Contoh soal Induksi Elektromagnetik GGL Induksi

10 Contoh soal Induksi Elektromagnetik GGL Induksi

1. Suatu generator mempunyai kumparan dengan jumlah lilitan N dan luas penampang A. Kumparan berada dalam medan magnet B, kemudian diputar dengan kecepatan sudut ω sehingga timbul GGL induksi maksimum 50 volt. Jika medan magnet berubah menjadi 1/2 kali semula dan kecepatan sudutnya berubah menjadi 4 kali semula, maka besar GGL induksi maksimum menjadi…

A. 25 volt

B. 50 volt

C. 100 volt

D. 200 volt

E. 250 volt

Pembahasan

Diketahui :

Jumlah lilitan 1 (N₁) = N

Luas penampang 1 (A₁) = A

Medan magnet 1 (B₁) = B

Kecepatan sudut 1 (ω₁) = ω

GGL induksi maksimum 1 (ε₁) = 50 Volt

Medan magnet 2 (B₂) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5

Kecepatan sudut 2 (ω₂) = 4ω = 4(1) = 4

Ditanya : Besar GGL induksi maksimum 2 (ε₂)

Jawab :

Persamaan GGL induksi maksimum :

ε_maks = N B A ω

Keterangan :

ε_maks = ggl induksi maksimum, N = jumlah lilitan, B = medan magnet, A = luas penampang, ω = kecepatan sudut

GGL induksi maksimum 1 (ε₁) :

ε_maks = N B A ω

Jika ω = 1 dan B = 1 maka

50 = N (1) A (1)

50 = N A

GGL induksi maksimum 2 (ε₂) :

ε_maks = N B A ω

NA = 50, B =0,5, ω = 4

ε_maks = (50)(0,5)(4)

ε_maks = 100

Jawaban yang benar adalah C.

2. Agar GGL maksimum yang dihasilkan generator menjadi 1/2 kali semula, maka besaran yang harus diubah berdasarkan pernyataan di bawah ini adalah…

A. Kecepatan sudut dan jumlah lilitan dijadikan 2 kali semula

B. Induksi magnet dan frekuensinya dijadikan 2 kali semula

C. Luas penampang dijadikan 2 kali semula dan periodenya 4 kali semula

D. Jumlah lilitan dan periodenya dijadikan 4 kali semula

E. Frekuensi dan periodenya dijadikan 2 kali semula

Pembahasan

Persamaan GGL induksi maksimum :

ε_maks = N B A ω

Keterangan :

ε_maks = ggl induksi maksimum, N = jumlah lilitan, B = medan magnet, A = luas penampang, ω = kecepatan sudut

Jika N = 1, B = 1, A = 1, ω = 1 maka ε_maks = N B A ω = (1)(1)(1)(1) = 1

A. Kecepatan sudut (ω) dan jumlah lilitan (N) dijadikan 2 kali semula

ε_maks = N B A ω

ε_maks = (2)(1)(1)(2)

ε_maks = 4

B. Induksi magnet (B) dan frekuensinya (f) dijadikan 2 kali semula

Rumus kecepatan sudut (ω) = 2πf. Frekuensi berbanding lurus sehingga jika frekuensi (f) dijadikan 2 kali semula maka kecepatan sudut (ω) menjadi 2 kali semula.

ε_maks = N B A ω

ε_maks = (1)(2)(1)(2)

ε_maks = 4

C. Luas penampang (A) dijadikan 2 kali semula dan periodenya 4 kali semula

Rumus kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π/T. Periode berbanding terbalik sehingga jika periode menjadi 4 kali semula maka kecepatan sudut menjadi 1/4 kali semula.

ε_maks = N B A ω

ε_maks = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4

ε_maks = 1/2

D. Jumlah lilitan (N) dan periodenya (T) dijadikan 4 kali semula

Rumus kecepatan sudut (ω) = 2πf = 2π/T. Periode berbanding terbalik sehingga jika periode menjadi 4 kali semula maka kecepatan sudut menjadi 1/4 kali semula.

ε_maks = N B A ω

ε_maks = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4

ε_maks = 1

E. Frekuensi (f) dan periodenya (T) dijadikan 2 kali semula

Frekuensi berbanding lurus sehingga jika frekuensi (f) dijadikan 2 kali semula maka kecepatan sudut (ω) menjadi 2 kali semula. Periode berbanding terbalik sehingga jika periode menjadi 2 kali semula maka kecepatan sudut menjadi 1/2 kali semula. Hasil akhir, kecepatan sudut bernilai tetap.

ε_maks = N B A ω

ε_maks = (1)(1)(1)(1)

ε_maks = 1

Jawaban yang benar adalah C.

3. Fluks magnetik pada sebuah kumparan dengan 1.000 lilitan meningkat dari 0,03 Wb menjadi 0,04 Wb dalam waktu 0,2 sekon sehingga nilai GGL yang dihasilkan sebesar E₁. Jika kumparan yang sama terjadi perubahan fluks magnetik dari 0,02 Wb menjadi 0,04 Wb dalam waktu 0,1 sekon, nilai GGL induksi yang dihasilkan sebesar E₂. Perbandingan E₁ dan E₂ adalah…

A. 1 : 1

B. 1 : 2

C. 1 : 4

D. 2 : 1

E. 4 : 1

Pembahasan

Diketahui :

Jumlah lilitan (N) = 1000

Perubahan fluks 1 (Δφ₁) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb

Selang waktu 1 (Δt₁) = 0,2 sekon

GGL induksi 1 = E₁

Perubahan fluks 2 (Δφ₁) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb

Selang waktu 2 (Δt₂) = 0,1 sekon

GGL induksi 2 = E₂

Ditanya : E₁ : E₂

Jawab :

Perbandingan E₁ dan E₂ :

E₁ : E₂

50 : 200

1 : 4

Jawaban yang benar adalah C.

4. Sebuah kumparan menembus medan magnet homogen secara tegak lurus sehingga terjadi GGL induksi. Jika kumparan diganti dengan kumparan lain yang mempunyai lilitan 2 kali jumlah lilitan kumparan semula dan laju perubahan fluksnya tetap, maka perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir adalah…

A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 3 : 1
E. 3 : 2

Pembahasan
Diketahui :
Jumlah lilitan (N) awal = 1
Jumlah lilitan (N) akhir = 2
Laju perubahan fluks awal (ΔØ_B / Δt) = laju perubahan fluks akhir (ΔØ_B / Δt)
Ditanya : Perbandingan GGL induksi mula-mula dan akhir
Jawab :

Rumus hukum induksi Faraday :
E = -N (ΔØ_B / Δt)
Keterangan : E = ggl induksi, N = jumlah lilitan, ΔØ_B / Δt = laju perubahan fluks
Perbandingan GGL induksi awal dan akhir :
E awal : E akhir
-N (ΔØ_B / Δt) : -N (ΔØ_B / Δt)
1 : 2
Jawaban yang benar adalah B.

5. Pada keadaan awal (1) fluks magnetik berubah sebesar 5 Wb selama 2 detik pada sebuah kumparan yang mempunyai 20 lilitan. Pada keadaan (2) untuk perubahan fluks yang sama dibutuhkan waktu 8 detik. Perbandingan GGL induksi keadaan (1) dan (2) adalah…

A. 1 : 1
B. 2 : 1
C. 3 : 1
D. 4 : 1
E. 4 : 3

Pembahasan
Diketahui :
Laju perubahan fluks (ΔØ_B / Δt) awal = 5/2
Laju perubahan fluks (ΔØ_B / Δt) akhir = 5/8
Jumlah lilitan (N) = 20
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØ_B / Δt) : -N (ΔØ_B / Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4 : 1
Jawaban yang benar adalah D.

6. Fluks magnetik kumparan pertama mempunyai 200 lilitan berubah sebesar 0,06 Wb dalam waktu 0,4 s. Pada kumparan kedua, fluks magnetiknya berubah sebesar 0,08 Wb dalam waktu 0,2 s. Bila jumlah lilitan kumparan kedua diganti separuh jumlah lilitan kumparan pertama maka perbandingan GGL induksi kumparan pertama dan kedua adalah…
A. 2 : 3
B. 3 : 1
C. 3 : 4
D. 3 : 5
E. 3 : 8
Pembahasan
Diketahui :
Laju perubahan fluks (ΔØ_B / Δt) awal = 0,06/0,4
Jumlah lilitan (N) awal = 200
Laju perubahan fluks (ΔØ_B / Δt) akhir = 0,08/0,2
Jumlah lilitan (N) akhir = 100
Ditanya : Perbandingan GGL induksi awal dan akhir
Jawab :
E awal : E akhir
-N (ΔØ_B / Δt) : -N (ΔØ_B / Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3 : 0,4
3 : 4

7. Di antara faktor-faktor berikut :

(1) Jumlah lilitan kumparan

(2) Laju perubahan fluks magnetik

(3) Arah medan magnetik

Yang memperbesar GGL induksi adalah….

A. (1), (2), dan (3)

B. (1) dan (2) saja

C. (1) dan (3) saja

D. (1) saja

E. (2) saja

Pembahasan

GGL adalah singkatan dari Gaya Gerak Listrik. Dengan kata lain, GGL adalah sumber arus listrik seperti baterai dll. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Faraday ditemukan bahwa walaupun medan magnet konstan tidak dapat menghasilkan arus listrik tetapi perubahan medan magnet dapat menghasilkan arus listrik. Arus listrik yang dihasilkan ini dinamakan arus induksi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi GGL induksi dapat ditentukan menggunakan hukum induksi Faraday, secara matematis dinyatakan dengan rumus :

Tanda negatif pada rumus di atas menjelaskan bahwa arah medan magnet yang dihasilkan oleh arus induksi selalu berlawanan dengan arah medan magnet yang menghasilkan arus induksi.

Keterangan :

N = jumlah lilitan kumparan, B = medan magnetik, A = luas permukaan loop,  θ = sudut antara medan magnet (B) dengan garis yang tegak lurus permukaan kumparan (A).

Jika B tegak lurus permukaan kumparan maka θ = 0^o sehingga Φ_B = B A cos 0^o = B A (1) = B A.

Jika B sejajar permukaan kumparan maka θ = 90^o sehingga Φ_B = B A cos 90^o = B A (0) = 0.

Berdasarkan rumus di atas disimpulkan bahwa yang memperbesar GGL induksi adalah jumlah lilitan kumparan (N), laju perubahan fluks magnetik dan arah medan magnetik (θ).

Jawaban yang benar adalah A.

8. Di antara faktor-faktor berikut :

(1) jumlah lilitan kumparan

(2) laju perubahan fluks magnetik

(3) hambatan luar

Yang mempengaruhi GGL induksi pada kumparan adalah….

A. (1) dan (3)

B. (1) dan (2)

C. (2) saja

D. (2) dan (3)

E. (3) saja

Pembahasan

Jawaban yang benar adalah B.

9. Perhatikan gambar berikut! Jika arus listrik I dialirkan pada kawat AB maka arah gaya magnetik yang dialami kawat AB adalah…

A. Ke arah B
B. Ke kiri
C. Ke kanan
D. Tegak lurus masuk bidang kertas
E. Tegak lurus keluar bidang kertas

Pembahasan
Diketahui :
Arah arus listrik = A ke B (ke bawah)
Arah medan magnet = kutub utara ke kutub selatan magnet (ke kanan)
Ditanya : Arah gaya magnet
Jawab :

Aturan tangan kanan
Rentangkan tangan kanan, tegakkan ibu jari dan rapatkan keempat jari yang lain. Atur agar keempat jari menunjukan arah medan magnet (B) dan ibu jari menunjukan arah gerak muatan (v). Jika muatan listrik positif, telapak tangan kanan menuju arah gaya magnet (F). Jika muatan negatif, punggung tangan kanan menuju arah gaya magnet (F).

Arah arus listrik konvensional seperti pada soal di atas sama dengan arah muatan listrik positif. Jika diterapkan aturan tangan kanan maka arah gaya magnet adalah tegak lurus keluar bidang kertas atau menuju mata pembaca.
Jawaban yang benar adalah E.

10. Kawat lurus berarus I diletakkan di antara dua kutub magnet seperti gambar. Arah gaya magnet pada kawat adalah searah dengan…

A. Sumbu z positif
B. Sumbu z negatif
C. Sumbu y positif
D. Sumbu y negatif
E. Sumbu x positif

Pembahasan
Diketahui :
Arah arus listrik = ke kiri
Arah medan magnet = utara ke selatan (ke atas)
Ditanya : Arah gaya magnet
Jawab :
Jika diterapkan aturan tangan kanan maka arah gaya magnet adalah tegak lurus masuk bidang kertas atau menjauhi mata pembaca atau searah sumbu z negatif.
Jawaban yang benar adalah B.

Sumber soal:

Soal UN Fisika SMA/MA