Soal Induksi Elektromagnetik dan Pembahasan

Soal dan Pembahasan Fisika Induksi Elektromagnetik, Materi Fisika Kelas 3 SMA (Kelas 12). Soal ini mencakup ggl induksi pada kumparan, kawat yang digerakkan pada medan magnetik, kaidah tangan kanan untuk menentukan arah arus induksi dan penggunaan matematis turunan, ggl maksimum pada generator.

Rumus-Rumus GGL

GGL Kawat l
ε = − Blv sin θ

GGL Kumparan
ε = − N (dφ/dt)
ε = − N (Δφ/Δt)

GGL Generator Arus Bolak-Balik
ε = − B A N ω sin ωt

GGL Kumparan Akibat Perubahan Kuat Arus
ε = − L (d i/dt)
ε = − L (Δ i/Δt)

Soal No. 1
Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar.



Tentukan :
a) besar ggl induksi
b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ
c) arah kuat arus pada kawat PQ
d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
e) besar gaya Lorentz pada PQ
f) arah gaya Lorentz pada PQ
g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω
(Sumber gambar dan angka : Soal UN Fisika 2008)


Pembahasan
a) besar ggl induksi



b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ



c) arah kuat arus pada kawat PQ
Kaidah tangan kanan untuk arah arus induksi :
- 4 jari = arah medan magnetik (B)
- ibu jari = arah gerak kawat (v)
- telapak tangan = arah arus induksi (i)



Arah arus dari P ke Q ( atau dari Q ke P melalui hambatan R)

d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
Potensial P lebih tinggi dari Q karena arus listrik mengalir dari potensial lebih tinggi ke rendah.

e) besar gaya Lorentz pada PQ



f) arah gaya Lorentz pada PQ

Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz (gaya magnetik) :
- 4 jari = arah kuat medan maganet (B)
- ibu jari = arah arus listrik (i)
- telapak tangan = arah gaya (F)
Arah gaya F ke kiri (berlawanan dengan arah gerak v)

g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω



Soal No. 2
Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10⁻⁵ Wb menjadi 5 x 10^{− 5} Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!

Pembahasan
Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10⁻³ sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10^{− 5}− 3 x 10^{− 5} = 2 x 10^{− 5} Wb



Soal No. 3
Kumparan dengan 10 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dengan persamaan:
φ = 0,02 t³ + 0, 4 t² + 5
dengan φ dalam satuan Weber dan t dalam satuan sekon. Tentukan besar ggl induksi saat t = 1 sekon!

Pembahasan



Soal No. 4
Sebuah generator listrik AC menghasilkan tegangan sesuai persamaan berikut:



Tentukan:
a) Frekuensi sumber listrik
b) Tegangan maksimum yang dihasilkan
c) Nilai tegangan efektif sumber

Pembahasan
a) Frekuensi sumber listrik



b) Tegangan maksimum yang dihasilkan



c) Nilai tegangan efektif sumber



Soal No. 5
Sebuah kumparan dengan induktansi 5 mH mengalami perubahan kuat arus yang mengalir dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,01 sekon. Tentukan besarnya tegangan yang timbul akibat peristiwa tersebut!

Pembahasan
Data dari soal :
Induktansi kumparan L = 5 mH = 5 x 10⁻³ H
Perubahan arus Δ i = 1,0 − 0,2 = 0,8 A
Selang waktu Δ t = 0,01 sekon



Soal No. 6
Perhatikan gambar dibawah.



Kawat PQ panjang 20 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 6 m/s. Jika induksi magnet B = 0,5 Wb m⁻² maka kuat arus yang melalui hambatan R adalah....
A. 0,1 A
B. 0,2 A
C. 0,3 A
D. 0,5 A
E. 0,6 A

Pembahasan
ε = B l ν = 0,5 x 0,2 x 6 = 0,6 volt
I = ε / R = 0,6 / 2 = 0,3 A

Soal No. 7
Sebuah solenoida yang mempunyai 500 lilitan, dialiri arus searah sehingga timbul fluks magnet sebesar 2 . 10^–3 weber. Jika induktansi solenoida 0,4 henry maka arus yang mengalir besarnya...
A. 0,25 ampere
B. 1,5 ampere
C. 2 ampere
D. 2,5 ampere
E. 25 ampere
(Soal Ebtanas 1991)

Pembahasan
Data
Solenoida
N = 500
Δ φ = 2 . 10^–3 weber
L = 0,4 H
I =....



Soal No. 8
Seseorang bekerja mereparasi sebuah generator listrik. Kumparan diganti dengan yang baru yang memiliki luas penampang 2 kali lipat dari semula dan jumlah lilitan 1,5 kali dari jumlah semula. Jika kecepatan putar generator diturunkan menjadi 3/4 kali semula, tentukan perbandingan GGL maksimum yang dihasilkan generator dibandingkan sebelum direparasi!

Pembahasan
GGL maksimum yang dihasilkan generator



Perbandingan sesudah direparasi dengan sebelum direparasi

Perlu Dibaca: