6. https://www.electronics-tutorials.ws/inductor/inductor.html (induktor)

7. https://chem.libretexts.org/ (hukum faraday)

Baca juga

• Hukum kirchoff
• Gaya gesek
• Listrik statis