Hukum Lenz : Induksi Elektromagnetik

Apa itu Hukum Lenz ?

Hukum Lenz ditemukan oleh ilmuwan Jerman HFE Lenz pada tahun 1834. Hukum Lenz pada induksi elektromagnetik menyatakan bahwa arah arus yang diinduksi dalam konduktor oleh perubahan medan magnet adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan oleh arus induksi akan melawan medan magnet awal yang berubah. Arah aliran ini ditunjukan oleh aturan tangan kanan Fleming.

Berdasarkan definisi diatas mungkin cukup sulit dipahami, oleh karena itu berikut merupakan contoh masalah tersebut. Ketika arus yang diinduksi oleh medan magnet, maka medan magnet yang dihasilkan arus induksi tersebut akan menciptakan medan magnetnya sendiri. Medan magnet ini akan selalu sedemikian rupa sehingga menentang medan magnet semula yang membuatnya.

Hukum lenz

Seperti terlihat pada gambar diatas, jika medan magnet "B" meningkat (1), maka medan magnet yang diinduksi akan berlawanan terhadapnya. Ketika medan magnet "B" menurun (2), maka medan magnet yang diinduksi akan kembali bertindak berlawanan dengannya. Tapi 'berlawanan' yang dimaksud tersebut bertindak untuk meningkatkan medan karena melawan laju penurunan perubahan.

Hukum Lenz didasarkan pada hukum induksi Faraday. hukum Faraday menyatakan bahwa medan magnet yang berubah akan menginduksikan arus dalam konduktor. Hukum Lenz menjelaskan arah arus induksi, yang melawan perubahan awal yang dihasilkan oleh medan magnet. Hal tersebut ditandai dalam formula hukum Faraday dengan tanda negatif (-).

Perubahan medan magnet ini dapat disebabkan oleh perubahan kekuatan medan magnet dengan menggerakkan magnet mendekat atau menjauh dari koil, atau memindahkan koil ke dalam atau ke luar medan magnet. Dengan kata lain, besarnya EMF (Electromotive Force) yang diinduksi dalam rangkaian sebanding dengan laju perubahan fluks.

Persamaan Hukum Lenz

Hukum Lenz menyatakan bahwa ketika EMF dihasilkan oleh perubahan fluks magnet menurut Hukum Faraday, polaritas EMF yang diinduksi adalah sedemikian rupa, sehingga menghasilkan arus induksi yang medan magnetnya melawan medan magnet awal yang menghasilkannya

Tanda negatif yang digunakan dalam hukum Faraday pada induksi elektromagnetik menyatakan bahwa EMF terinduksi (ε) dan perubahan fluks magnetik (δΦB) memiliki tanda yang berlawanan. Persamaan untuk hukum Lenz adalah sebagai berikut :

Dimana:

ε = Induksi EMF

δΦB = perubahan fluks magnet

N = Tidak ada lilitan dalam kumparan

Hukum Lenz dan Konservasi Energi

Untuk mematuhi hukum konservasi energi, arah arus yang disebabkan oleh hukum Lenz harus membuat medan magnet yang melawan medan magnet yang membuatnya. Pada kenyataannya, hukum Lenz adalah konsekuensi dari hukum konservasi energi.

Jika medan magnet yang dihasilkan oleh arus induksi adalah arah yang sama dengan medan yang menghasilkannya, maka kedua medan magnet tersebut akan bergabung dan menciptakan medan magnet yang lebih besar. Medan magnet gabungan yang lebih besar ini, akan menginduksikan arus lain pada konduktor dua kali lipat dari arus induksi asli. Sehingga, akan menciptakan medan magnet lain yang akan menginduksi arus lain dan seterusnya.

Jika hukum Lenz tidak menentukan bahwa arus induksi harus menciptakan medan magnet yang menentang medan yang menciptakannya, maka akan berakhir dengan lingkaran umpan balik positif tak berujung dan memutus konservasi energi (karena menciptakan sumber energi tanpa akhir).

Hukum Lenz juga mematuhi hukum gerak ketiga Newton, yaitu setiap tindakan akan selalu ada reaksi yang sama dan berlawanan. Jika arus yang diinduksi menghasilkan medan magnet yang sama dan berlawanan dengan arah medan magnet yang menciptakannya, maka akan menahan perubahan medan magnet pada area tersebut. Fenomena tersebut sesuai dengan hukum gerak ketiga Newton.

Penjelasan Hukum Lenz

Untuk lebih memahami apa itu hukum Lenz, dapat dijelaskan pada dua kasus berikut :

Kasus 1  (magnet bergerak ke arah koil)

Hukum lenz

Ketika kutub utara magnet mendekati kumparan, fluks magnet yang menghubungkan ke kumparan meningkat. Menurut hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik, ketika ada perubahan fluks EMF karena arus diinduksi dalam koil, sehingga arus akan menciptakan medan magnetnya sendiri.

Menurut hukum Lenz, medan magnet yang dibuat ini akan menentang sendiri atau menentang peningkatan fluks melalui koil dan hanya mungkin jika mendekati sisi kumparan mencapai kutub utara karena kutub yang sama saling tolak menolak. Setelah mengetahui polaritas magnetik sisi kumparan, arah arus induksi dapat dengan mudah ditentukan dengan menerapkan aturan tangan kanan. Dalam hal ini, arus mengalir ke arah yang berlawanan arah jarum jam.

Kasus 2 (magnet bergerak menjauh dari koil)

Hukum lenz

Ketika kutub utara magnet bergerak menjauh dari koil, fluks magnet yang menghubungkan ke koil akan berkurang. Menurut hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik, EMF dan arus yang dihasilkan diinduksi dalam koil dan arus inilah yang akan menciptakan medan magnetnya sendiri.

Menurut hukum Lenz, medan magnet yang diciptakan ini akan dirinya sendiri atau melawan penurunan melalui koil dan hanya dapat dilakukan jika melibatkan sisi koil mencapai kutub selatan, karena kutub yang berbeda saling menarik. Setelah diketahui polaritas magnetik sisi kumparan, maka dapat ditentukan arah induksi dengan menggunakan aturan tangan kanan. Dalam hal ini, arus searah jarum jam.

kaidah tangan kanan flemings

Untuk menentukan arah medan magnet dan arus, menggunakan aturan ibu jari tangan kanan yaitu jika jari-jari tangan kanan diasumsikan berada di sekitar kawat dengan cara ditekuk dan ibu jari menunjuk ke arah aliran arus, maka jari yang ditekuk akan menunjukkan arah medan magnet yang dihasilkan oleh kawat.

Berdasarkan penjelasan diatas hukum Lenz secara ringkas dapat dinyatakan sebagai berikut:

1. Jika fluks magnet yang menghubungkan kumparan meningkat, arah arus dalam kumparan akan akan menentang peningkatan fluks dan karenanya arus induksi akan menghasilkan fluksnya dalam arah seperti yang ditunjukkan menggunakan ibu jari tangan kanan pada aturan Fleming pada gambar dibawah ini.

2. Jika fluks magnet yang menghubungkan kumparan berkurang, fluks yang dihasilkan oleh arus dalam kumparan, sehingga akan membantu fluks utama sehingga arah arus adalah seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Aplikasi Hukum Lenz

Dalam beberapa aplikasi tertentu menggunakan penerapan hukum flenz pada konsep dan prinsip kerja aplikasi tersebut. Berikut ini merupakan aplikasi hukum Lenz.

1. Hukum Lenz digunakan untuk memahami konsep energi magnetik yang tersimpan dalam induktor. Ketika sumber ggl terhubung di induktor, arus mulai mengalir melaluinya. Ggl kembali akan menentang peningkatan arus melalui induktor. Hukum ini menunjukkan bahwa ggl yang diinduksi dan perubahan fluks memiliki tanda-tanda yang berlawanan yang memberikan interpretasi fisik dari pilihan tanda pada hukum induksi Faraday.

2. Hukum Lenz diterapkan pada generator listrik. Ketika arus diinduksi dalam generator, arah arus yang diinduksi ini sedemikian rupa sehingga berlawanan dan menyebabkan rotasi generator (sesuai dengan hukum Lenz) dan karenanya generator membutuhkan lebih banyak energi mekanik.

3. Hukum Lenz digunakan dalam pengereman elektromagnetik dan kompor induksi.

Referensi :

https://www.electrical4u.com

Share :