Jumat, 25 Mei 2018

Pembahasan Fisika UN: Induksi Elektromagnetik

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) SMA-IPA bidang studi Fisika dengan materi pembahasan Induksi Elektromagnetik yang meliputi:
  • induksi elektromagnetik pada kumparan, 
  • induksi elektromagnetik pada generator, 
  • induksi elektromagnetik pada kawat yang bergerak dalam medan magnet, serta 
  • arah arus induksi.

Soal Induksi Elektromagnetik UN 2014

Di antara faktor-faktor berikut:
  1. jumlah lilitan kumparan
  2. laju perubahan fluks magnet
  3. hambatan luar.
Yang memengaruhi GGL induksi pada kumparan adalah ….A.   (1) dan (3)
B.   (1) dan (2)
C.   (2) saja
D.   (2) dan (3)
E.   (3) saja

Pembahasan

GGL induksi dalam suatu kumparan dirumuskan sebagai:
Rumus GGL induksi pada kumparan, perubahan fluks magnet

Berdasarkan rumus di atas, GGL induksi dalam suatu kumparan dipengaruhi oleh:
  • jumlah lilitan (N)
  • laju perubahan fluks magnet (dΦ/dt).
Jadi, yang memengaruhi GGL induksi pada kumparan adalah pernyataan 1 dan 2 (B).

Soal Induksi Elektromagnetik UN 2015

Kumparan kawat luasnya A terdiri dari N lilitan. Kumparan tersebut berputar dengan kecepatan sudut ω dalam medan magnet homogen yang rapat fluks magnetnya B sehingga menghasilkan GGL induksi maksimum ε. Apabila ingin memperbesar GGL maksimum menjadi 6 kali semula maka ….A.   kecepatan sudut diperbesar 2 kali dan luas penampang diperbesar 3 kali
B.   lilitan diperbanyak 3 kali dan kecepatan sudutnya diperbesar 3 kali
C.   luas kumparan dan kecepatan sudutnya diperbesar 2 kali
D.   luas kumparan diperkecil 1/3 kali dan kecepatan sudutnya diperbesar 4 kali
E.   jumlah lilitan dan luas kumparan diperkecil 1/6 kali.

Pembahasan

Soal di atas adalah induksi elektromagnetik yang terjadi pada generator. GGL pada generator dirumuskan sebagai:
ε = NBAω sin ⁡ωt
GGL maksimum terjadi saat sin⁡ ωt = 1 sehingga diperoleh:
εm = NBAω
dengan
εm : GGL maksimum
N  : banyaknya lilitan
B  : kuat medan magnet
A  : luas kumparan
ω  : kecepatan sudut
Berdasarkan rumus di atas dapat disimpulkan bahwa GGL maksimum berbanding lurus dengan jumlah lilitan, kuat medan magnet, luas kumparan, dan kecepatan sudut.
Artinya, jika ingin memperbesar GGL maksimum menjadi 6 kali maka perkalian antara N, B, A, atau ω juga harus menghasilkan 6.
Sekilas tampak bahwa dari 5 opsi jawaban, yang hasil perkaliannya sama dengan 6 adalah opsi A.
Mari kita cek satu per satu!
A.   εm' = N∙B∙3A∙2ω
            = 6NBAω
            = 6εm
B.   εm' = 3N∙B∙A∙3ω
            = 9NBAω
            = 9εm
C.   εm' = N∙B∙2A∙2ω
             = 4NBAω
             = 4εm
D.   εm' = N∙B∙1/3 A∙4ω
             = 4/3 NBAω
             = 4/3 εm
E.   εm' = 1/6 N∙B∙1/6 A∙ω
            = 1/36 NBAω
            = 1/36 εm
Jadi, agar GGL maksimum menjadi 6 kali semula maka kecepatan sudut diperbesar 2 kali dan luas penampang diperbesar 3 kali (A).

Soal Induksi Elektromagnetik UN 2013

Sebuah kumparan menembus medan magnet homogen secara tegak lurus sehingga terjadi GGL induksi. Jika kumparan diganti dengan kumparan lain yang mempunyai lilitan 2 kali jumlah lilitan kumparan semula dan laju perubahan fluksnya tetap maka perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir adalah ….A.   1 : 1
B.   1 : 2
C.   2 : 1
D.   3 : 1
E.   3 : 2

Pembahasan

GGL induksi yang terjadi pada suatu kumparan dirumuskan:
Rumus gaya gerak listrik induksi yang terjadi pada kumparan

Karena laju perubahan fluksnya tetap, maka besar GGL induksi hanya bergantung pada jumlah lilitan.
Hubungan GGL induksi dengan jumlah lilitan pada perubahan fluks tetap

Indeks (1) adalah keadaan awal dan indeks (2) adalah keadaan akhir.
Diketahui pada soal bahwa:
N2 = 2N1
Sehingga diperoleh:
Perbandingan GGL awal dan akhir dengan jumlah lilitan dijadikan dua kali dan perubahan fluks tetap

Jadi, perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir adalah 1 : 2 (B).

Soal Induksi Elektromagnetik UN 2010

Kawat konduktor l ditata sedemikian rupa dan dihubungkan pada galvanometer (G). Kemudian kawat digerakkan sepanjang medan magnet homogen B secara tegak lurus seperti pada gambar di bawah ini.
GGL induksi pada kawat yang bergerak dalam medan magnet, kawat konduktor l ditata sedemikian rupa

Jika kawat konduktor digerakkan dengan kelajuan v maka gaya gerak listrik pada kawat akan bertambah besar bila ….A.   B dibuat tetap dan v dibuat tetap
B.   B diperkecil dan v diperbesar
C.   B dibuat tetap dan v diperkecil
D.   B dan v diperkecil
E.   B dan v diperbesar

Pembahasan

Kawat konduktor yang digerakkan tegak lurus dalam medan magnet akan menimbulkan GGL induksi yang besarnya:
ε = −Blv
Berdasarkan rumus di atas, GGL induksi yang dihasilkan berbanding lurus dengan kuat medan magnet, panjang kawat, dan kecepatan gerak kawat. Namun, berdasarkan gambar, tidak mungkin memperpanjang atau memperpendek kawat.
Dengan demikian, agar GGL induksi yang dihasilkan bertambah besar maka dilakukan penambahan besaran medan magnet B, kecepatan gerak kawat v, atau keduanya.
Jadi, sesuai opsi jawaban yang ada, gaya gerak listrik pada kawat akan bertambah besar bila B dan v diperbesar (E).

Soal Induksi Elektromagnetik UN 2011

Perhatikan gambar berikut ini!
Arus induksi timbul karena magnet bergerak mendekati dan menjauhi kumparan

Agar arah arus induksi di hambatan R dari A ke B maka magnet harus digerakkan ….
A.   mendekati kumparan
B.   menjauhi kumparan
C.   arah ke atas
D.   arah ke bawah
E.   diputar perlahan-lahan

Pembahasan

Gambar di atas adalah ilustrasi percobaan Faraday. Ketika magnet digerakkan mendekati kumparan maka di dalam kumparan terjadi perubahan induksi magnet dari yang semula tidak ada menjadi ada. Perubahan induksi magnet ini menyebabkan timbulnya arus induksi yang mengalir pada kumparan.
Penentuan arah arus induksi yang timbul karena magnet bergerak mendekati kumparan

Arus induksi pada kumparan akan menimbulkan induksi magnet yang arahnya menentang arah penyebabnya (sesuai hukum Lenz). Sehingga pada kumparan timbul medan magnet dengan kutub utara di sebelah kanan.
Sesuai dengan kaidah tangan kanan pada gambar di atas, arah arus induksi mengalir dari A ke B.
Sebaliknya, jika magnet digerakkan menjauhi kumparan maka pada kumparan timbul medan magnet dengan kutub utara di sebelah kiri dan arus mengalir dari B ke A.
Jadi, agar arah arus induksi di hambatan R dari A ke B maka magnet harus digerakkan mendekati kumparan (A).

Artikel Terkait