Modul Fisika

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK DAN HUKUM FARADAY

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Pengembangan Bahan Ajar Fisika
Dosen Pengampu : Rudi Haryadi, M.PFis.

Oleh :
Kelompok 15

Agus Sumarna (2280190005)
Hanifa Nur'aini Al Kansaa (2280190007)
Riza Nurmala (2280190017)

Kelas : A Fisika 2019

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
2020

Kompetensi Dasar yang akan Anda miliki setelah mempelajari Bab ini adalah mampu untuk:
• Menganalisis fenomena induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari.
• Melakukan percobaan tentang induksi elektromagnetik berikut presentasi hasil percobaan
dan pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari.

Karakter yang Dikembangkan:

• Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang
dianutnya.

• Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab,
peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun,
responsif, dan proaktif sebagai bagian dari solusi atas
berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif
dengan lingkungan sosial dan alam serta menempatkan diri
sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

Induksi
Elektromagnetik

GGL Aplikasi
Induksi

Hukum Hukum induktor Generator Transformator Arus
Faraday Lenz Listrik Pusar

Kata Kunci

• Arus Induksi
• Fluks Magnetik
• GGL Induksi
• Hukum Faraday
• Hukum Lenz
• Induktor
• Generator
• Transformator
• Induktasi Diri

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK DAN HUKUM FARADAY

Pada gambar ditunjukkan rangkaian sebuah generator sederhana dengan kumparan satu
lilitan. Terminal lampu tidak dihubungkan ke suplai daya listrik, melainkan hanya dihubungkan pada
ujung-ujung kumparan melalui sikat-sikat yang menempel pada cincin. Ketika poros kumparan tidak
diputar, lampu tidak berpijar. Ketika poros kumparan diputar, lampu akan berpijar. Semakin cepat
poros diputar, semakin terang lampu berpijar. Seperti ditunjukkan oleh grafik, GGL yang dihasilkan
pada ujung-ujung kumparan adalah GGL AC. Mengapa hanya dengan memutar kumparan dalam ruang
antar kutub U-S sebuah magnet kuat dapat membuat lampu berpijar? Mengapa GGL yang dibangkitkan
oleh kumparan adalah GGL AC? Bagaimana perubahan desainnya agar dihasilkan GGL AC? Untuk
mengetahuinya, ayo pelajari bab ini dengan senang dan antusias.

Sebelum mempelajari materi subbab ini, kerjakan soal-soal berikut di buku latihan anda. Jika
berhasil mengerjakannya dengan baik, Anda akan mudah mempelajari materi berikutnya.

1. Bagaiman cara membangkitkan arus induksi dengan menggunakan seutas kawat dan
sebuah magnet tetap bentuk U?

2. Tuliskan persamaan gaya magnetik pada penghantar berarus yang berada dalam suatu
daerah medan magnetik.

3. Tuliskan besar induksi magnetik pada pusat solenoida dan toroida berarus.
4. Tuliskan bunyi kaidah tangan kanan untuk medan magnetik dan kaidah tangan kanan

untuk gaya magnetik.

A. Konsep Induksi Elektromagnetik
Pada bab sebelumnya, kita telah mempelajari bagaimana Christian Oersted

menemukan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnetik di sekitarnya. Michael
Faraday berpikir bahwa peristiwa kebalikannya juga harus berlaku, yaitu medan magnetic
dapat menimbulkan arus listrik. Pada tahun 1822, Michael Faraday menulis suatu tujuan
dalam buku catatannya: “mengubah magnet menjadi listrik.” Faraday mencoba beberapa
kombinasi medan magnetik dan kawat namun tidak berhasil. Setelah kira-kira sepuluh tahun,
akhirnya ia dapat menginduksikan arus dengan menggerak-gerakkan seutas kawat melalui
suatu daerah medan magnetik.

Gambar 21.1 Percobaan Michael Faraday untuk menemukan bahwa medan magnetik dapat
menimbulkan arus listrik (kebalikan prinsip yang ditemukan oleh Oersted).

Michael Faraday menemukan bahwa GGL terjadi pada kawat penghantar yang berada
di dalam bidang magnetik dan bidang magnetik itu berubah. Gejala timbulnya arus listrik pada
suatu penghantar karena pengaruh medah magnetik yang berubah disebut induksi
elektromagnetik. GGL pada penghantar yang terjadi pada peristiwa induksi elektromagnetik
ini disebut GGL induksi dan arus listrik yang timbul disebut arus induksi.

1. Konsep Fluks Magnet
Fluks magnetik divisualisasikan sebagai sejumlah garis medan magnetik yang

memotong tegak lurus suatu bidang. Fluks magnetik (Փ) didefinisikan sebagai hasil kali
antara komponen induksi magnetik tegak lurus bidang B ⊥ dengan luas bidang A.

Gambar 21.2 Fluks Magnetik.

Փ = B⊥A = (B cos )A (21.1)
Փ = BA cos (21.2)

Dengan adalah sudut apit sudut apit terkecil antara arah induksi magnetik B dengan
arah normal bidang n (lihat Gambar 21.3) adalah arah tegak lurus terhadap bidang.

Gambar 21.3 Ketika menghitung fluks magnetik, komponen induksi magnetik yang sejajar
arah normal bidang harus digunakan; komponen ini adalah B cos .

2. GGL Induksi pada Kawat yang Memotong Medan Magnetik
Percobaan untuk membangkitkan GGL induksi pada ujung-ujung sebuah solenoide

dengan cara menggerakkan sebuah magnet batang masuk-keluar solenoide.

Gambar 21.4 Menyeidiki timbulnya GGL induksi

Dari Gambar 21.4, dapat disimpulkan bahwa beda potensial antara ujung-ujung
kumparan (solenoide) disebut gaya gerak listrik induksi yang disebabkan oleh adanya
perubahan fluks magnetik (Փ) yang memotong kumparan dapat bertambah atau
berkurang. Tentu saja polaritas GGL induksi untuk fluks magnetik yang bertambah akan
berlawanan dengan fluks magnetik yang berkurang.

Pada loop kawat PQRS, yang sebagian berada dalam daerah medan magnetik,
sedangkan sebagian bagian lainnya berada di luar. Dengan keadaan awal loop diam dan
amperemeter menunjuk nol. Bila loop digerakkan ke kiri, jarum amperemeter
menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa loop PQRS mengalir arus listrik dengan arah
yang dilukiskan pada Gambar 21.5 Arus yang terjadi dinamakan arus induksi. Arus listrik
terjadi karena aadanya beda potensial antara P dan Q. Beda potensial ini disebut gaya
gerak listrik (GGL) induksi.

Gambar 21.5 Selama loop kawat ditarik melintasi medan magnetik oleh suatu gaya luar,
arus diinduksikan ke dalam loop. Perhatikan sebagian loop ada dalam daerah medan
magnetik, sedangkan sebagian lainnya berada diluarnya.

a. Cara Mudah Mengingat Arah Arus Induksi

Gambar 21.6 Vektor kecepatan konduktor PQ V, vektor induksi magnetik B, dan
arah arus induksi I dari rangkaian 21.5

Gambar 21.6 adalah gambar dari vektor kecepatan konduktor PQ v, vektor
induksi magnetik B dan arah arus induksi I yang dihasilkan oleh rangkaian

Gambar 21.5. Analogi dengan gaya Lorentz, arah arus induksi I pada kawat PQ
juga dapat kita tentukan dengan kaidah telapak tangan kanan.

Kaidah telapak tangan untuk arah arus induksi dengan buka telapak tangan
kanan dengan keempat jari selain jempol dirapatkan. Arahkan keempat jari sesuai
dengan arah induksi magnetik B kemudian putar jempol sehingga menunjuk
sesuai dengan arah kecepatan v, maka arah telapak tangan mendorong
menunjukkan arah induksi dalam kawat atau penghantar.

CATATAN Gambar 21.7 Kaidah telapak tangan kanan untuk arus induksi dalam kawat atau
penghantar.
Kaidah
Telapak b. Perumusan Besar GGL Induksi
tangan untuk Terdapat tiga faktor yang mempengaruhi besar GGL ℰ, yaitu panjang
arus induksi
koduktor , induksi magnetik B, dan kecepatan gerak konduktor v. Telah
Buka telapak diketahui bahwa kawat PQ berarus dengan panjang , akan bekerja gaya
tangan kanan magnetik yang disebabkan oleh medan magnetik B, sesuai dengan persamaan
dengan berikut.
keempat jari
selain jempol F = I B sin
dirapatkan. Arus dalam kawat PQ tegak lurus medan magnetik sehingga = 90°
Arahkan
keempat jari F = I B sin 90° (sin 90° = 1)
sesuai dengan
arah induksi F = I B (21.3)
magnetik B.
Kemudian dengan
putar jempol F = gaya Lorentz (N),
sehingga B = induksi magnet atau kuat medan magnet (Wb/ 2),
menunjuk I = arus induksi atau arus listrik (A), dan
sesuai arah = panjang penghantar (m).
kecepatan v,
maka arah
telapak tangan
mendorong
menunjukkan
arah arus
induksi dalam
kawat atau
penghantar.

Jika menggunakan kaidah telapak tangan kanan maka akan didapatkan gaya
magnetik F berarah ke kanan sehingga cenderung melawan arah gerakan (ke
kiri). Untuk menjaga agar loop kawat bergerak dengan laju tetap ke kiri, gaya
magnetik F harus diseimbangkan dengan suatu gaya luar ( ) yang besarnya

sama tetapi arahnya ke kiri. Gaya luar ini dikerjakan oleh tarikan tangan kita ke
kiri. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

= ─F = ─I B

Gaya tarikan ke kiri dikatakan melakukan usaha. Selama selang waktu ∆ , kita

telah menarik loop kawat sepanjang jarak ∆ = ∆ . Usaha yang kita lakukan

selama penarikan ini adalah sebagai berikut.

= ∆ = (─ )( ∆ ) .… (*)
= ─ ∆

Energi per muatan yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus dalam loop

kawat inilah yang disebut gaya gerak listrik (ℰ) yang dirumuskan sebagai berikut.

= ℰ (21.4)



Apabila jumlah muatan yang melewati setiap titik dalam rangkaian selama
selang waktu ∆ adalah = ∆ , energi total yang diperlukan untuk
menggerakkan muatan adalah sebagai berikut.

= ℰ

= ℰ ∆ ….(**)

Usaha yang diperlukan untuk mengalirkan arus dalam loop kawat

(persamaan (**)) sama dengan usaha yang kita perlukan dalam penarikan loop

kawat (persamaan (*)).

ℰ ∆ = ─ ∆

ℰ = ─ Bv

(21.5)

Dari Persamaan (21.5) dapat kita nyatakan kesimpulan sebagai berikut.

GGL induksi pada ujung-ujung sebuah
penghantar yang digerakkan memotong tegak lurus
suatu medan magnetik adalah :

1. Sebanding dengan panjang penghantar ,

2. Sebanding dengan besar induksi magnetik B,

3. Sebandingdengan kecepatan penghantar
digerakkan v.

Persamaan (21.5) berlaku jika hanya pengantar lurus dengan penghantar
lurus dengan panjang digerakkan memotong tegak lurus medan magnetik (v ⊥

B). Untuk kasus umum, yaitu kecepatan v membentuk sudut terhadap medan
magnetik B (Gambar 21.8) berlaku persamaan umum berikut.

Gambar 21.8 Penghantar lurus memotong tegak lurus

medan magnetik

ℰ = Bv sin

(21.6)

3. Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik

Gambar 21.9 Hukum faraday tentang induksi elektromagnetik

Persamaan faraday atau hukum faraday berbunyi sebagai berikut.

GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung suatu
penghantar atau kumparan adalah sebanding dengan laju
perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop
penghantar atau kumparan tersebut.

Jika terdapat banyak lilitan kumparan = N, GGL induksi pada ujung-ujung kumparan
diberikan oleh persamaan berikut.

ℰ = ─N ∆Փ = ─N Փ2−Փ1 (21.7)

∆ ∆

dengan Փ1 dan Փ2 berturut-turut adalah fluks magnetik pada keadaan awal dan akhir.
Jika perubahan fluks magnetik terjadi dalam selang waktu singkat (∆ → 0), GGL

induksi pada ujung-ujung kumparaang diberikan oleh persamaan berikut.

ℰ = ─N lim ∆Փ

∆ →0 ∆

ℰ = ─N Փ (21.8)



keterangan :
N = Banyaknya lilitan kumparan
ℰ = GGL Induksi (volt)
∆Փ = Perubahan fluks magnetik (Wb)

Tanda negatif pada persamaan Faraday (Persamaan (21.7) dan Persamaan (21.8))
berasal dari hukum Lenz yang merupakan konsekuensi dari hukum kekekalan energi.

a. GGL Induksi oleh Perubahan Luas Bidang Kumparan
Timbulnya GGL induksi akibat perubahan luas bidang kumparan A (B dan tetap),

melingkupi fluks magnetik yang telah dibahas. Persamaan Faraday untuk kasus luas
bidang A berubah (B dan tetap) adalah sebagai berikut :

ℰ = ─NB ∆ = -NB ( 2− 1)

∆ ( 2− 1)

(21.9)

b. GGL Induksi oleh Peubahan Besar Induksi Magnetik

GGL induksi yang ditimbulkan oleh perubahan besar induksi magnetik adalah

transformator. Persamaan Faraday untuk kasus besar induksi magnetik B berubah (A

dan tetap) adalah sebagai berikut :

ℰ = ─NA ∆ = -NA ( 2− 1) (21.10)

∆ ( 2− 1)

c. GGL Induksi Akibat Perubahan Orientasi Bidang Kumparan
Contoh GGL yang ditimbulkan oleh perubahan orientasi bidang kumparan adalah

generator. Persamaan Faraday untuk kasus orientasi sudut berubah (A dan B tetap)
adalah seagai berikut :

ℰ = ─NBA ∆ cos = -NBA (cos 2−cos 1) (21.11)

∆ ( 2− 1)

4. Hukum Lenz tentang Arah Arus Induksi
Dengan menggunakan hukum Faraday, kita dapat menghitung besar GGL induksi pada

ujung-ujung loop atau arus induksi yang tidak dapat menentukan polaritas GGL induksi
atau arah arus induksi melalui loop. Dengan melalui hukum Lenz kita dapat menentukan
arah arus induksi melalui sebuah loop.

Gambar 21.10 Hukum Lenz

Hukum Lenz berbunyi, “Polaritas GGL induksi selalu
sedemikian rupa sehingga arus induksi yang ditimbulkannya
selalu menghasilkan fluks induksi yang menentang
perubahan fluks utama yang melalui loop. Ini berarti induksi
cenderung mempertahankan fluks utama awal yang melalui
rangkaian”.

5. Induktor
a. Konsep GLL Induksi Diri Sebuah Kumparan

Gambar 21.11 Rangkaian Kumparan PQ

Bila saklar ditutup maka lampu akan meyala, dan sebagian arus membentuk
medan magnet dan berubah dari 0 ke maksimum. Karena kumparan mengalami
perubahan medan magnet maka kumparan akan timbul GGL balik, dan terbukti saat
saklar dibuka lampu masih menyala dan lama-lama akan mati.

Fluks induksi Փ1 berarah ke kiri harus dihasilkan oleh sumbaer GGL induksi ℰ
polaritas baterai E. Sumber GGL induksi GGL induksi ℰ garis putu-putus (Gambar
21.11). GGL induksi ℰ yang dihasilkan dalam kumparan ini sendiri, selalu menentang
perubahan fluks utama penyebabnya, disebut GGL induksi diri. Karena polaritas GGL
ini selalu sedemikian rupa sehingga menentang penyebabnya, maka ada yang
menyebutnya sebagai GGL balik (back emf).

Bagaimakah hubungan antara GGL induksi diri ℰ dengan perubahan kuat arus
utama I yang melalui rangkaian? Ini ditunjukkan dengan cara mengubah besar kuat

arus secara cepat, yaitu dengan menggeser-geser kontak luncur rheostat. Pengamatan
menujukkan bahwa jika kuat arus diperbesar secara cepat dengan memperkecil
hambatan rheostat, GGL induksi diri ℰ (terbaca dalam voltmeter V) bertambah besar.
Dapat disimpulkan bahwa GGL induksi diri sebanding dengan laju perubahan kuat
arus terhadap waktu .



ℰ = ─L (21.12)



dengan L disebut induktansi diri.

Jika laju perubahan kuat arus adalah konstan terhadap waktu, Persamaan



(21.21) menjadi sebagai berikut.

ℰ = ─L ∆ = ─L ( 2− 1) (21.13)

∆ ( 2− 1)

dengan 1 dan 2 adalah kuat arus yang melalui kumparan pada keadaan awal dan
akhir.

Persamaan (21.12) dan persamaan (21.13) dikemukakan oleh Joseph Henry,

sehingga satuan induktansi diri L dalam SI diberi nama henry (disingkat H).

Satuan Induktansi Diri
Dalam SI, satuan ℰ adalah volt, satuan ∆ adalah ampere, satuan ∆ adalah sekon,

dan satuan L adalah henry sehingga diperoleh hubungan satuan sebagai berikut.
1 H = 1

/

Definisi 1 henry adalah sebagai berikut.

Suatu kumparan memiliki induktansi diri 1 henry apabila perubahan kuat arus
listrik sebesar 1 ampere dalam 1 sekon pada kumparan tersebut menimbulkan
GGL induksi diri sebesar 1 volt.

b. Konsep Induktansi Diri Sebuah Kumparan

Persamaan induktansi diri jika penampang kumparan berisi udara kosong, yaitu :

L=NՓ (21.14)



dengan

L = induktansi diri (H)

N = banyak lilitan
Փ = fluks magnetik (Wb), dan

I = kuat arus melalui kumparan (A)

Induktansi diri untuk solenoid atau toroida jika penampangnya diisi dengan udara

yang memiliki permeabilitas relative :

L = 0 2 (21.15)



Untuk toroida = 2 r, dengan r adalah jari-jari efektif.

Induktansi Kumparan dalam Bahan
Jika induktansi solenoide dengan bahan inti dibandingkan dengan induktansi

solenoide tanpa inti (berisi udara) 0, kita peroleh persamaan berikut.

= atau = 0 (21.16)
0

Dari persamaan (21.16) dapat kita definisikan tentang permeabilitas relatif
sebagai berikut.

Permeabilitas relatif dari suatu bahan adalah nilai perbandingan antara
induktansi diri kumparan dengan bahan sebagai inti dan induktansi diri

kumparan dengan udara (ruang hampa) sebagai inti.

c. Energi yang Tersimpan dalam Induktor
Energi dalam induktor (kumparan) tersimpan dalam bentuk medan magnetik.

Persamaan energi induktor sebagai berikut :

W = 1L 2 (21.17)

2

dengan L adalah induktansi inductor (H).

Contoh soal
1. Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari

3 x 10−5Wb menjadi 5 x 10− 5Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang
timbul!
Pembahasan
Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb

2. Sebuah kumparan dengan induktansi 5 mH mengalami perubahan kuat arus yang
mengalir dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,01 sekon. Tentukan besarnya tegangan
yang timbul akibat peristiwa tersebut!
Pembahasan
Data dari soal :
Induktansi kumparan L = 5 mH = 5 x 10−3 H
Perubahan arus Δ i = 1,0 − 0,2 = 0,8 A
Selang waktu Δ t = 0,01 sekon

3. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetik dengan
kecepatan 12 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 1,8 V. Tentukan
besarnya induksi magnetik!
Penyelesaian:
Diketahui: l = 2 m; v = 12 m/s; ε = 1,8 volt
Ditanya: B = … ?
Pembahasan:
Karena V ⊥ B, maka besar induksi magnetiknya adalah:
ε = B.l.v
1,8 = B × 2 × 12
1,8 = 24 B
B = 1,8/24 = 0,075 T

DISKUSI

1. Apa perbedaan antara fluks magnetik dengan induksi magnetik?
2. Sebuah penghantar dengan panjang L tetap digerakkan dengan kecepatan v memotong

tegak lurus suatu daerah dengan medan magnetik B. Pada ujung-ujung penghantar timbul
GGL induksi. Bagaimana perubahan gaya gerak listrik induksi pada ujung-ujung
penghantar jika:

• Kecepatan gerak 2v dan medan magnetik tetap.
• Medan magnetik 2B dan kecepatan gerak tetap.
• Kecepatan gerak 2v dan medan magnet 2B?
3. Mengapa GGL induksi diri yang timbul dalam sebuah induktor sering disebut GGL balik?

B. Aplikasi Induksi Elektromagnetik
Pada Induksi Elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi dari energi mekanik

menjadi energi listrik. Konsep tersebut banyak diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari
terutama dalam bidang industri. Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi
listrik. Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator
dan dinamo.

Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet. Kumparan atau magnet
yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam
kumparan. Perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL induksi pada kumparan.

Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi
gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola
yang berulang secara periodik.

1. Generator Listrik
Generator adalah alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator

merupakan alat yang mampu mengubah putaran poros menjadi arus listrik dengan
menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Generator bekerja berdasarkan prinsip
induksi elektromagnetik yaitu dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnet
sehingga timbul GGL induksi.

Generator terdiri atas dua bagian utama. Stator atau bagian yang diam, terdiri atas
kumparan-kumparan tembaga. Kumparan ini ditanam dalam celah inti besi. Rotor terdiri atas
magnet yang menghasilkan fluks magnetik. Rotor memiliki poros yang berputar melalui pusat
stator. Jika rotor bergerak, fluks magnetik yang dilingkupi kumparan dalam stator berubah

secara periodik terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini menimbulkan GGL induksi
bolak-balik.

Generator hanya sebuah konverter energi yang mengubah energi kinetik menjadi energi
listrik. Usaha mekanik dibutuhkan untuk memutar poros generator. Usaha mekanik biasanya
dilakukan oleh air terjun atau turbin uap, yang energi putarnya berasal dari bahan bakar fosil
atau dari sebuah reaktor nuklir. Terdapat dua tipe generator, yaitu generator arus bolak-balik
(AC) atau alternator dan generator arus searah (DC) atau dinamo.
a. Alternator Generator AC (Arus Bolak-Balik)

Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik
arus bolak-balik. Generator arus bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator,
generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron
karena jumlah putaran rotor nya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator.
Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putaran rotor dengan kutub-kutub
magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator.
Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba
mengikuti kecepatan Medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala.

Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi dua yaitu:
1) Generator 1 fasa

Generator yang di mana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan
kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak
diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan
dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf U.
2) Generator 3 fasa

Generator yang di mana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan
kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi
pada stator nya ada lilitan fasa yang ke-1 ujungnya diberi tanda U-X; lilitan fasa yang
kedua ujungnya diberi tanda dengan huruf V-Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang
ketiga diberi tanda dengan huruf W-Z.

Konstruksi Generator Arus Bolak-Balik
Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama yaitu stator

yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak-balik, dan rotor yakni bagian
bergerak yang menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri
dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam
generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti stator yang terbuat dari
bahan feromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan
stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan,

rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor
silinder).

Gambar 21.12. Prinsip Kerja Generator AC. Gambar 21.13. Grafik GGL Induksi Generator
AC
(Sumber: myrightspot.com)

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang
menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah,
maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Prinsip generator ini
secara sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan akan diinduksikan pada konduktor
apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis
gaya. Hukum tangan kanan berlaku pada generator di mana menyebutkan bahwa
Terdapat hubungan antara penghantar bergerak, arah medan magnet, dan arah resultan
dari aliran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar,
telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan arah aliran elektron yang
terinduksi. Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar yang
digerakkan.

Gambar 21.14. Skema Generator AC Gambar 21.15. Skema Induksi GGL
(Sumber: fisikazone.com)

Gambar 21.14. Menunjukkan skema sebuah generator AC, di mana memiliki beberapa
kumparan yang dililitkan pada angker yang dapat bergerak dalam medan magnetik.
Sumber diputar secara mekanis dan GGL induksi pada kumparan yang berputar. Keluaran
dari generator tersebut berupa arus listrik yaitu arus bolak balik.

Gambar 21.15 menunjukkan skema induksi gaya gerak listrik di mana menunjukkan

bahwa kecepatan sesaat sisi a-b dan c-d, ketika loop diputar searah jarum jam di dalam

medan magnet seragam B GGL hanya dibangkitkan oleh gaya-gaya yang bekerja pada

bagian a-b dan c-d. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan, dapat ditentukan bahwa

arah arus induksi pada a-b mengalir dari a ke b. Sementara itu, pada sisi c-d, aliran dari c

ke d, sehingga aliran menjadi kontinu dalam loop. Besarnya GGL yang ditimbulkan dalam

a-b adalah:

ε = B.l.v

(21.18)

Persamaan tersebut berlaku jika komponen v tegak lurus terhadap B. Panjang a –

b dinyatakan oleh l. Dari gambar diperoleh v = v sin θ , dengan θ merupakan sudut antara

permukaan kumparan dengan garis vertikal. Resultan GGL yang terjadi merupakan jumlah

GGL terinduksi di a – b dan c – d, yang memiliki besar dan arah yang sama, sehingga

diperoleh:

ε = 2N.B.l.v (21.19)
sin θ.

Dengan N merupakan jumlah loop dalam kumparan. Apabila kumparan berputar

dengan kecepatan anguler konstan ω, maka besar sudutnya adalah θ =ωt . Diketahui

bahwa:

v = ω.r atau v = ω (21.20)
Dengan h adalah panjang b – c atau a – d.

Sehingga diperoleh :

ε = 2N.B.l. ω sinωt (21.21)

atau
ε = N.B.A. ωsin ωt

(21.22)

Dengan A menyatakan luas loop yang nilainya setara dengan lh. Harga ε maksimum

bila ωt = 90o, sehingga sin ωt = 1. Jadi,

ε maksimum= N.B.A. ω

(21.23)

Dengan:

ε = GGL induksi sesaat (volt)

εm = GGL induksi maksimum (volt)

ω = Kecepatan Sudut putar dari loop (rad/s)

t = Lama loop telah berputar (s)

GGL induksi yang dihasilkan pada loop berubah terhadap waktu setiap periode.
Grafik GGL induksi terhadap waktu ditunjukkan pada gambar 21.13.

b. Generator DC (Arus Searah)

Generator arus searah yaitu generator di mana tegangan yang dihasilkan (tegangan
output) berupa tegangan searah, karena di dalamnya terdapat sistem penyerahan yang
dilakukan bisa berupa oleh komutator atau menggunakan dioda.

Generator DC merupakan sebuah perangkat motor listrik yang mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC atau arus searah.
Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian lilitan
magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (angker), jenis generator DC yaitu:

a. Generator penguat terpisah

b. Generator shunt

c. Generator kompon

Prinsip kerja generator DC

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara yaitu:

1) Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.

2) Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

Generator DC hampir sama seperti generator AC. Perbedaannya terletak pada
cincin komutator yang digunakannya, yang ditunjukkan pada di bawah keluaran
generator dapat ditunjukkan oleh grafik hubungan v terhadap t dan dapat diperhalus
dengan memasang kapasitor secara paralel pada keluarannya. Atau dengan
menggunakan beberapa kumparan pada angker, sehingga dihasilkan keluaran yang
lebih halus gambar berikut.

Gambar 21.16. (a) Generator DC dengan 1 set komutator dan (b) Generator DC dengan
banyak komutator.
(Sumber: fisikazone.com)

Gambar 21.17. Skema Generator DC. Gambar 21.18 Grafik GGL induksi generator DC
(Sumber: myrightspot.com)
Dengan konfigurasi seperti gambar di atas, maka arus yang akan dihasilkan searah.

Terlihat bahwa kontak antara sikat dengan cincin geser berulang tiap setengah putaran.
Sehingga polaritas GGL induksi yang dihasilkan tidak berubah. Perhatikan grafik GGL
induksi pada generator DC dalam gambar 21.18.
2. Transformator

Transformator (trafo) adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah suatu
tegangan AC tertentu ke tegangan AC lain yang diperlukan oleh beban listrik.
Transformator yang dapat meningkatkan tegangan disebut transformator step-up,
sedangkan transformator yang dapat menurunkan tegangan disebut Transformator Step-

down. Di SMP Anda telah mempelajari secara kualitatif prinsip sederhana cara kerja trafo,
yaitu berdasarkan induksi elektromagnetik. Transformator terdiri atas dua kumparan
kawat yang membungkus inti besi, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.
Sedangkan prinsip kerja transformator berdasarkan hukum Faraday dan hukum lenz.
Berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yaitu memindahkan energi listrik secara
induksi melalui kumparan primer ke kumparan sekunder. Trafo menimbulkan GGL pada
kumparan sekunder karena medan magnet yang berubah-ubah akibat aliran arus listrik
bolak-balik pada kumparan primer yang diinduksikan oleh besi lunak ke dalam kumparan
sekunder. Transformator dirancang sedemikian rupa sehingga hampir seluruh tubuh
magnet yang dihasilkan arus pada kumparan primer dapat masuk ke kumparan sekunder.

Gambar 21.19. (a) Transformator Step-up dan (b) Transformator Step-down

(Sumber: fisikazone.com)

Ada dua macam transformator, yaitu transformator step-up dan transformator step-
down. Transformator step-up digunakan untuk memperbesar tegangan arus bolak-balik.
Pada transformator ini jumlah lilitan sekunder (Ns) lebih banyak daripada jumlah lilitan
primer (Np). Transformator step-down digunakan untuk menurunkan tegangan listrik
arus bolak-balik, dengan jumlah lilitan primer (Np) lebih banyak daripada jumlah lilitan
sekunder (Ns).

Apabila tegangan bolak-balik diberikan pada kumparan primer, perubahan medan
magnetik yang dihasilkan akan menginduksi tegangan bolak-balik berfrekuensi sama pada
kumparan sekunder. Tetapi, tegangan yang timbul berbeda, sesuai dengan jumlah lilitan
pada tiap kumparan. Berdasarkan Hukum Faraday, bahwa tegangan atau GGL terinduksi
pada kumparan sekunder adalah:

Vs = Ns (21.24)

Dengan Ns menyatakan banyaknya lilitan pada kumparan sekunder,

sedangkan adalah laju perubahan fluks magnetik. Tegangan masukan pada

kumparan primer juga memenuhi hubungan persamaan dengan laju perubahan fluks

magnetik, yaitu:

Vp = Np (21.25)

Dengan menganggap tidak ada kerugian daya di dalam inti, maka dari kedua
persamaan tersebut akan diperoleh:

(21.26)

Persamaan diatas adalah persamaan umum transformator, yang menunjukkan bahwa
tegangan sekunder berhubungan dengan tegangan primer. Hukum Kekekalan Energi
menyatakan bahwa daya keluaran tidak bisa lebih besar dari daya masukan. Daya
masukan pada dasarnya sama dengan daya keluaran. Daya P = V.I, sehingga diperoleh:

Vp. Ip = Vs. Is atau (21.27)
Jadi, pada transformator berlaku hubungan:

(21.28)

Transformator ideal (efisiensi η = 100%) adalah transformator yang dapat
memindahkan energi listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan tidak
ada energi yang hilang. Namun, pada kenyataannya, terdapat hubungan magnetik yang
tidak lengkap antar kumparan, dan terjadi kerugian pemanasan di dalam kumparan itu
sendiri, sehingga menyebabkan daya output lebih kecil dari daya input. Perbandingan
antara daya output dan input dinyatakan dalam konsep efisiensi, yang dirumuskan:

(21.29)

Seperti telah kita nyatakan bahwa pada trafo terdapat rugi-rugi daya karena adanya
arus pusar (eddy current) yang diinduksikan dalam inti trafo yang terbuat dari inti besi.
Bagaimana terjadinya arus pusar ini? Sebagai contoh andaikan selembar logam jatuh dari
suatu daerah dengan medan magnetik ke suatu daerah tanpa medan magnetik. Dalam
bagian lembaran logam yang baru saja meninggalkan medan magnetik, terjadi perubahan

fluks magnetik, yaitu fluks magnetik berarah masuk bidang kertas (ditandai •) berkurang.
Oleh karena itu, timbul fluks magnetik induksi yang akan melawan berkurangnya fluks
berarah masuk bidang kertas sehingga fluks magnetik induksi akan searah dengan fluks
utama B, yaitu berarah masuk bidang kertas. Supaya fluks induksi berarah masuk bidang
kertas maka sesuai kaidah putaran tangan kanan arus induksi melingkar berlawanan arah
jarum jam diinduksikan ke dalam lembaran logam. Arus melingkar inilah yang disebut
sebagai arus pusar.

Jika inti besi trafo berbentuk balok tunggal maka rugi-rugi daya karena arus pusar ini
cukup besar, sehingga efisiensi trafo menjadi kecil. Bagaimana cara mengurangi rugi-rugi
trafo karena arus besar ini? rugi-rugi daya dikurangi dengan membuat inti besi trafonya
berlapis-lapis dan bukannya berbentuk balok tunggal. Desain inti trafo berlapis ini
mengurangi rugi-rugi daya dengan mengurangi besar arus besar.

3. Penggunaan Arus Pusar

Gambar 21.20 Terjadinya Arus Eddy atau Arus P

(sumber:slideshare)

Pada trafo, arus pusar akan merugikan karena menimbulkan rugi-rugi daya yang akan
memperkecil efisiensi trafo. Akan tetapi, arus pusar dapat dimanfaatkan pada berbagai
peralatan. Perhatikan kembali gambar 21.20. Arus pusar berlawanan arah jarum jam yang
merupakan arus induksi yang muncul karena berkurangnya fluks magnetik yang melintasi
kumparan ketika sebagian kumparan mulai meninggalkan daerah medan magnetik ke
daerah tanpa medan magnetik. Arus pusar induksi ini akan menimbulkan gaya magnetik
(gaya Lorentz) ke arah atas pada bagian atas arus pusar yang berlawanan arah dengan
gerak lembaran logam ke bawah. Gaya magnetik ini berfungsi memperlambat gerakan
lembaran logam, mirip seperti sebuah gaya gesekan.

Efek mirip gesekan dari arus pusar ini adalah fenomena dasar yang dikenal sebagai
pengereman magnetik (magnetik braking). Ada juga yang menyebutnya sebagai
pengereman arus pusar (Eddy current braking). Satu keuntungan penting dari jenis
pengereman ini adalah tidak ada kontak fisik langsung diperlukan sehingga

menghilangkan pemakaian gesekan. Pengereman magnetik umum digunakan mulai dari
sepeda sampai kereta luncur (rollercoaster).

Pengereman magnetik ideal untuk peralatan sensitif seperti neraca laboratorium.
Ketika lengan neraca sedang bergerak, arus pusar diinduksikan dalam keping logam.
Mekanisme peredaman tidak pernah rusak atau perlu pengaturan dan dijamin bahwa ia
tidak mengerjakan gaya ketika lengan neraca tidak sedang bergerak. Pengereman
magnetik juga digunakan pada kendaraan rel seperti monorel maglev, trem, lokomotif,
kereta penumpang dan kereta pengangkut. Gaya peredaman karena arus pusar secara
otomatis bekerja berlawanan dengan gerakan besarnya juga lebih besar ketika kelajuan
lebih besar. Gaya peredaman mirip seperti gaya gesekan fluida pada benda yang sedang
bergerak melalui suatu fluida.

Contoh Soal

1. Suatu generator menghasilkan tegangan GGL induksi sebesar Ɛ. Jika generator tersebut
kumparannya diubah sehingga jumlah lilitannya menjadi dua kali lipat dari semula, dan laju
fluksnya menjadi tiga kali semula, besar perbandingan GGL sekarang dan GGL mula – mula
adalah.....

A. 1 : 6
B. 1 : 3
C. 2 : 3
D3:2
E. 6 : 1
Jawaban: A
pembahasan:
Ditanyakan: Ɛ1 :Ɛ2

Ɛ1 : Ɛ2 = 1 : 6.

2. Kumparan kawat luasnya A terdiri dari N lilitan. Kumparan tersebut berputar dengan
kecepatan sudut ω dalam medan magnet homogen yang memiliki rapat fluks
magnetnya B sehingga menghasilkan GGL induksi maksimum ε. jika GGL maksimum menjadi 6
kali semula, maka ….

A. ω diperbesar 2 kali dan A diperbesar 3 kali
B. N diperbanyak 3 kali dan kecepatan sudutnya diperbesar 3 kali
C. N dan kecepatan sudutnya diperbesar 2 kali
D. A diperkecil 1/3 kali dan kecepatan sudut diperbesar 4 kali
E. N dan luas kumparan diperkecil 1/6 kali
Jawaban: A
Pembahasan:
GGL induksi maksimum dirumuskan dengan persamaan:
Ɛ = NBAω sinωt
GGL maksimum menjadi 6 kali semula jika ω diperbesar 2 kali dan A diperbesar 3 kali. Apabila
dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut.

3.

Perhatikan bagan transformator diatas! Apabila jumlah lilitan kumparan N1 = 100 lilitan dan
N2 = 250 lilitan, tegangan V2 adalah….
A.100 Volt
B.150 Volt
C.200 Volt
D. 250 Volt
Jawaban: A
Pembahasan:
Diketahui:
Tegangan primer = Vp = V1 = 40 Volt
Kumparan primer = Np = N1 = 100 lilitan
Kumparan sekunder = Ns = N2 = 250 lilitan
Ditanya : Tegangan sekunder = Vs = V2. ?
Jawab :
Rumus transformator :

Vs / Ns = Vp / Np
Tegangan sekunder :
Vs / Ns = Vp / Np
Vs / 250 = 40 / 100
Vs / 250 = 4 / 10
Vs / 250 = 0,4
Vs = (0,4)(250)
Vs = 100 Volt

Kuis

Sebuah kawat persegi ditempatkan di dekat kawat lurus panjang. Apabila arus listrik I pada
kawat lurus mengalir ke kanan maka arus listrik induksi pada kawat persegi ketika digerakkan
dengan kecepatan v menjauh kawat lurus akan...............

A. Mengalir searah putaran jarum jam dan mengecil
B. Mengalir searah putaran jarum jam dan membesar
C. Mengalir berlawanan arah putaran jarum jam dan membesar
D. Mengalir berlawanan arah putaran jarum jam dan mengecil
E. Mengalir berlawanan arah putaran jarum jam dan konstan

Michael Faraday salah satu Ilmuwan Sains Eksperimen Terkemuka

Michael Faraday lahir dari keluarga miskin pada tahun 1791 sebagai
anak ketiga dari 4 barsaudara. Ia hanya memperoleh pendidikan di sekolah
dasar formal sehingga dalam masa mudanya ia harus banyak mendidik dirinya
sendiri. Faraday muda sangat ingin tahu dan mempertanyakan segala sesuatu.
Ia merasa kebutuhan penting untuk mengetahui lebih banyak. Pada usia 14
tahun, ia menjadi pekerja kontrak George Riebau. Sebuah toko penjilidan dan
penjualan buku di jalan Blandford. Selama tujuh tahun bekerja ia membaca
hampir setiap buku yang ia jilid dan memutuskan bahwa suatu hari ia akan
menulis bukunya sendiri. Salah satu buku yang sangat mempengaruhi dirinya
adalah buku karangan isaac Watts berjudul improvement of Mind. Ia dengan
antusias melaksanakan prinsip-prinsip dan sugesti yang terkandung dalam
buku itu. Pada waktu itu ia juga mengembangkan ketertarikan dalam bidang
sains, khususnya listrik. Faraday menyenangi ilmu kimia terutama karena
diinspirasi oleh salah satu buku yang dibacanya berjudul Conversations on
Chemistry karangan Jane Marcet.

Seperti Edison, walaupun walaupun pendidikan formalnya tidak tinggi,
efek dari membaca buku yang dibacanya ketika bekerja sebagai penjilid buku
kelak menjadikannya sebagai salah satu ilmuwan paling berpengaruh dalam
sejarah. Ini karena penelitiannya pada medan magnetik di sekitar suatu
konduktor yang sebelumnya telah ditemukan oleh Oersted membawanya
menemukan dasar dari konsep elektromagnetik dalam fisika.

TUGAS PROYEK

Petunjuk
1. Buat kelompok dengan jumlah 3-4 orang
2. Kerjakan tugas proyek ini dalam waktu 1 minggu yang meliputi penyelesaian tugas dan
presentasi.

Langkah-langkah
1. Cari informasi pada buku referensi, ensiklopedia, atau pun internet, tentang pemanfaatan
hukum Faraday dalam teknologi yaitu pada alat ground fault interrupter (GFI), kompor
induksi, dan gitar listrik.
2. Tuliskan cara kerja alat tersebut berikut gambar foto atau diagramnya dan presentasiksn di
depan kelas.

TUGAS PORTOFOLIO

Buatlah rangkuman dan kegiatan-kegiatan yang telah anda kerjakan dan selesaikan pada bab ini. Cari
artikel yang berkaitan tentang induksi elektromagnetik pada peralatan listrik sehari-sehari. Tuliskan
dalam bentuk laporan portofolio, kemudian kumpulkan kepada guru anda.

Rangkuman

1. Sebuah magnet batang yang digerak-gerakan dalam kumparan akan menimbulakn arus tistrik.
Arus listrik yang ditimbulkan dari fenomena ini disebut gaya gerak listrik induksi (ggl
induksi). Jika gaya magnet terjadi maka tegangan yang ditimbulkan semukin besar dan laju
perubahan medan magnet diperbesar maka tegangan yang ditimbulkan semakin besar.

2. Melalui prinsip induksi elektromagnetik lahirlah sebuah transformator, sebuah alat listrik
yang dupat memindahkan energi listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya. Apabila
jumlah lilitan primer lebih besar dari jumlah lilitan sekunder, tegangan yang dihasilkan lilitan
sekunder lebih kecil dari primer lilitan. rangkaian ini disebut mundur. Berlaku arahan jumlah
lilitan primer lebih sedikit dari jumluh lilitan sekunder, tegangan yang dihasilkan di lilitan
sekunder lebih besar daripoda jumlah tegangan di lilitan primer, rangkaian tersebut disebut
step up.

Uji Kompetensi

PILIHAN GANDA

1. Diantara faktor - faktor berikut:

1) lilitan kumparan

2) laju perubahan fluks magnet

3) arah medan magnet

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

2. Suatu generator menghasilkan tegangan GGL induksi sebesar Ɛ. Jika generator tersebut
kumparannya dirubah sehingga jumlah lilitannya menjadi dua kali lipat dari semula, dan laju
fluksnya menjadi tiga kali semula, besar perbandingan GGL sekarang dan GGL mula – mula
adalah.....
A. 1 : 6
B. 1 : 3
C. 2 : 3
D. 3 : 2
E. 6 : 1

3. Sebuah kumparan diletakkan pada medan magnetik homogen. Dalam waktu 30 detik terjadi
perubahan fluks sehingga GGL menjadi ε1. Jika dalam waktu 20 sekon terjadi perubahan fluks
yang sama sehingga GGL yang dihasilkan adalah ε2, maka perbandingan ε1 dan ε2 adalah ….
A. 1:2
B. 1:3
C. 2:3
D. 2:5
E. 3:4

4. Di antara pernyataan di bawah ini:
1) banyaknya lilitan
2) kuat arus yang melalui kumparan
3) luas bidang kumparan
4) hambatan kumparan

Faktor-faktor yang memengaruhi besarnya GGL induksi generator adalah ….
A. (1), (2), (3), dan (4)
B. (1), (2), dan (4)
C. (1) dan (3) saja
D. (2) dan (4) saja
E. (4) saja

5. Kumparan kawat luasnya A terdiri dari N lilitan. Kumparan tersebut berputar dengan
kecepatan sudut ω dalam medan magnet homogen yang memiliki rapat fluks
magnetnya B sehingga menghasilkan GGL induksi maksimum ε. jika GGL maksimum menjadi 6
kali semula, maka ….
A. ω diperbesar 2 kali dan A diperbesar 3 kali
B. N diperbanyak 3 kali dan kecepatan sudutnya diperbesar 3 kali
C. N dan kecepatan sudutnya diperbesar 2 kali
D. A diperkecil 1/3 kali dan kecepatan sudut diperbesar 4 kali
E. N dan luas kumparan diperkecil 1/6 kali

6. Sepotong kawat menembus medan magnet homogen secara tegak lurus dengan laju
perubahan fluks 3 Wb/s. Jika laju perubahan fluks diperbesar menjadi 6 Wb/s maka
perbandingan GGL induksi sebelum dan sesudah laju perubahan fluksnya adalah...
A. 1 : 2
B. 1 : 4
C. 2 : 1
D. 3 : 4
E. 4 : 1

7. 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 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
8. Sebuah magnet batang digerakkan menjauhi kumparan yang terdiri atas 600 lilitan. Fluks
magnetik yang memotong berkurang dari 9.10−5 weber menjadi 4.10−5 weber dalam selang
waktu 0,015 sekon. Besar GGL induksi yang terjadi antara kedua ujung kumparan adalah...
A. 2 volt
B. 3 volt
C. 4 volt
D. 5 volt
E. 6 volt

9. 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

10. Sepotong kawat menembus medan magnet homogen secara tegak lurus dengan laju
perubahan fluks 3 Wb. Jika laju perubahan fluks diperbesar menjadi 6 Wb, maka perbandingan
GGL induksi sebelum dan sesudah laju perubahan fluksnya adalah...
A. 1 : 2
B. 1 : 4
C. 2 : 1
D. 3 : 4
E. 4 : 1

ESSAY

1. Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x
10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!

2. Sebuah generator listrik AC menghasilkan tegangan sesuai persamaan berikut:

Tentukan:
a) Frekuensi sumber listrik
b) Tegangan maksimum yang dihasilkan
c) Nilai tegangan efektif sumber

3. Kawat PQ panjang 20 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 6 m/s. Jika induksi magnet B
= 0,5 Wb m−2 maka kuat arus yang melalui hambatan R adalah….

4. Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x
10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!

5. Kumparan dengan 10 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dengan persamaan:
φ = 0,02 t3 + 0, 4 t2 + 5
dengan φ dalam satuan Weber dan t dalam satuan sekon. Tentukan besar ggl induksi saat t = 1
sekon!

SOAL HOTS DAN PEMBAHASAN

1. 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 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

Jawaban: C

2. Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan
magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar berikut!.

Besar dan arah arus induksi pada kawat PQ adalah....
A. 1 ampere dari P ke Q
B. 1 ampere dari Q ke P
C. 4 ampere dari P ke Q
D. 4 ampere dari Q ke P
E. 4,8 ampere dari P ke Q
Pembahasan:
Diketahui:
L = 50 cm = 0,5 m
B = 0,02 T

v = 2 m/s
R = 0,02 Ω
θ = 900 (tegak lurus)
Ditanya: i = ...
Jawab:
Terlebih dahulu hitung GGL induksi.
ɛ = B . L . v sin θ
ɛ = 0,02 T . 0,5 m . 2 m/s sin 900
ɛ = 0,02 Volt
Menghitung i (gunakan hukum Ohm).
I = V / R = 0,02 V / 0,02 Ω = 1 Ampere
Untuk menentukan arah arus gunakan kaidah tangan kanan.

Jempol = arah arus (i)
Telunjuk = arah kecepatan (v)
Jari tengah = arah medan magnet (B)
Arus listrik dari P ke Q
Jawaban: A

3. Perhatikan pernyataan-pernyataan di bawah ini!
1. Semakin cepat magnet digerakkan keluar masuk kumparan maka semakin besar arus
induksi yang terjadi.
2. Semakin banyak jumlah lilitan kawat pada kumparan, semakin besar tegangan yang
ditimbulkan akibat perubahan fluks magnetik.
3. Semakin besar perubahan fluks magnetik maka semakin besar arus induksi yang
ditimbulkan.
Dari pernyataan-pernyataan di atas, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh nomor….
A. (1)
B. (1) dan (2)
C. (1), (2), dan (3)
D. (1) dan (3)
E. (2) dan (3
Pembahasan

Berdasarkan Hukum Faraday

Dengan:

Berdasarkan persamaan di atas maka dapat dipastikan bahwa semua pernyataan adalah
benar.
Pernyataan (1) benar karena semakin cepat magnet digerakkan keluar masuk kumparan
perubahan fluks magnetik per satuan waktu juga akan menjadi besar yang menyebabkan
tegangan induksi besar. Apabila tegangan induksinya membesar, maka arus induksi yang
timbul juga pasti membesar.
Jawaban C

4. Suatu rangkaian QRST terletak dalam zona medan magnet dengan kuat medan

sebesar dan arahnya masuk bidang kertas. Bila pada rangkaian tersebut

terdapat kawat AB dengan lebar sebesar dan digeser ke kanan dengan

kecepatan , maka gaya gerak listrik dan arahnya adalah......

A. = 1 Volt (dengan arah dari A ke B)
B. = 1 Volt (dengan arah dari B ke A)
C. = 2 Volt (dengan arah dari A ke B)
D. = 2 Volt (dengan arah dari B ke A)
E. = 1 Volt (dengan arah dari A ke B)

Pembahasan
• Hukum Lenz mengikuti persamaan
• Arah gaya lorentz selalu berlawanan dengan arah gerak
• Berdasarkan kaidah tangan kanan arus induksi berarah ke atas
• Maka

=
= ( , )( , )( )
= ( )
Jawaban B

5. Suatu generator AC sederhana memiliki luas kumparan sebesar yang terdiri

atas diletakkan dalam suatu medan magnet dengan induksi magnet

sebesar kemudian kumparan tersebut diputar. Waktu yang dibutuhkan

kumparan untuk berputar dalam satu periode sebesar . Selama kumparan berputar

terjadi perubahan orientasi bidang terhadap medan magnet. Tentukan besar gaya gerak listrik

saat !

a.
b.
c.
d.
e.
Pembahasan
11. Nilai ggl pada generator AC selalu berubah setiap saat

• Berdasarkan rumus ggl magnet

• Kecepatan sudut terhadap periode berlaku
• Maka

Jawaban A

6. Batang magnet bergerak dengan kelajuan konstan mendekati kumparan seperti terlihat pada
gambar di bawah ini!

Beda potensial listrik yang terukur pada titik x dan y adalah.....
A. lebih tinggi di X dan akan semakin berkurang
B. lebih tinggi di Y dan akan semakin berkurang
C. sama dengan nol
D. lebih tinggi di Y dan akan semakin membesar
E. lebih tinggi di X dan akan semakin membesar.
Pembahasan
Berdasarkan Hukum Lenz didalam kumparan akan timbul arus yang arahnya sedemikian
sehingga menimbulkan medan magnet yang melawan penyebab timbulnya arus itu sendiri.

Jika batang magnet didekatkan pada kumparan, maka akan timbul arus yang arayhnya ke
kanan sehingga menimbulkan medan yang melawan penyebabnya (lihat gambar).
Pada gambar diatas dapat kita lihat arus mengalir dari X menuju kumparan lalu melewati Y
Karena arus listrik merupakan aliran elektron bebas dari suatau potensial rendah ke potensial
tinggi maka, maka beda potensial di Y lebih tinggi dari padadi X.
Jawaban D

7. Berikut adalah gambar trafo ideal yang dihubungkan dengan sebuah lampu.

Lampu akan semakin terang, jika....
A. jumlah lilitan sekunder diperbanyak
B. tegangan primer / input dikurangi
C. lilitan sekunder dikurangi
D. tegangan sekunder diperbesar
E. jumlah lilitan primer dikurangi
pembahasan:
Prinsip kerja transformator adalah arus bolak-balik pada kumparan primer akan
menimbulkan fluks magnet pada inti magnetik. Fluks magnetik akan menimbulkan GGL
induksi pada kumparan sekunder.
Nyala lampu dipengaruhi oleh arus listrik sekunder (Is), Is berbanding terbalik dengan lilitan
sekunder dan sebanding dengan jumlah lilitan primer.
Np : Ns = Is : Ip
Supaya lampu semakin terang, maka arus sekunder harus diperbesar dengan cara mengurangi
lilitan sekunder.
Jawaban: C

8. Perhatikan gambar berikut ini!

Agar arah arus induksi di hambatan R dari A ke B maka magnet harus digerakkan ….
A. mendekati kumparan
B. menjauhi kumparan
C. arah ke atas

D. arah ke bawah
E. diputar perlahan-lahan

Pembahasan
Gambar di atas adalah ilustrasi percobaan Faraday. Ketika magnet
digerakkan mendekati kumparan maka di dalam kumparan terjadi perubahan induksi magnet
dari yang semula tidak ada menjadi ada. Perubahan induksi magnet ini menyebabkan
timbulnya arus induksi yang mengalir pada kumparan.

Arus induksi pada kumparan akan menimbulkan induksi magnet yang arahnya menentang
arah penyebabnya (sesuai hukum Lenz). Sehingga pada kumparan timbul medan magnet
dengan kutub utara di sebelah kanan.Sesuai dengan kaidah tangan kanan pada gambar di atas,
arah arus induksi mengalir dari A ke B.Sebaliknya, jika magnet digerakkan menjauhi
kumparan maka pada kumparan timbul medan magnet dengan kutub utara di sebelah kiri dan
arus mengalir dari B ke A.
Jadi, agar arah arus induksi di hambatan R dari A ke B maka magnet harus digerakkan
mendekati kumparan.
Jawaban A

9. Seorang siswa menginginkan arus listrik 1,6 A. Ia menghubungkan transformator yang
efisiensinya 80% dan jumlah lilitannya 100 dan 200 dengan sumber arus 1 A dari baterai.
Ternyata ia tidak mendapatkan arus listrik yang diharapkan. Ia mendapatkan arus listrik ….
A. 2 A karena ia menghubungkan lilitan 200 dengan sumber arus
B. 1,6 A karena ia menghubungkan lilitan 100 dengan sumber arus
C. 0,5 A karena ia menghubungkan lilitan 100 dengan sumber arus
D. 0 A karena ia menghubungkan lilitan 200 dengan sumber arus
E. 2 A karena ia menghubungkan lilitan 200 dengan sumber arus
Pembahasan
Pada transformator, arus induksi akan terjadi pada kumparan sekunder apabila kumparan
primer dihubungkan dengan sumber arus listrik bolak-balik (AC). Sedangkan siswa tersebut
menggunakan sumber arus baterai yang notabene merupakan sumber arus searah (DC)

sehingga tidak terjadi induksi pada kumparan sekunder.
Jadi, siswa tersebut mendapatkan arus listrik 0 A (D).
Jawaban D

10. Perhatikan gambar berikut ini!

Dua buah kawat konduktor yang sejajar dan berjarak L = 1 m dipasang membentuk sudut θ =
30° terhadap bidang horizontal. Ujung bawah kedua kawat terhubung dengan resistor R = 3 Ω.
Sebuah batang konduktor dengan massa m bergeser turun di sepanjang rel tanpa kehilangan
kontak dengan rel sehingga rel dan batang membentuk suatu rangkaian tertutup. Pada daerah
tersebut terdapat medan magnetik seragam yang besarnya B = 2 T dan berarah horizontal.
Jika batang turun dengan laju konstan v = 3 m/s, massa batang m adalah ….
A. 0,2 kg
B. 0,4 kg
C. 0,6 kg
D. 0,8 kg
E. 1,0 kg
Pembahasan
Batang konduktor sepanjang L yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan
magnet B akan menimbulkan GGL induksi ε.

ε = BLv sin⁡ θ
iR = BLv sin 30°
i ∙ 3 = 2 ∙ 1 ∙ 3 ∙ 1/2

i=1

Nah, sekarang batang konduktor tersebut dialiri arus listrik 1 ampere.
Bila konduktor sepanjang L yang berarus listrik i dan berada dalam medan magnet B maka
akan menimbulkan gaya Lorentz FL.
FL = BiL sin⁡ 30°

= 2 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1/2 = 1

Gaya Lorentz sebesar 1 newton inilah yang menahan gerak konduktor turun sehingga
konduktor bergerak dengan kecepatan konstan.

F adalah gaya gerak konduktor turun dengan sudut kemiringan 30°.

F = mg sin⁡ 30°
= m ∙ 10 ∙ 1/2
= 5m

Karena batang konduktor bergerak dengan kecepatan konstan maka berlaku hukum I Newton.

ΣF = 0
F − FL = 0

F = FL
5m = 1
m = 1/5

= 0,2
Jadi, masa batang konduktor adalah 0,2 kg.
Jawaban A

Jawaban Uji Kompetensi

PILIHAN GANDA
1. B
2. A
3. C
4. C
5. A
6. A
7. C
8. A
9. B
10. A

ESSAY
1. Pembahasan
Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb

2. Pembahasan
a) Frekuensi sumber listrik

b) Tegangan maksimum yang dihasilkan

c) Nilai tegangan efektif sumber

3. ε = B l ν = 0,5 x 0,2 x 6 = 0,6 volt
I = ε / R = 0,6 / 2 = 0,3 A

4. Data dari soal :
Jumlah lilitan N = 1000
Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon
Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb

5.

Sumber Referensi

Anas, Ilham. 2019. 10+ Soal Induksi Elektromagnetik dan Jawaban (+Pembahasan) di
https://soalkimia.com/soal-induksi-elektromagnetik/ pada 14 Desember.

Bitar. 2020. Induksi Elektromagnetik di https://www.gurupendidikan.co.id/induksi-elektromagnetik/
pada 20 Agustus.

Darus. 2019. Soal essay Fisika (Induksi Elektromagnetik) di https://kangdarus.com/2019/01/soal-
essay-fisika-induksi-elektromagnetik-dan-jawaban.html pada 21 Januari

Fisika zone. 2014. Aplikasi Induksi Elektromagnetik di http://fisikazone.com/aplikasi-induksi-
elektromagnetik/ pada 26 September.

Fisika. 2018. Induksi elektromagnetik di

https://fisikasekolahmadrasah.blogspot.com/2018/09/induksi-elektromagnetik-soal-

dan.html?m=1

Hasanjayaputra, Ardina. 2013. Generator AC and DC di
https://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211029ardinathasanjayaputra/2013/04/28/generator-
ac-and-dc-miscellaneous-subjects-preparing-equipments-specifications/ pada 28 April.

Kanginan, M. (2018). FISIKA untuk SMA/MA kelas XII. Cimahi: Penerbit Erlangga.

Prasetya, Unggul. 2010. Konsep Induksi Elektromagnetik di
19
https://fisika12.blogspot.com/2010/09/kosep-induksi-elektromagnetik.html pada

September.

Suci, Milda. 2019. BAHAN AJAR INDUKSI ELEKTROMAGNETIK di
https://www.academia.edu/28494813/BAHAN_AJAR_INDUKSI_ELEKTROMAGNETIK pada 5
Oktober.