Induktansi Diri dan Hukum Lenz

Bagaimana memahami konsep induktansi diri dan hukum Lenz? Sangat umum ketika gaya gerak listrik (ggl) dinyatakan dalam istilah arus listrik dalam suatu rangkaian daripada dinyatakan dalam perubahan fluks magnetik. Jika tidak ada bahan yang menghasilkan medan magnetik, sebuah bahan dapat menghasilkan medan magnetik dengan cara mengalirkan arus listrik sehingga menimbulkan fluks magnetik terhadap kumparannya sendiri. Bayangkan kita meninjau sebuah solenoida yang panjangnya L dialiri dengan arus i yang berubah terhadap waktu. Mengapa arus ini harus berubah? Hal ini tentunya agar menimbulkan medan magnetik yang berubah ketika menembus luas penampang solenoida sehingga menimbulkan fluks magnetik yang berubah. Pada akhirnya solenoida tersebut akan menghasilkan ggl induksi akibat perubahan arus pada solenoida itu sendiri. Gaya gerak yang ditimbulkan ini dinamakan ggl induksi diri. Persamaan ggl ini akan diturunkan dari persamaan dasar mengenai ggl yaitu dengan meninjau ggl pada solenoida.

Dengan mengganti B menggunakan medan magnetik yang menembus luas penampang kumparan solenoida akan diperoleh persamaan

Dari persamaan di atas kita mendapatkan sebuah besaran baru yang bergantung ukurann geometris dari kumparan yaitu induktansi (L) yang bersatuan Henry (H).

Dengan A luas penampang kumparan (m.m), N jumlah lilitan kumparan, dan l menunjukkan panjang kumparan solenoida (m) serta miu nol menunjukkan permeabilitas magnetik bahan.

Kaji-1: Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 500 mH. Dalam 10 ms dalam kumparan terjadi perubahan arus listrik dari 40 mA menjadi 100 mA. Tentukanlah ggl yang muncul dalam kumparan tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Ggl yang timbul dalam kumparan adalah


Latih-1: Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 200 mH. Dalam 0.01s dalam kumparan terjadi perubahan arus listrik dari 100 mA menjadi 20 mA. Tentukanlah ggl yang muncul dalam kumparan tersebut!

Kaji-2: Kuat arus listrik pada suatu rangkaian tiba-tiba turun dari 10A menjadi 2A dalam waktu 100 ms. Selama peristiwa itu mucul tegangan induksi dalam kumparan sebesar 32 Volt. Tentukalah induktansi yang ada dalam rangkaian tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Induktansi diri dalam kumparan adalah


Latih-2: Kuat arus listrik pada suatu rangkaian tiba-tiba turun dari 4A menjadi 16A dalam waktu 24 ms. Selama peristiwa itu mucul tegangan induksi dalam kumparan sebesar 40 Volt. Tentukalah induktansi yang ada dalam rangkaian tersebut!

Kaji-3: Sebuah solenoida berisikan udara memiliki lilitan sebanyak 100 lilitan dengan luas penampang 10 cm persegi. Jika panjang solenoida 1m, tentukanlah induktansi diri pada kumparan tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Induktansi diri pada kumparan adalah


Latih 3: Sebuah solenoida berisikan udara memiliki lilitan sebanyak 1000 lilitan dengan luas penampang 40 cm persegi. Jika panjang solenoida 2m, tentukanlah induktansi diri pada kumparan tersebut!

Hukum Lenz
Berbicara hukum Lenz merupakan hukum kekekalan energi dalam sistem magnetik. Konsep dasarnya adalah bahwa energi adalah kekal yaitu hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Perhatikan gambar simpal kumparan di bawah yang didekati oleh magnet batang.

Sebuah kumparan berbentuk lingkaran didekati oleh magnet batang kutub utara. Semakin magnet batang mendekati kumparan maka semakin banyak garis medan magnetik yang menembus kumparan. Ini menjadikan energi dalam kumparan menjadi meningkat dibandingkan sebelum magnet belum digerakan mendekati. Menurut hukum kekekalan energi, tidak mungkin energi terus menerus meningkat sehingga pada saat yang akan ada medan magnet yang melawan perubahan energi ini atau menginginkan energi tidak bertambah tetapi sesuai dengan kondisi awal. Medan magnet ini dihasilkan oleh arus induksi yang timbul pada saat yang sama ketika magnet digerakkan.

Kaji-1: Perhatikanlah gambar di bawah ini. Sebuah kumparan lingkaran berada dalam medan magnet homogen yang mengarah menembus menjauhi pembaca. Ketika luasan kumpatan diperkecil kamanakah arah arus induksi yang mengalir dalam kumparan? Jelaskan

Jawab:

Perhatikanlah gambar satu adalah gambar kumparan sebelum luasannya belum mengecil, dan gambar dua ketika luasannya sedang mengecil. Ketika luasan mulai mengecil maka fluks magnetiknya akan berkurang. Oleh karena itu perubahan fluks magnetik ini akan menimbulkan fluks magnetik baru yang menginginkan fluks magnetik tetap. Fluks magnetik baru ini digambarkan dengan warna merah yang akan menimbilkan arus induksi searah jarum jam pada saat kumpran sedang mengecil.

Latih-1: Perhatikanlah gambar satu di atas. Ketika luasan kumpatan dipebesar kamanakah arah arus induksi yang mengalir dalam kumparan? Jelaskan

Kaji-2: Perhatikanlah gambar di bawah ini. Sebuah kumparan persegi berada disekitar medan magnet kawat berarus yang arusnya semakin membesar setiap saat. Bagaimanakah perubahan fluks magnetik dalam kumparan persegi dan kemanakah arah arus induksinya? Jelaskan.

Jawab:

Gambar satu menunjukkan keadaan dimana arus pada kawat lurus belum membesar. Pada saat arus diperbesar setiap saat medan magnet yang menembus kumparan persegi semakin banyak, akibatnya akan ada arus induksi yang menimbulkan medan magnet baru yang meninginkan medan magnet yang menembus kumparan tidak berubah. Sehingga arus induksi ini harus bergerak berlawanan putaran jarum jam.

Latih2: Perhatikanlah gambar satu di atas. Sebuah kumparan persegi berada disekitar medan magnet kawat berarus yang arusnya semakin membesar setiap saat. Jika arah arus pada kawat kebawah, bagaimanakah perubahan fluks magnetik dalam kumparan persegi dan kemanakah arah arus induksinya? Jelaskan.