Pengantar Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik adalah fenomena fisika fundamental yang menjelaskan bagaimana perubahan medan magnetik dapat menghasilkan arus listrik. Konsep ini menjadi dasar bagi banyak teknologi modern, mulai dari generator listrik hingga transformator dan motor listrik. Memahami prinsip-prinsip induksi elektromagnetik, seperti Hukum Faraday dan Hukum Lenz, sangat penting bagi siswa fisika untuk menguasai materi ini.
Kumpulan soal ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang berbagai aspek induksi elektromagnetik, termasuk fluks magnetik, GGL induksi, induktansi diri, induktansi silang, serta aplikasi dalam generator dan transformator. Soal-soal disajikan dalam berbagai format—pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan—untuk melatih kemampuan analisis dan pemecahan masalah Anda secara komprehensif. Siapkan diri Anda untuk meninjau kembali konsep-konsep kunci dan memperkuat pemahaman Anda tentang topik menarik ini.
I. Pilihan Ganda
- Fluks magnetik melalui suatu kumparan kawat berubah dari 0,2 Wb menjadi 0,8 Wb dalam waktu 0,5 sekon. Jika kumparan memiliki 100 lilitan, besar GGL induksi rata-rata yang timbul adalah…
A. 120 V
B. 100 V
C. 80 V
D. 60 V
E. 40 V - Hukum yang menyatakan bahwa arah arus induksi selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya adalah…
A. Hukum Ohm
B. Hukum Kirchhoff
C. Hukum Coulomb
D. Hukum Lenz
E. Hukum Faraday - Sebuah kawat lurus panjang 20 cm digerakkan tegak lurus pada medan magnet homogen 0,5 T dengan kecepatan 10 m/s. Besar GGL induksi yang timbul pada kawat adalah…
A. 0,5 V
B. 1,0 V
C. 1,5 V
D. 2,0 V
E. 2,5 V - Pernyataan yang benar tentang Hukum Faraday adalah…
A. GGL induksi berbanding lurus dengan perubahan fluks magnetik.
B. GGL induksi berbanding terbalik dengan laju perubahan fluks magnetik.
C. GGL induksi berbanding lurus dengan jumlah lilitan kumparan.
D. GGL induksi berbanding terbalik dengan jumlah lilitan kumparan.
E. GGL induksi tidak bergantung pada waktu perubahan fluks. - Faktor-faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi pada generator adalah, kecuali…
A. Kecepatan sudut putaran kumparan
B. Jumlah lilitan kumparan
C. Kuat medan magnet
D. Luas penampang kumparan
E. Hambatan kawat kumparan - Induktansi diri sebuah solenoida dengan N lilitan, panjang l, dan luas penampang A dirumuskan sebagai…
A. L = μ₀ N A / l
B. L = μ₀ N² A / l
C. L = μ₀ N² l / A
D. L = μ₀ N l / A
E. L = μ₀ N² / (A l) - Sebuah kumparan memiliki induktansi diri 0,5 H. Jika arus yang mengalir melalui kumparan berubah dari 2 A menjadi 6 A dalam waktu 0,1 sekon, besar GGL induksi diri yang timbul adalah…
A. 10 V
B. 20 V
C. 30 V
D. 40 V
E. 50 V - Pada transformator ideal, perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder adalah 10:1. Jika tegangan primer 220 V dan arus primer 0,5 A, maka tegangan sekunder dan arus sekunder berturut-turut adalah…
A. 22 V dan 5 A
B. 22 V dan 0,05 A
C. 2200 V dan 5 A
D. 2200 V dan 0,05 A
E. 22 V dan 2,5 A - Alat yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC adalah…
A. Generator
B. Motor listrik
C. Transformator
D. Induktor
E. Kapasitor - Berikut ini adalah kerugian energi pada transformator, kecuali…
A. Kerugian karena arus eddy
B. Kerugian histeresis
C. Kerugian karena hambatan kawat
D. Kerugian karena fluks bocor
E. Kerugian karena perubahan frekuensi - Fluks magnetik didefinisikan sebagai…
A. Jumlah garis gaya magnet per satuan luas
B. Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu bidang secara tegak lurus
C. Kuat medan magnet per satuan luas
D. Perubahan medan magnet terhadap waktu
E. Perbandingan antara kuat medan magnet dan luas penampang - Satuan fluks magnetik dalam SI adalah…
A. Tesla (T)
B. Weber (Wb)
C. Henry (H)
D. Volt (V)
E. Ampere (A) - Sebuah generator AC menghasilkan tegangan maksimum 100 V. Jika frekuensi putaran kumparan dipercepat menjadi dua kali semula, maka tegangan maksimum yang dihasilkan adalah…
A. 50 V
B. 100 V
C. 141 V
D. 200 V
E. 400 V - Fungsi inti besi berlapis-lapis pada transformator adalah untuk…
A. Meningkatkan medan magnet
B. Mengurangi kerugian arus eddy
C. Menambah jumlah lilitan
D. Mengurangi hambatan kawat
E. Menstabilkan suhu transformator - Energi yang tersimpan dalam sebuah induktor adalah…
A. E = ½ L I
B. E = ½ L I²
C. E = L I²
D. E = ½ L² I
E. E = L² I - Generator arus searah (DC) menggunakan komponen yang disebut…
A. Cincin seret
B. Cincin belah (komutator)
C. Inti besi
D. Lilitan primer
E. Lilitan sekunder - Sebuah kumparan kawat terdiri dari 200 lilitan dan memiliki luas penampang 50 cm². Kumparan tersebut berputar dengan kecepatan sudut 100 rad/s dalam medan magnet homogen 0,1 T. GGL induksi maksimum yang dihasilkan adalah…
A. 50 V
B. 100 V
C. 150 V
D. 200 V
E. 250 V - Jika sebuah magnet dijatuhkan mendekati kumparan, maka arus induksi yang timbul pada kumparan akan…
A. Menarik magnet agar jatuh lebih cepat
B. Menolak magnet sehingga laju jatuhnya berkurang
C. Tidak mempengaruhi gerak magnet
D. Menghasilkan medan magnet yang searah dengan magnet
E. Menghasilkan panas pada kumparan saja - Transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan disebut…
A. Transformator step-down
B. Transformator step-up
C. Transformator ideal
D. Transformator daya
E. Transformator arus - Induktansi silang (mutual inductance) terjadi ketika…
A. Arus pada suatu kumparan menghasilkan GGL induksi pada kumparan itu sendiri.
B. Perubahan arus pada satu kumparan menginduksi GGL pada kumparan lain yang berdekatan.
C. Medan magnet dari satu kumparan menembus kumparan lain tanpa perubahan.
D. Dua kumparan dihubungkan secara seri.
E. Dua kumparan dihubungkan secara paralel.
II. Isian Singkat
- Satuan untuk fluks magnetik dalam Sistem Internasional adalah __________.
- Hukum yang menyatakan arah arus induksi selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya adalah Hukum __________.
- Pada transformator step-up, jumlah lilitan kumparan sekunder lebih __________ dari lilitan primer.
- Komponen pada generator AC yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dari kumparan ke sirkuit luar adalah __________.
- Ketika sebuah konduktor bergerak memotong garis-garis medan magnet, maka akan timbul __________ pada konduktor tersebut.
III. Uraian
- Jelaskan bunyi Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik dan tuliskan rumusnya.
- Sebuah kawat lurus panjang 50 cm digerakkan dengan kecepatan 10 m/s tegak lurus terhadap medan magnet homogen 0,2 T. Hitunglah besar GGL induksi yang timbul pada kawat tersebut.
- Jelaskan prinsip kerja transformator step-up dan step-down, serta sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensinya.
- Bagaimana cara kerja generator AC dalam menghasilkan arus listrik? Sebutkan komponen utamanya.
- Sebuah kumparan memiliki 400 lilitan dan induktansi diri 0,8 H. Jika arus yang mengalir melalui kumparan berubah dari 5 A menjadi 1 A dalam waktu 0,2 sekon, hitunglah besar GGL induksi diri yang timbul.
IV. Menjodohkan
Jodohkan item di kolom A dengan deskripsi/prinsip yang sesuai di kolom B.
-
Kolom A:
- GGL Induksi
- Fluks Magnetik
- Hukum Lenz
- Induktansi Diri
- Arus Eddy
Kolom B:
- Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.
- Gaya gerak listrik yang timbul akibat perubahan fluks magnetik.
- Sifat kumparan untuk menentang perubahan arus yang melaluinya.
- Arus pusar yang timbul pada konduktor yang bergerak dalam medan magnet.
- Arah arus induksi selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya.
-
Kolom A:
- Generator
- Transformator
- Motor Listrik
- Induktor
- Bel Listrik
Kolom B:
- Mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
- Mengubah tegangan AC.
- Mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
- Menyimpan energi dalam bentuk medan magnet.
- Memanfaatkan medan magnet untuk menarik pemukul.
Kunci Jawaban
I. Pilihan Ganda
- Jawaban: A. 120 V
Penjelasan: GGL induksi (ε) = -N (ΔΦ / Δt). ΔΦ = 0,8 – 0,2 = 0,6 Wb. ε = -100 * (0,6 / 0,5) = -100 * 1,2 = -120 V. Besar GGL adalah 120 V. - Jawaban: D. Hukum Lenz
Penjelasan: Hukum Lenz secara khusus menjelaskan arah arus induksi yang selalu menentang penyebabnya. - Jawaban: B. 1,0 V
Penjelasan: GGL induksi (ε) = B l v sin θ. Karena tegak lurus, sin θ = sin 90° = 1. ε = 0,5 T * 0,2 m * 10 m/s = 1 V. - Jawaban: C. GGL induksi berbanding lurus dengan jumlah lilitan kumparan.
Penjelasan: Rumus Hukum Faraday adalah ε = -N (ΔΦ / Δt), menunjukkan GGL induksi berbanding lurus dengan N dan laju perubahan fluks (ΔΦ/Δt). - Jawaban: E. Hambatan kawat kumparan
Penjelasan: Hambatan kawat kumparan mempengaruhi arus yang dihasilkan, tetapi bukan besar GGL induksi yang timbul. GGL induksi dipengaruhi oleh N, B, A, dan ω (kecepatan sudut). - Jawaban: B. L = μ₀ N² A / l
Penjelasan: Ini adalah rumus induktansi diri untuk solenoida. - Jawaban: B. 20 V
Penjelasan: GGL induksi diri (ε_L) = -L (ΔI / Δt). ΔI = 6 – 2 = 4 A. ε_L = -0,5 H * (4 A / 0,1 s) = -0,5 * 40 = -20 V. Besar GGL adalah 20 V. - Jawaban: A. 22 V dan 5 A
Penjelasan: Untuk transformator ideal, Np/Ns = Vp/Vs = Is/Ip. Np/Ns = 10/1. Vp/Vs = 10/1 => 220/Vs = 10/1 => Vs = 22 V. Is/Ip = 10/1 => Is/0,5 = 10/1 => Is = 5 A. - Jawaban: C. Transformator
Penjelasan: Transformator adalah alat yang secara khusus dirancang untuk mengubah level tegangan AC berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. - Jawaban: E. Kerugian karena perubahan frekuensi
Penjelasan: Frekuensi pada transformator idealnya tetap sama antara primer dan sekunder. Kerugian utama meliputi arus eddy, histeresis, hambatan kawat, dan fluks bocor. - Jawaban: B. Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu bidang secara tegak lurus
Penjelasan: Definisi fluks magnetik adalah ukuran jumlah total garis gaya magnet yang menembus suatu permukaan. - Jawaban: B. Weber (Wb)
Penjelasan: Satuan SI untuk fluks magnetik adalah Weber (Wb). - Jawaban: D. 200 V
Penjelasan: GGL maksimum pada generator AC (ε_max) = N B A ω. Jika frekuensi (f) dipercepat dua kali, maka kecepatan sudut (ω = 2πf) juga menjadi dua kali lipat. Jadi, ε_max baru = 2 * ε_max lama = 2 * 100 V = 200 V. - Jawaban: B. Mengurangi kerugian arus eddy
Penjelasan: Inti besi berlapis-lapis (dilaminasi) dibuat untuk meningkatkan hambatan listrik pada inti, sehingga meminimalkan arus eddy yang dapat menyebabkan pemanasan dan kerugian energi. - Jawaban: B. E = ½ L I²
Penjelasan: Ini adalah rumus energi yang tersimpan dalam induktor. - Jawaban: B. Cincin belah (komutator)
Penjelasan: Komutator adalah komponen pada generator DC yang berfungsi untuk mengubah arah arus AC yang dihasilkan kumparan menjadi arus searah pada sirkuit luar. - Jawaban: B. 100 V
Penjelasan: GGL induksi maksimum (ε_max) = N B A ω. A = 50 cm² = 50 × 10⁻⁴ m². ε_max = 200 * 0,1 T * (50 × 10⁻⁴ m²) * 100 rad/s = 200 * 0,1 * 0,005 * 100 = 100 V. - Jawaban: B. Menolak magnet sehingga laju jatuhnya berkurang
Penjelasan: Sesuai Hukum Lenz, arus induksi yang timbul akan menghasilkan medan magnet yang menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Jika magnet jatuh mendekati kumparan, arus induksi akan menciptakan kutub yang menolak magnet tersebut, sehingga memperlambat laju jatuhnya. - Jawaban: B. Transformator step-up
Penjelasan: Transformator step-up memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga menaikkan tegangan. - Jawaban: B. Perubahan arus pada satu kumparan menginduksi GGL pada kumparan lain yang berdekatan.
Penjelasan: Induktansi silang adalah fenomena di mana perubahan arus pada satu kumparan menghasilkan GGL induksi pada kumparan lain yang berada dalam jangkauan medan magnetnya.
II. Isian Singkat
- Weber (Wb)
- Lenz
- Lebih banyak
- Cincin seret (slip ring)
- GGL induksi
III. Uraian
- Hukum Faraday: