AZAS LENZ (LM5)

Azas Lenz (LM5)

Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., Bastomi Saputra. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Kayu tangi dua jalur utama, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com

                Abstrak—Percobaan Azas Lenz bertujuan untuk mempelajari hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi. Metode yang digunakan adalah memasukkan dan mengeluarkan kutub magnet dan kutub utara kekumparan dengan solenoida 1000 lilitan. Ketika kutub utara dimasukkan simpangan galvanometer ke kanan, saat dikeluarkan ke kiri. Dan kutub selatan dimasukkan simpangan galvanometer ke kiri, saat dikeluarkan ke kanan. Dapat diketahui bahwa ujung kumparan adalah kutub utara. 

                Kata Kunci—Azas Lenz, fluks magnet, ggl induksi, kutub magnet, dan galvanometer.

I.                    PENDAHULUAN

Dapat dilihat bahwa apabila kiata mengambil loop induksi tertutup didalam suatu medan magnetik dan kemudian mengirim arus melalui loop tersebut, gaya yang ditimbulkan medan magnetik menghasilkan torsi pada puataran loop. Andaikan  bahwa, sebagai gantinya, tidak ada arus, kita putar loop menggunakan tangan. Apakah arus akan muncul dalam loop ? jawabannya, tentu saja arus akan  muncul. Karena jika pada medan magnet yang menghasilkan torsi akan  membuat munculnya arus dalam loop. Hal tersebut  yang biasanya disebut dengan  hukum  induksi Faraday. Dengan  menggunakan  hukum  Faraday,  dapat menghitung ggl induksi. Beda halnya dengan azas lenz yang membahas tentang arah arus induksi. Melalui percobaan menggunakan galvanometer yang dirangkai dengan  solenoida, kita dapat menentukan  hubungan fluks magnet dengan arah  dan ggl induksi.

Berdasarkan latar belakan tersebut, dapat diambil rumusan masalah yaitu “Bagaimana hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi ?”.

Adapun tujuan dari percobaan  ini adalah mempelajari hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi.

II.                  KAJIAN TEORI

Arus yang dihasilkan didalam  loop disebut arus induksi, usaha yang dilakukan persatuan muatan dalam  menghasilkan arus itu (dalam menggerakkan elektron konduksi untuk mengangkut arus dan emf disebut induksi.

Didalam eksperimen Gambar 1, apabila skalar dibuka (tidak ada arus), tidak ada garis-garis medan magnet. Akan tetapi, apabila kita menghidupkan arus dalam  loop tangan  kanan, kenaikkan arus membentuk suatu  medan  yang  melalui loop tangan kiri meningkat.

Gambar 1. Pengukur arus menunjukkan  nilai dalam  loop kawat tangan kiri ketika skalar S ditutup.

Hukum Faraday secara baku ditulis sebagai

                                                                                     .........(1)

Hukum lenz adalah sebuah  metode alterlatif  untuk  menentukan arah suatu arus induksi. Hukum  lenz bukan  merupakan prinsip yang bebas, hukum ini dapat diturunkan dari hukum Faraday.

Tanda negatif pada hukum Faraday berhubungan dengan ggl induksinya.

Bunyi hukum lenz  yaitu :

“Ggl induksi dan arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga melawan muatan yang menghasilkan ggl dan arus induksi tersebut”.

Gambar 2 menunjukkkan magnet batang yang bergerak ke arah  satu suatu simpal yang memiliki tahanan P.

Apabila magnet batang sedang bergerak ke arah simpalnya, ggl induksi dalam simpal tersebut menghasilkan arus dalam simpal  (garis putus-putus)  menghasikan suatu fluks yang  melawan  peningkatan fluks yang  melalui simpal akibat gerak magnet tadi. Karena megnetik dari magnet batang ke arah kanan, yang keluar dari kutub utara magnet tersebut, gerak magnet ke arah simpal tersebut ke kanan. (medan magnetik disimpal akan lebih kuat apabila magnetiknya lebih dekat). Arus induk berada dalam arah seperti yang ditunjukan, sehingga fluks magnetik yang dihasilkan melawan fluks magnetnya. Medan magnetik induksi cenderung memperkecil fluks yang melalui simpalnya. Jika magnetnya digerakkan menjauhi simpalnya, yang akan memperkecil fluks yang lelalui simpal akibat magnet, arus induksinya akan berada dalam arah berlawanan dengan arah pada gambar 2. Dalam hal itu, arusnya akan menghasilkan medan magnetik ke kanan, yang akan cenderung memperbesar fluks yang melalui simpalnya.

Gambar 3. Momen magnetik induksi dalam simpal arus

Pada gambar di atas menunjukkan momen magnetik induksi dalam simpal arus apabila magnetnya sedang bergerak ke arah yang ditunjukkan pada Gambar 3. Simpal bertindak sebagai magnet kecil dengan kutub utara ke kiri dan kutub selatan selatan kekanan momen magnetik induksi simpal ini akan mengerahkan gaya pada magnet batang ke kiri untuk melawan geraknya ke arah simpal. Dengan demikian, kita dapat menyatakan hukum Lenz dalam besar gaya-gaya dari pada fluks. Jika magnet batangnya  digerakkan ke arah simpal, arus induksi harus menghasilkan momen magnetik untuk melawan perubahan ini.

Gambar 4. Momen magnetik iniduksi bergerak ke arah simpal sehingga magnet mengalami percepatan.

Jika arus dalam simpal pada Gambar 3 berlawanan arah, momen magnetik induksi simpalnya akan menarik magnet saat magnetnya bergerak ke arah simpal dan menyebabkan magnet tersebut mengalami percepatan. Jika magnet yang berada pada jarak. Yang dari simpalnya kemudian memberi magnet sedikit tolakkan ke arah simpal, gaya akibat arus induksi akan ke arah simpal, yang akan meningkatkan kecepatan magnetnya. Kecepatan magnet meningkat, laju perubahan fluks akan meningkat dan arus induk juga meningkat.

Pada gambar 4, magnet batang berada dalam keadaan diam dan simpalnya sedang bergerak menjauhi magnet. Dalam hal ini, momen magnetik simpalnya akan menarik magnet batang yang melawan gerak simpal.

Pada gambar 5, apabila arus dalam rangkaian 1 berubah akan terdapat fluks melalui rangkaian . skakelar S dalam rangkaian 1 pada awalnya terbuka sehingga tidak ada arus dalam rangkaian tersebut (a). Apabila skakelarnya ditutup (b), arus dalam rangkaian 1 tidak mencapai nilai yang konstan    seketika tetapi membutuhkan waktu untuk berubah dari nol hingga kenilai ini. Selama waktu perubahan ini, sementara arusnya sedang meningkat, fluks melalui rangkaian 2 berubah, dan terdapat arus induksi dalam rangkaian tersebut dalam arah yang ditunjukkan. Apabila arus dalam rangkaian 1 mencapai nilai yang konstan, fluks melalui rangkaian 2 tidak lagi berubah, sehingga tidak lagi ada arus induksi dalam rangkaian 2. Arus induksi dalam rangkaian 2 dengan arah yang berlawanan seketika akan muncul apabila skakelar pada rangkaian 1 dibuka (c) dan arusnya menurun ke nol. Hal yang penting untuk dipahami bahwa terdapat ggl induksi hanya sewaktu fluksnya berubah. Ggl tidak tergantung pada besar fluks, hanya pada laju perubahannya. Berikut ini dapat dilihat pada rangkaian gambar 5.

Gambar 5. Perubahan fluks akibat perubahan arus.

Kita perhatikan rangkaian tunggal terisolasi pada gambar 6.

Gambar 6. Rangkaian tunggal terisolasi.

Kumparan dengan banyak lilitan kawat memberikan fluks yang besar untuk arus yang diberikan dalam rangkaiannya. Apabila arusnya berubah terdapat ggl yang besar yang diinduksi dalam kumparan yang melawan perubahan tersebut.

Besarnya ggl induksi melalui loop kawat dengan N lilitan adalah

                      ..............(2)

Keterangan:

  

Hasil fundamental ini dikenal dengan nama “hukum Faraday” dan merupakan salah satu dari hukum elektromagnetik. Penting untuk diingat bahwa ggl induksi jika terdapat perubahan fluks ggl dapat diinduksi dengan tiga cara : (1) dengan mengubah medan magnet B, (2) dengan mengubah luasan kumparan dalam medan, atau (3) dengan mengubah orientasi kumparan θ terhadap medan.

Karena arus induksi selalu menentang setiap perubahan fluks magnetik yang melalui sebuah rangakaian, maka bagaimana mungkin fluks itu berubah sama sekali ? jawabannya adalah bahwa hukum Lenz hanya memberikan arah induksi : besarnya arus itu bergantung pada hambatan rangkaian, maka semakin kecil arus induksi yang muncuk untuk menentang setiap perubahan fluks untuk menghasilkan efek. Seandainya simpal dibuat dari kayu (sebuah isolator) maka hampir tidak ada arus induksi yang menanggapi perubahan fluks yang melalui simpal tersebut.

Sebaliknya, semakin kecil hambatan rangkaian, semakin besar pula arus induksi dan semakin sukar untuk mengubah fluks yang melalui rangkaian itu. Jika simpal adalah sebuah konduktor yang baik, maka sebuah arus induksi akan mengalir selama magnet itu bergerak relatif terhadap simpal tersebut.

Kasus ekstrim terjadi biala hambatan rangkaian sama dengan nol. Maka arus induksi akan terus mangalir walaupun setelah ggl induksi itu telah lenyap, yakni, walaupun setelah magnet itu telah berhenti bergerak relatif terhadap simpalan.

Menentukan arah arus induksi dengan hukum Lenz.

Sebuah batang magnet didekatkan pada kumparan dengan kutub utara terlebih dahulu. Pada saat ini ujung kumparan akan timbul perubahan medan magnet yang berasal dari batang magnet (medan magnet sumber). Medan magnetnya bertambah karena pada kutub utara garis-garis gaya magnetnya keluar berarti fluks magnet pada kumparan bertambah.

Sesuai dengan hukum Lenz maka akan timbul induksi magnet (B induksi) yang menentang sumber. Arah B induksi ini dapat digunakan untuk menentukan arah arus induksi yaitu dengan menggunakan kaedah tangan kanan.

Gambar 7. Induksi magnetik dengan kaedah tangan kanan

Timbulnya arus pada kumparan ini dapat ditunjukkan dari galvanometer yang dihubungkan dengan kumparan. Arus listrik ini timbul untuk menimbulkan induksi magnet B induksi). Arah arus iniduksi sesuai kaedah tangan, pada gambar 7 terlihat arus mengalir dari titik A ke titik B.

Suatu kumparan dalam rangkaian tertutup (gambar 8) didalamnya dipasang galvanometer G sebagai penunjuk adanya arus listrik.

Gambar 8. Arah simpangan jarum galvanometer

Jika suatu bantang magnet US dimasukan ke dalam kumparan, selama gerakan US berlangsung jarum galvanometer menyimpang ke kanan dari kedudukan seimbang kemudian ketika magnet US berhenti begerak, jarum di G akan kembali pada kedudukan seimbang. Kemudian magnet US ditarik kembali, maka selama gerakan itu berlangsung jarum pada G akan menyimpang ke kiri. Simpangan jarum G sangat bergantung pada arah lilitan kumparan dan simpangan ini menunjukkan bahwa dalam rangkaian telah menjadi arus listrik perpindahan muatan-muatan listrik dapat terjadi jika ada beda tegangan. Beda tegangan demikian dinamakan ggl induksi.

III. METODE PERCOBAAN

               

Pada percobaan Azas Lenz diperlukan peralatan seperti magnet batang, galvanometer, kumparan solenoida dengan 1000 lilitan dan dua buah kabel penghubung. Seperti pada gambar 9.1 berikut ini.

Pada percobaan Azas Lenz dapat diambil suatu rumusan hipotesis yaitu “jika kutub utara magnet batang dimasukkan kekumparan maka arah simpangan jarum galvanometer ke kanan, sebaliknya jika kutub utara batang magnet diarahkan keluar kumparan maka arah simpangan jarum galvanometer mengarah ke kiri, dan jika kutub selatan batang magnet dimasukkan kekumparan maka arah simpangan jarum galvanometer ke kiri, sebaliknya jika kutub selatan batang magnet diarahkan keluar kumparan maka arah simpangan jarum galvanometer ke kanan”.

Percobaan kali ini menggunakan identifikasi dan definisi operasional variabel yaitu variabel manipulasinya adalah arah gerak batang magnet yaitu dengan mengubah gerak batang magnet keluar kumparan dan masuk kumparan. Variabel kontrolnya adalah arah kutub, yaitu dengan menetapkan arah kutub magnet arah utara dan selatan. Dan variabel yang direspon adalah simpangan jarum galvanometer, yaitu mengamati arah simpangan jarum galvanometer ke arah kanan atau ke arah kiri.

Adapun prosedur kerja dari percobaan kali ini yaitu, merangkai alat seperti pada (gambar 9.2) berikut ini.

Gambar 9.2. memasukkan kutub utara pada kumparan

Gambar 9.2 menunjukkan saat memasukkan magnet batang kutub utara kekumparan secara perlahan, kemudian mengamati arah simpangan jarum galvanometer (ke kanan/ke kiri). Langkah berikutnya yaitu mengarahkan magnet batang keluar, kemudian dapat dilihat arah simpangan jarum galvanometer, mengarah ke kanan atau ke kiri. Kemudian menulis hasil penelitian pada tabel. Pada percobaan kali ini simpangan jarum galvanometer diperoleh secara kualitatif.

Untuk percobaan selanjutnya dilakukan sama seperti langkah di atas, dengan menggunakan arah kutub selatan magnet batang, seperti pada gambar 9.3 berikut ini.

Gambar 9.3. memasukkan kutub selatan pada kumparan

Sama seperti percobaan sebelumnya, hasil penelitian ditulis secara kualitatif pada tabel data.

IV.       ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Pada percobaan Azas Lenz untuk mempelajari hubungan antara perubahan fluks magnet dengan arah arus dan ggl induksi. Pada percobaan kali ini menggunakan solenoida 1000 lilitan. Pada percobaan kali ini pengamat melalukan penelitian terhadap arah simpangan jarum galvanometer pada saat batang magnet dimasukkan dan dikeluarkan pada kumparan dengan menggunakan kutub utara dan kutub selatan. Sehingga diperoleh data pada tabel berikut.

Ketika sebuah batang magnet didekatkan pada kumparan, maka pada ujung kumparan akan timbul perubahan medan magnet yang berasal dari batang magnet sehingga akan menimbulkan arus dan menyebabkan jarum pada galvanometer bergerak ke kanan atau ke kiri.

Gambar 10.1. kutub utara masuk kumparan

Gambar 10.2. kutub utara keluar kumparan

Begeraknya jarum galvanometer dapat dilihat pada (gambar 10.1) dan (gambar 10.2). pada saat kutub utara dimasukkan pada kumparan, simpangan jarum galvanometer mengarah ke kanan seperti yang dapat dilihat pada (gambar 10.1). pada gambar tersebut telah tampak bahwa arah simpangan jarum galvanometer menyimpang ke kanan menentang arus yang dimiliki oleh magnet. Dan setelah batang magnet dikeluarkan dari kumparan arah jarum galvanometer menyimpang ke kiri, dapat dilihat pada (gambar 10.2). jadi, dapat diketahui bahwa ujung kumparan adalah kutub utara.

Gambar 10.3. kutub selatan masuk kumparan

Gambar 10.4. kutub selatan keluar kumparan

Pada saat kutub selatan dimasukkan pada kumparan, seperti (gambar 10.3) arah jarum galvanometer menyimpang ke kiri, melawan arah arus yang dimiliki oleh magnet. Dan pada saat kutub selatan dikeluarkan dari kumparan yang tampak pada (gambar 10.4), jarum galvanometer menyimpang ke ke kanan. Jadi, dapat diketahui bahwa ujung kumparan adalah kutub utara.

Berdasarkan hasil percobaan telah diketahui bahwa ketika kutub utara didekatkan pda kumparan, maka gari-garis medan magnet keluar dari kutub utara sehingga memberikan arus yang searah dengan lilitan kawat pada kumparan dan jika dihubungkan dengan azas Lenz yang berbunyi “Suatu arus terinduksi memiliki arah sedemikian sehingga medan magnetik yang ditimbulkan oleh arus berlawanan dengan perubahan medan magnetik yang menginduksi arus tersebut”. Maka dapat dinyatakan bahwa percobaan kali ini sudah benar dikarenakan arah simpangan jarum galvanometer selalu berlawanan dengan arus induksi yang ditimbulkan oleh medan magnet yang didekatkan pada kumparan.

V. SIMPULAN

                Arah arus induksi dalam suatu penghantar (kumparan) menentang arah medan magnet yang menimbulkannya. Gaya gerak listrik (ggl) terjadi pada saat suatu kumparan mengalami perubahan medan magnet. Ggl akan menghasilkan arus listrik yang bisa dibaca pada Galvanometer. Dengan mendekatkan magnet pada kumparan akan menimbulkan arus listrik dan dengan melakukan gerakkan naik turun pada maknet secara perlahan ataupun cepat akan terjadi perubahan fluks magnetik serta akan menyebabkan arus induksi yang membuat jarum galvanometer bergerak. Pada percobaan dengan memasukkan kutub utara magnet kekumparan arah simpangan jarum galvanometer kekanan, berarti menentang arah arus yang dimiliki oleh magnet. Dapat dinyatakan bahwa ujung kumparan adalah kutub utara. Dan dengan memasukkan kutub selatan pada kumparan simpangan jarum galvanometer ke kiri, dapat diketahui pula bahwa ujung kumparan adalah kutub utara.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum Azas Lenz yaitu Bastomi Saputra yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Giancoli, Dougles. 1998. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Jakarta : Erlangga

[2]   Halliday, Resnick. 0. Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas Jilid 2. Tangerang : BINARUPA AKSARA Publisher

[3]   Sears, Zemansky. 1999. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta : Erlangga

[4]   Sri Handayani dan Ari Damari. 2009. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta : Depdiknas

[5]   Tim Dosen Pendidikan Fisika. 2015. Modul Praktikum Fisika Dasar II. Banjarmasin : Universitas Lambung Mangkurat

[6]   Tipler. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga