Hukum Lenz - Induksi Elektromagnetik

Hukum Lenz

Hukum induksi elektromagnetik Lenz menyatakan bahwa arah arus yang diinduksi dalam konduktor oleh medan magnet yang berubah (sesuai hukum induksi elektromagnetik Faraday ) sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakan oleh arus induksi menentang perubahan medan magnet awal yang menghasilkannya. Arah aliran arus ini diberikan oleh aturan kaidah tangan kanan.

Ini mungkin sulit untuk dipahami pada awalnya, jadi mari kita lihat sebuah contoh soal.

Ingatlah bahwa ketika arus diinduksi oleh medan magnet, medan magnet yang dihasilkan oleh arus induksi ini akan menciptakan medan magnetnya sendiri.

Medan magnet ini akan selalu sedemikian rupa sehingga melawan medan magnet yang awalnya menciptakannya.

Pada contoh di bawah, jika medan magnet "B" meningkat – seperti yang ditunjukkan pada (1) – medan magnet induksi akan bertindak berlawanan dengannya.

Ketika medan magnet "B" berkurang - seperti yang ditunjukkan pada (2) - medan magnet yang diinduksi akan kembali bertindak berlawanan dengannya. Tapi kali ini 'berlawanan' berarti bertindak untuk meningkatkan medan – karena berlawanan dengan penurunan laju perubahan.

Hukum Lenz didasarkan pada hukum induksi Faraday. Hukum Faraday memberi tahu kita bahwa medan magnet yang berubah akan menginduksi arus dalam konduktor .

Hukum Lenz memberi tahu kita arah arus induksi ini, yang menentang perubahan medan magnet awal yang menghasilkannya. Hal ini ditandai dalam rumus hukum Faraday dengan tanda negatif ('–').

Perubahan medan magnet ini dapat disebabkan oleh perubahan kekuatan medan magnet dengan menggerakkan magnet menuju atau menjauh dari kumparan, atau menggerakkan kumparan masuk atau keluar dari medan magnet.

Dengan kata lain, kita dapat mengatakan bahwa besarnya EMF yang diinduksi dalam rangkaian sebanding dengan laju perubahan fluks .

Rumus Hukum Lenz

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

Tanda negatif yang digunakan dalam hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik menunjukkan bahwa EMF induksi (ε) dan perubahan fluks magnet (δΦ B ) memiliki tanda yang berlawanan. Rumus untuk hukum Lenz ditunjukkan di bawah ini:

Di mana:

• ∈ = ggl induksi
• B = perubahan fluks magnet
• N = Jumlah lilitan dalam kumparan

Hukum Lenz dan Kekekalan Energi

Untuk mematuhi kekekalan energi, arah arus yang diinduksi melalui hukum Lenz harus menciptakan medan magnet yang melawan medan magnet yang menciptakannya. Sebenarnya, hukum Lenz adalah konsekuensi dari hukum kekekalan energi.

Mengapa Anda bertanya? Yah, mari kita berpura-pura bukan itu masalahnya dan lihat apa yang terjadi.

Jika medan magnet yang dihasilkan oleh arus induksi searah dengan medan yang menghasilkannya, maka kedua medan magnet ini akan bergabung dan menciptakan medan magnet yang lebih besar.

Gabungan medan magnet yang lebih besar ini, pada gilirannya, akan menginduksi arus lain di dalam konduktor dua kali lipat dari arus induksi asli.

Dan ini, pada gilirannya, akan menciptakan medan magnet lain yang akan menginduksi arus lain. Dan seterusnya.

Jadi kita dapat melihat bahwa jika hukum Lenz tidak menentukan bahwa arus induksi harus menciptakan medan magnet yang menentang medan yang menciptakannya – maka kita akan berakhir dengan loop umpan balik positif tanpa akhir, melanggar kekekalan energi (karena kita secara efektif menciptakan sumber energi tak berujung).

Hukum Lenz juga mematuhi hukum ketiga Newton tentang gerak (yaitu untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah).

Jika arus induksi menciptakan medan magnet yang sama besar dan berlawanan dengan arah medan magnet yang menciptakannya, maka hanya ia yang dapat menahan perubahan medan magnet di daerah tersebut. Hal ini sesuai dengan hukum ketiga Newton tentang gerak.

Penjelasan Hukum Lenz

Untuk lebih memahami hukum Lenz, mari kita pertimbangkan dua kasus:

Kasus 1 : Ketika magnet bergerak menuju kumparan.

Ketika kutub utara magnet mendekati kumparan, fluks magnet yang menghubungkan kumparan meningkat. Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, ketika ada perubahan fluks, EMF, dan karenanya arus diinduksi dalam kumparan dan arus ini akan menciptakan medan magnetnya sendiri.

Sekarang menurut hukum Lenz, medan magnet yang diciptakan ini akan menentangnya sendiri atau kita dapat mengatakan menentang peningkatan fluks melalui koil dan ini hanya mungkin jika sisi koil yang mendekat mencapai polaritas utara, seperti yang kita ketahui kutub yang sama saling tolak.

Setelah kita mengetahui polaritas magnet sisi kumparan, kita dapat dengan mudah menentukan arah arus induksi dengan menerapkan aturan tangan kanan. Dalam hal ini, arus mengalir berlawanan arah jarum jam.

Kasus 2 : Ketika magnet bergerak menjauh dari kumparan

Ketika kutub utara magnet menjauh dari kumparan, fluks magnet yang menghubungkan kumparan berkurang. Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, EMF dan karenanya arus diinduksi dalam koil dan arus ini akan menciptakan medan magnetnya sendiri.

Sekarang menurut hukum Lenz, medan magnet yang diciptakan ini akan menentangnya sendiri atau kita dapat mengatakan menentang penurunan fluks melalui koil dan ini hanya mungkin jika sisi koil yang mendekat mencapai polaritas selatan, seperti yang kita ketahui kutub yang berbeda menarik satu sama lain.

Setelah kita mengetahui polaritas magnet sisi kumparan, kita dapat dengan mudah menentukan arah arus induksi dengan menerapkan aturan tangan kanan. Dalam hal ini, arus mengalir searah jarum jam.

Perhatikan bahwa untuk mencari arah medan magnet atau arus, gunakan aturan ibu jari tangan kanan yaitu jika jari-jari tangan kanan diletakkan di sekitar kawat sehingga ibu jari menunjuk ke arah aliran arus, maka jari-jari yang melengkung akan menunjukkan arah medan magnet yang dihasilkan oleh kawat.

Hukum Lenz dapat dinyatakan sebagai berikut:

Jika fluks magnet yang menghubungkan sebuah kumparan meningkat, arah arus dalam kumparan akan sedemikian rupa sehingga akan melawan kenaikan fluks dan karenanya arus induksi akan menghasilkan fluksnya dalam arah seperti yang ditunjukkan di bawah ini (menggunakan ibu jari tangan kanan Fleming aturan)

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

Aplikasi Hukum Lenz

Penerapan hukum Lenz antara lain:

• Hukum Lenz dapat digunakan untuk memahami konsep energi magnet yang tersimpan dalam sebuah induktor . Ketika sumber ggl dihubungkan melalui sebuah induktor, arus mulai mengalir melaluinya. GGL balik akan melawan kenaikan arus yang melalui induktor ini. Untuk membangun aliran arus, sumber eksternal ggl harus melakukan beberapa pekerjaan untuk mengatasi oposisi ini. Pekerjaan ini dapat dilakukan oleh ggl yang disimpan dalam induktor dan dapat dipulihkan setelah melepaskan sumber ggl eksternal dari rangkaian.
• Hukum ini menunjukkan bahwa ggl induksi dan perubahan fluks memiliki tanda yang berlawanan yang memberikan interpretasi fisik dari pilihan tanda dalam hukum induksi Faraday.
• Hukum Lenz juga berlaku untuk generator listrik. Ketika arus diinduksi dalam generator, arah arus induksi ini sedemikian rupa sehingga melawan dan menyebabkan rotasi generator (sesuai dengan hukum Lenz) dan karenanya generator membutuhkan lebih banyak energi mekanik. Ini juga menyediakan ggl balik dalam kasus motor listrik .
• Hukum Lenz juga digunakan dalam pengereman elektromagnetik dan kompor induksi.

Sejarah Hukum Lenz

Hukum Lenz menyatakan bahwa arah arus yang diinduksi dalam konduktor oleh medan magnet yang berubah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakan oleh arus induksi menentang perubahan medan magnet awal yang menghasilkannya.

Hukum Lenz dinamai ilmuwan Jerman HFE Lenz pada tahun 1834. Hukum Lenz mematuhi hukum ketiga Newton tentang gerak (yaitu untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah) dan kekekalan energi (yaitu energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dan oleh karena itu jumlah semua energi dalam sistem adalah konstan).