Hukum Lenz: Pengertian, Rumus, Soal dan Pembahasan, Serta Definisi Induksi Elektromagnetik

Hukum Lenz – Grameds pasti sudah tahu dong jika dalam kehidupan sehari-hari ini, keberadaan magnet sangat dibutuhkan terutama dalam penggunaan teknologi? Yap, magnet selalu menjadi pelengkap pada teknologi paling mutakhir, salah satunya adalah kulkas. Kulkas alias lemari pendingin itu ternyata juga menggunakan magnet lho, terutama pada bagian pintunya. Itulah mengapa pintu kulkas selalu seperti ada yang menariknya dari dalam. Nah, penggunaan magnet pada pintu kulkas itu adalah penerapan dari proses induksi elektromagnetik yang berkaitan erat dengan ilmu Fisika.

Ilmu Fisika itu tidak melulu menghitung kelapa jatuh atau seberapa cepat ban mobil melaju, tetapi juga tentang daya induksi pada magnet. Dalam hal induksi elektromagnetik ini pasti akan berhubungan dengan Hukum Lenz. Lalu apa sih Hukum Lenz itu? Bagaimana rumus dari Hukum Lenz? Apa pula definisi dari induksi elektromagnetik? Nah, supaya Grameds memahami hal-hal tersebut, yuk simak ulasan berikut ini!

https://pixabay.com/

Daftar Isi

Bagaimana Bunyi Hukum Lenz?

Pada dasarnya, Hukum Lenz adalah salah satu hukum dalam ilmu fisika yang memberikan pernyataan tentang Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi. Yap, Hukum Lenz ini memberikan penjelasan kepada kita semua mengenai bagaimana sih arah arus induksi yang terjadi akibat Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi tersebut. Hukum Lenz biasanya digunakan dalam mesin listrik dinamis pada generator dan motor. Hukum Lenz yang dicetuskan oleh seorang ilmuwan fisika bernama Friedrich Lenz pada tahun 1834 ini menyatakan bahwa:

“Jika Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan)”

Supaya lebih memahami Hukum Lenz ini, coba perhatikan gambar berikut! Pada gambar tersebut akan memperlihatkan arah arus induksi berdasarkan hukum Lenz yakni berupa a) magnet mendekati kumparan; dan b) magnet menjauhi kumparan.

Jadi, ketika kedudukan magnet dan kumparan itu diam, maka tentu saja tidak ada perubahan fluks magnet dalam kumparan tersebut. Perlu diketahui bahwa fluks dalam bidang fisika itu memiliki definisi berupa ‘jumlah besaran (massa atau bahang) yang mengalir melalui luasan tertentu yang tegak lurus terhadap aliran itu per satuan waktu’. Dengan demikian, pada kumparan tersebut akan muncul fluks magnetik dan menantang penambahan fluks magnetik yang telah menembus kumparan.

Maka dari itu, arah fluks induksi haruslah berlawanan dengan fluks magnetik, supaya fluks total yang dilingkupi kumparan akan selalu konstan. Begitu pula ketika magnet dijauhkan dari kumparan, maka akan terjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan itu sendiri. Akibatnya, pada kumparan akan timbul fluks induksi yang menentang pengurangan fluks magnet, sehingga fluks akan selalu memiliki total yang konstan. Arah arus induksi juga dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, yaitu apabila arah ibu jari menyatakan arah induksi magnet, maka arah lipatan jari-jari yang lain akan menyatakan arah arusnya.

Perhatikan kembali gambar berikut ini!

Pada gambar tersebut memperlihatkan apabila magnet digerakkan mendekati kumparan, maka pada kumparan tersebut akan timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi yang justru menyebabkan munculnya arus induksi pada kumparan itu sendiri. Akibatnya, muncul pula medan magnet yang menentang medan magnet tetap, sehingga arah arus dalam kumparan dari B ke A, seperti halnya dengan pernyataan dalam Hukum Lenz.

Nah, untuk lebih memahami bagaimana prinsip kerja dari Hukum Lenz, maka memerlukan dua cara yang berbeda yaitu dengan perlawanan terhadap gerakan kutub dan perlawanan terhadap perubahan fluks. Sedikit trivia saja ya Grameds, dalam uraian sebelumnya selalu menyinggung tentang fluks magnetik. Memang, apa sih fluks magnetik itu? Keberadaan fluks magnetik ini berkaitan dengan jumlah garis medan magnet yang melewati luasan yang telah diketahui sebelumnya. Medan magnet tersebut tetap tegak lurus terhadap luasan yang dibatasi oleh rangkaian sederhana, terutama yang terbuat dari lilitan kawat.

Rumus Hukum Lenz

Sama halnya dengan hukum fisika lainnya, meskipun berkaitan dengan induksi pada magnetik maka tentu saja memiliki rumus tersendiri, yakni:

Contoh Soal dan Pembahasan Hukum Lenz

Contoh Soal 1

Terdapat fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan, berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon saja. Kumparan tersebut terdiri atas 200 lilitan kawat dengan hambatan 4 Ω. Lalu, berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan tersebut?

JAWAB

Diketahui:

Φ1 = 0,5 Wb

Φ2 = 0,1 Wb

N = 200 lilitan

R = 4Ω

Δt = 5 sekon

Ditanya: I … ?

PEMBAHASAN

Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi dihitung menggunakan persamaan:

tanda (-) tersebut menyatakan reaksi atas adanya perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Sehingga akan menghasilkan arus yang mengalir melalui kumparan berupa I = ε/R = 16/4 = 4 A.

Jadi, kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan tersebut adalah 4 A.

Apa Itu Induksi Elektromagnetik?

Pada dasarnya, keberadaan Hukum Lenz ini memang berkaitan dengan proses induksi elektromagnetik. Memang apa sih induksi elektromagnetik itu?

Istilah “elektrik” itu sebenarnya berasal dari kata “elektron”, yang apabila dalam bahasa Yunani menjadi “amber”. Istilah “magnetik” juga berasal dari magnesia, sebuah nama distrik di Yunani yang menjadi tempat ditemukannya magnetik untuk pertama kalinya. Nah, elektromagnetisme ini menjadi nama yang diberikan untuk ilmu gabungan antara listrik dan magnetisme. Sehingga dapat disimpulkan bahwa induksi elektromagnetik ini membahas mengenai dua cara dimana kelistrikan dan kemagnetan akan saling berhubungan, berupa:

Arus listrik menghasilkan medan magnet
Medan magnet mengerahkan gaya pada arus listrik atau muatan listrik yang bergerak (Giancoli, 2014)

Konsep induksi elektromagnetik ini ditemukan oleh Joseph Henry, seorang ilmuwan berkebangsaan Amerika yang kemudian penelitian tersebut diteruskan oleh Michael Faraday, seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris. Faraday kemudian mempublikasikan hasil penelitiannya yang menggunakan eksperimen berupa alat galvanometer, kumparan, dan magnet. Perhatikan gambar percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday untuk meneliti adanya induksi elektromagnetik ini.

Ketika magnet digerakkan dengan arah mendekati atau menjauhi kumparan, jarum pada galvanometer akan bergerak ke kanan atau ke kiri. Sedangkan ketika magnet tidak digerakkan, jarum pada galvanometer juga tidak akan menyimpang ke arah kanan maupun kiri. Atas hal tersebut, Faraday menyimpulkan bahwa medan magnet konstan tidak akan dapat menghasilkan arus, tetapi perubahan medan magnet dapat menghasilkan arus listrik. Nah, arus listrik itulah yang disebut dengan arus induksi.

Berdasarkan percobaan tersebut, ditunjukkan pula bahwa gerakan magnet di dalam kumparan yang menjadi penyebab jarum galvanometer menyimpang. Penyimpangan jarum galvanometer itulah yang memperlihatkan bahwa pada ujung kumparan memang terdapat arus listrik. Peristiwa timbulnya arus listrik tersebut dinamakan sebagai induksi elektromagnetik. Sementara itu, beda potensial yang muncul pada ujung kumparan disebut dengan Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi.

Nah, perhatikan kembali gambar berikut!

Pada gambar tersebut memperlihat bagaimana Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi dapat terjadi. Apabila kutub magnet didekatkan ke arah kumparan, maka jumlah garis gaya yang masuk ke kumparan juga akan semakin banyak. Adanya perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan pada jarum galvanometer. Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan keluar dari kumparan. Namun, arah simpangan jarum galvanometer akan berlawanan dengan penyimpangan semula. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab munculnya Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi adalah perubahan garis gaya magnet yang dilingkupi oleh kumparan.

Sedikit informasi tambahan saja ya Grameds, alat yang dapat mengubah suatu jenis energi (baik itu energi kimia, mekanik, dan cahaya) menjadi energi listrik disebut dengan sumber gaya gerak listrik atau kerap disingkat dengan GGL. Contoh sumber gaya gerak listrik ini adalah baterai, akumulator (aki), dan generator. Baterai dan akumulator dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik, sementara generator dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Nah, ketika arus ditarik dari baterai atau aki, maka tegangan antara ujung-ujung terminalnya menjadi turun dibawah nilai ɛ.

Apabila dibandingkan dengan magnet biasa, elektromagnet memang memiliki banyak keunggulan sehingga sering diterapkan dalam teknologi mutakhir untuk membantu manusia mengerjakan pekerjaan sehari-hari. Beberapa keunggulan dari elektromagnet adalah sebagai berikut:

Kemagnetannya dapat diubah-ubah, mulai dari ukuran terkecil hingga terbesar. Caranya adalah dengan mengubah salah satu atau ketiga dari kuat arus listrik, jumlah lilitan, dan ukuran inti besinya.
Sifat kemagnetannya mudah dimunculkan dan dihilangkan. Caranya adalah dengan memutus dan menghubungkan arus listriknya menggunakan sakelar.
Dapat dibuat menjadi berbagai bentuk dan ukuran sesuai dengan kebutuhan yang dikehendaki.
Letak kutubnya dapat diubah. Caranya adalah dengan mengubah arah arus listriknya.

Sementara itu, kekuatan elektromagnet dapat bertambah apabila mengalami tiga hal yakni: a) Bertambahnya arus yang melalui kumparan; b) Jumlah lilitan diperbanyak; dan c) Diperbesar atau diperpanjangnya inti besi.

Mengenal Hukum Faraday

Keberadaan Hukum Faraday ini ternyata berhubungan dengan Hukum Lenz lho, sebab sama-sama memperkirakan induksi elektromagnetik dan Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi. Bahkan sosok yang menemukan induksi elektromagnetik ini juga turut mencetuskan Hukum Faraday, yakni Michael Faraday, seorang ilmuwan kimia dan fisika berkebangsaan Inggris. Bahkan Michael Faraday juga mendapatkan julukan sebagai “Bapak Listrik” karena penelitiannya yang berkaitan dengan listrik dan menjadi cikal bakal teknologi hebat saat ini.

Michael Faraday lahir pada 22 September 1791 dan meninggal dunia pada 25 Agustus 1867. Beliau telah mempelajari berbagai bidang ilmu pengetahuan, termasuk juga pada elektromagnetik dan medan elektrokimia. Di kalangan para ilmuwan, sosok Faraday dikenal sebagai perintis awal dalam penelitian akan listrik dan magnet sehingga jasanya selalu diingat sebagai ilmuwan terhebat sepanjang masa.

Dalam Hukum Faraday I ini, mengemukakan bahwa “Massa zat yang dihasilkan pada elektrode sesama elektrolisis akan berbanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang mengalir”. Artinya, massa produk (W) yang telah diendapkan pada elektroda akan semakin banyak, seiring dengan meningkatnya muatan listrik (Q) yang digunakan.

Menurut Faraday, besarnya Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi pada kedua ujung kumparan, nantinya akan sebanding dengan laju perubahan pada fluks magnetik, terutama yang dilingkupi oleh kumparan. Maksudnya, semakin cepat terjadi perubahan fluks magnetik, maka semakin besar pula Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi yang timbul. Sementara itu, maksud dari fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang telah menembus suatu bidang. Besarnya perubahan fluks magnet itu dapat dihitung menggunakan rumus:

ΦB = B┴ A = BA cos θ

Keterangan:

ΦB = besarnya perubahan fluks magnetik (weber atau T.m2 )

B┴ = komponen medan magnet yang tegak lurus dengan permukaan kumparan (Tesla)

A = luas permukaan bidang (meter2 )

θ = sudut antara B dengan garis yang tegak lurus permukaan kumparan

Berdasarkan rumus tersebut, apabila fluks yang telah melalui loop kawat dengan N lilitan berubah sebesar ΔΦB dalam waktu Δt, maka Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi akan sebesar:

Hubungan GGL Induksi dengan Hukum Faraday

Pada dasarnya, Gaya Gerak Listrik (GGL) adalah usaha yang dilakukan per satuan muatan untuk menghasilkan sebuah arus induksi. Arus induksi adalah arus yang dihasilkan dalam loop kawat. Faraday menyadari bahwa Gaya Gerak Listrik (GGL) dan arus itu dapat diinduksikan ke dalam sebuah loop dan telah dibuktikan melalui percobaan keduanya, yakni dengan memberikan suatu variasi terhadap jumlah medan magnet melalui loop. Banyaknya garis-garis medan yang telah melewati loop itu, sebenarnya tidak mempengaruhi nilai-nilai Gaya Gerak Listrik (GGL) dan arus induksinya.

Dengan demikian, ketika kutub utara pada magnet itu digerakkan mendekati loop, maka jumlah garis medan yang melewati loop juga akan turut meningkat. Peningkatan tersebut menyebabkan elektron-elektron konduksi yang ada di dalam loop menjadi bergerak (sebagai arus induksi) dan menyediakan energi (berupa GGL Induksi). Jadi, ketika magnet berhenti bergerak, maka jumlah garis medan yang melalui loop juga tidak lagi berubah sehingga arus induksi dan GGL induksi menjadi menghilang.

Melalui Hukum Faraday ini, juga akan menjelaskan mengenai percobaan yang telah dilakukan oleh Michael Faraday dari tanda negatif pada laju perubahan terhadap waktu dan fluks magnetik yang mana telah melewati permukaan Φn, sama dengan ketika Gaya Gerak Listrik (GGL) di sekitar lingkaran loop yang tertutup dan dibatasi oleh permukaan. Tanda negatif itulah yang menentukan arah dari Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi.

Nah, itulah ulasan mengenai apa itu Hukum Lenz dan keberadaan Hukum Faraday yang sama-sama membahas mengenai induksi elektromagnetik. Apakah Grameds telah menyadari bahwa keberadaan magnet itu ternyata mampu menimbulkan energi listrik dan dimanfaatkan bagi kehidupan manusia?

Rekomendasi Buku & Artikel Terkait

Buku Terkait

Materi Terkait Fisika

Sumber:

Eka Erlinawati, C. E. N. D. Y. Pengaruh Model Pembelajaran Project Based Learning (PjBL) Berbasis STEM Terhadap Keterampilan Proses Sains Dan Penguasaan Konsep Fisika Siswa Di SMA (Doctoral dissertation, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Jember).

MURTADHO, H. (2019). Pengembangan Media Pembelajaran Interaktif Fisika Menggunakan Adobe Flash Cs6 Pada Materi Induksi Elektromagnetik (Doctoral dissertation, UIN Raden Intan Lampung).

Syah, A. F. Analisis Potensi Kandungan Besi Pada Pasir Melalui Induksi Elektromagnetik.

Baca Juga!