Fenomena induksi elektromagnetik adalah fenomena yang terdiri dari terjadinya gaya gerak listrik atau tegangan dalam tubuh yang terletak di medan magnet yang terus berubah. Gaya gerak listrik akibat induksi elektromagnetik juga timbul jika suatu benda bergerak dalam medan magnet statis dan tidak seragam, atau berputar dalam medan magnet sehingga garis-garisnya yang berpotongan loop tertutup berubah.
Induksi arus listrik
Di bawah konsep "induksi" berarti munculnya suatu proses sebagai akibat dari dampak proses lain. Misalnya, arus listrik dapat diinduksi, yaitu, dapat muncul sebagai akibat dari memaparkan konduktor ke medan magnet dengan cara khusus. Arus listrik seperti itu disebut induksi. Kondisi pembentukan arus listrik sebagai akibat dari fenomena induksi elektromagnetik akan dibahas nanti dalam artikel.
Konsep medan magnet
SebelumnyaUntuk mulai mempelajari fenomena induksi elektromagnetik, perlu dipahami apa itu medan magnet. Secara sederhana, medan magnet adalah wilayah ruang di mana bahan magnetik menunjukkan efek dan sifat magnetiknya. Wilayah ruang ini dapat digambarkan dengan menggunakan garis yang disebut garis medan magnet. Jumlah garis ini mewakili besaran fisika yang disebut fluks magnet. Garis medan magnet tertutup, dimulai dari kutub utara magnet dan berakhir di selatan.
Medan magnet memiliki kemampuan untuk bekerja pada bahan apa pun dengan sifat magnetik, seperti besi penghantar arus listrik. Medan ini dicirikan oleh induksi magnetik, yang dilambangkan dengan B dan diukur dalam teslas (T). Induksi magnet sebesar 1 T adalah medan magnet yang sangat kuat yang bekerja dengan gaya 1 newton pada muatan titik sebesar 1 coulomb, yang terbang tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet dengan kecepatan 1 m/s, yaitu 1 T=1 Ns / (mCl).
Siapa yang menemukan fenomena induksi elektromagnetik?
Induksi elektromagnetik, berdasarkan prinsip yang menjadi dasar banyak perangkat modern, ditemukan pada awal 30-an abad XIX. Penemuan fenomena induksi elektromagnetik biasanya dikaitkan dengan Michael Faraday (tanggal penemuan - 29 Agustus 1831). Ilmuwan itu didasarkan pada hasil eksperimen fisikawan dan kimiawan Denmark Hans Oersted, yang menemukan bahwa konduktor yang dilalui arus listrik menciptakanmedan magnet di sekitarnya, yaitu, ia mulai menunjukkan sifat magnetik.
Faraday, pada gilirannya, menemukan kebalikan dari fenomena yang ditemukan oleh Oersted. Dia memperhatikan bahwa medan magnet yang berubah, yang dapat dibuat dengan mengubah parameter arus listrik dalam konduktor, menyebabkan munculnya perbedaan potensial di ujung setiap konduktor arus. Jika ujung-ujung ini dihubungkan, misalnya melalui lampu listrik, maka arus listrik akan mengalir melalui rangkaian tersebut.
Akibatnya, Faraday menemukan proses fisik, sebagai akibatnya arus listrik muncul dalam konduktor karena perubahan medan magnet, yang merupakan fenomena induksi elektromagnetik. Pada saat yang sama, untuk pembentukan arus induksi, tidak masalah apa yang bergerak: medan magnet atau konduktor itu sendiri. Hal ini dapat dengan mudah ditunjukkan dengan melakukan percobaan yang sesuai pada fenomena induksi elektromagnetik. Jadi, setelah menempatkan magnet di dalam spiral logam, kami mulai memindahkannya. Jika Anda menghubungkan ujung spiral melalui beberapa indikator arus listrik ke dalam rangkaian, Anda dapat melihat tampilan arus. Sekarang Anda harus membiarkan magnetnya saja dan menggerakkan spiral ke atas dan ke bawah relatif terhadap magnet. Indikator juga akan menunjukkan adanya arus dalam rangkaian.
Eksperimen Faraday
Eksperimen Faraday terdiri dari bekerja dengan konduktor dan magnet permanen. Michael Faraday pertama kali menemukan bahwa ketika sebuah konduktor bergerak di dalam medan magnet, perbedaan potensial muncul di ujungnya. Konduktor yang bergerak mulai melintasi garis medan magnet, yang mensimulasikanefek dari mengubah bidang ini.
Ilmuwan menemukan bahwa tanda positif dan negatif dari perbedaan potensial yang dihasilkan bergantung pada arah pergerakan konduktor. Misalnya, jika konduktor dinaikkan dalam medan magnet, maka beda potensial yang dihasilkan akan memiliki polaritas +-, tetapi jika konduktor ini diturunkan, maka kita sudah mendapatkan polaritas -+. Perubahan tanda potensial ini, yang perbedaannya disebut gaya gerak listrik (EMF), menyebabkan munculnya arus bolak-balik dalam rangkaian tertutup, yaitu arus yang terus-menerus berubah arahnya ke arah yang berlawanan.
Fitur induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Faraday
Mengetahui siapa yang menemukan fenomena induksi elektromagnetik dan mengapa ada arus induksi, kami akan menjelaskan beberapa fitur dari fenomena ini. Jadi, semakin cepat Anda memindahkan konduktor dalam medan magnet, semakin besar nilai arus induksi dalam rangkaian. Fitur lain dari fenomena tersebut adalah sebagai berikut: semakin besar induksi magnet medan, yaitu semakin kuat medan ini, semakin besar perbedaan potensial yang dapat dibuatnya saat menggerakkan konduktor di dalam medan. Jika konduktor diam dalam medan magnet, tidak ada EMF yang muncul di dalamnya, karena tidak ada perubahan garis induksi magnet yang melintasi konduktor.
Arah arus listrik dan aturan tangan kiri
Untuk menentukan arah arus listrik yang dihasilkan dari fenomena induksi elektromagnetik, Anda dapatmenggunakan apa yang disebut aturan tangan kiri. Dapat dirumuskan sebagai berikut: jika tangan kiri diletakkan sehingga garis-garis induksi magnet, yang dimulai dari kutub utara magnet, masuk ke telapak tangan, dan ibu jari yang menonjol diarahkan ke arah gerakan konduktor di medan magnet, maka sisa empat jari tangan kiri akan menunjukkan arah gerakan arus induksi pada penghantar.
Ada versi lain dari aturan ini, yaitu sebagai berikut: jika jari telunjuk tangan kiri diarahkan sepanjang garis induksi magnet, dan ibu jari yang menonjol diarahkan ke arah konduktor, maka Jari tengah diputar 90 derajat ke telapak tangan akan menunjukkan arah arus yang muncul di penghantar.
Fenomena induksi diri
Hans Christian Oersted menemukan adanya medan magnet di sekitar konduktor atau kumparan yang dialiri arus. Ilmuwan juga menemukan bahwa karakteristik medan ini berhubungan langsung dengan kekuatan arus dan arahnya. Jika arus dalam kumparan atau penghantar berubah-ubah, maka akan menghasilkan medan magnet yang tidak akan stasioner, yaitu akan berubah. Pada gilirannya, medan bolak-balik ini akan menyebabkan munculnya arus induksi (fenomena induksi elektromagnetik). Pergerakan arus induksi akan selalu berlawanan dengan arus bolak-balik yang mengalir melalui penghantar, yaitu akan menahan setiap perubahan arah arus pada penghantar atau kumparan. Proses ini disebut induksi diri. Beda listrik yang dihasilkanpotensial disebut EMF induksi diri.
Perhatikan bahwa fenomena induksi diri terjadi tidak hanya ketika arah arus berubah, tetapi juga ketika berubah, misalnya, ketika meningkat karena penurunan resistansi di sirkuit.
Untuk deskripsi fisik resistensi yang diberikan oleh setiap perubahan arus dalam rangkaian karena induksi diri, konsep induktansi diperkenalkan, yang diukur dalam henries (untuk menghormati fisikawan Amerika Joseph Henry). Satu henry adalah induktansi yang, ketika arus berubah 1 ampere dalam 1 detik, EMF muncul dalam proses induksi sendiri, sama dengan 1 volt.
Alternating current
Ketika sebuah induktor mulai berputar dalam medan magnet, sebagai akibat dari fenomena induksi elektromagnetik, ia menciptakan arus induksi. Arus listrik ini bersifat variabel, artinya berubah arah secara sistematis.
Arus bolak-balik lebih umum daripada arus searah. Jadi, banyak perangkat yang beroperasi dari jaringan listrik pusat menggunakan jenis arus ini. Arus bolak-balik lebih mudah diinduksi dan diangkut daripada arus searah. Biasanya frekuensi arus bolak-balik rumah tangga adalah 50-60 Hz, yaitu dalam 1 detik arahnya berubah 50-60 kali.
Representasi geometris arus bolak-balik adalah kurva sinusoidal yang menggambarkan ketergantungan tegangan terhadap waktu. Periode penuh kurva sinusoidal untuk arus rumah tangga kira-kira 20 milidetik. Menurut efek termal, arus bolak-balik mirip dengan arusDC, tegangannya adalah Umax/√2, di mana Umax adalah tegangan maksimum pada kurva sinusoidal AC.
Penggunaan induksi elektromagnetik dalam teknologi
Penemuan fenomena induksi elektromagnetik menghasilkan ledakan nyata dalam perkembangan teknologi. Sebelum penemuan ini, manusia hanya mampu menghasilkan listrik dalam jumlah terbatas menggunakan baterai listrik.
Saat ini, fenomena fisik ini digunakan dalam transformator listrik, pemanas yang mengubah arus induksi menjadi panas, dan pada motor listrik dan generator mobil.
