Bank Soal Fisika SMA Konsep dan Aplikasi Induksi Elektromagnetik

Diketahui:

Berdasarkan gambar:

Sudut pada posisi A $\theta_A=37^{\circ}$

Sudut pada posisi B $\theta_B=53^{\circ}$

Sudut pada posisi C $\theta_C=90^{\circ}$

Panjang sisi persegi $s$ = 0,2 m

Medan magnetik $B$ = 175 T

Hambatan loop $R$ = 0,14 $\Omega$

Selang waktu dari A ke B $\Delta t$ = 5 s

Ditanya:

Arus dalam loop $I=$?

Dijawab:

Menentukan perubahan fluks magnetik

Fluks magnetik merupakan banyaknya garis gaya magnetik $B$ yang menembus suatu luasan daerah tertentu ($A$) dan dirumuskan dengan persamaan berikut.

$\phi=BA\cos\theta$

Dengan $\theta$ adalah sudut antara induksi magnetik terhadap garis normal bidang magnetik.

Karena loop berbentuk persegi, maka luasnya adalah:

$A=s^2$

$A=\left(0,2\right)^2$

$A=0,04$ m²

Fluks magnetik pada posisi A

$\phi_A=BA\cos\theta_A$

$\phi_A=\left(175\right)\left(0,04\right)\cos37^{\circ}$

$\phi_A=\left(175\right)\left(0,04\right)\left(0,8\right)$

$\phi_A=5,6$ Wb

Fluks magnetik pada posisi B

$\phi_B=BA\cos\theta_B$

$\phi_B=\left(175\right)\left(0,04\right)\cos53^{\circ}$

$\phi_B=\left(175\right)\left(0,04\right)\left(0,6\right)$

$\phi_B=4,2$ Wb

Perubahan fluks magnetik pada loop ketika berputar dari posisi A ke posisi B

$\Delta\phi=\phi_B-\phi_A$

$\Delta\phi=4,2-5,6$

$\Delta\phi=-1,4$ Wb

Menentukan GGL induksi pada loop

GGL induksi merupakan laju perubahan fluks magnetik pada kumparan yang dirumuskan dengan persamaan berikut.

$\varepsilon=-N\ \frac{d\phi}{dt}$

Atau

$\varepsilon=-N\ \frac{\Delta\phi}{\Delta t}=-N\ \frac{\left(\phi_2-\phi_1\right)}{\Delta t}$

Tanda negatif menunjukkan arah GGL induksi yang berlawanan dengan fluks magnetik sesuai dengan Hukum Lenz. Jika jumlah lilitan tidak diketahui, persamaan dapat disederhanakan menjadi sebagai berikut.

$\varepsilon=-\frac{\Delta\phi}{\Delta t}$

Sehingga, GGL induksi pada loop adalah:

$\varepsilon=-\frac{\Delta\phi}{\Delta t}$

$\varepsilon=-\frac{\left(-1,4\right)}{5}$

$\varepsilon=0,28$ V

Menentukan arus yang mengalir dalam loop

Sesuai dengan hukum Ohm, kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensialnya. Persamaan hukum Ohm adalah sebagai berikut.

$I=\frac{V}{R}$

atau

$I=\frac{\varepsilon}{R}$

Sehingga,

$I=\frac{\varepsilon}{R}$

$I=\frac{0,28}{0,14}$

$I=2$ A

Jadi, arus yang mengalir dalam loop adalah sebesar 2 A.