Daftar isi
Hukum Lenz dapat dilihat sebagai analog dengan hukum newton ketiga dalam mekanika klasik. Berikut ini pembahasannya.
Pengertian Hukum Lenz
Hukum Lenz, dinamai sesuai dengan fisikawan Emil Lenz yang merumuskannya pada tahun 1834.
Beliau menyatakan bahwa arah arus yang diinduksi dalam sebuah konduktor oleh medan magnet yang berubah adalah sedemikian.
Sehingga medan magnet yang diciptakan oleh induksi arus menentang medan magnet awal yang berubah.
Ini adalah hukum kualitatif yang menentukan arah arus yang diinduksi, tetapi tidak menyatakan apa-apa tentang besarnya.
Hukum Lenz menjelaskan arah banyak efek dalam gelombang elektromagnetik, seperti arah tegangan yang diinduksi dalam induktor atau lilitan kawat oleh perubahan arus, atau gaya dorong arus yang diberikan pada benda bergerak dalam medan magnet.
Sejarah Penemuan Hukum Lenz
Hukum ini ditemukan pada tahun 1834 oleh fisikawan Rusia yang bernama Heinrich Friedrich Emil Lenz.
Lenz lahir di Dorpat (kini Tartu, Estonia), pada waktu Gubernur Livonia di Kekaisaran Rusia.
Setelah menyelesaikan pendidikan menengahnya pada tahun 1820, Lenz belajar kimia dan fisika di Universitas Dorpat.
Dia bepergian dengan navigator Otto von Kotzebue dan melakukan ekspedisi tiga kali ke seluruh dunia dari tahun 1823 hingga 1826.
Dalam perjalanan itu Lenz mempelajari kondisi iklim dan sifat fisik air laut.
Hasilnya telah diterbitkan dalam Buku yang berjudul “Memoirs of the St Petersburg Academy of Sciences” (1831).
Setelah pelayaran, Lenz mulai bekerja di Universitas St. Petersburg, Rusia, di mana ia kemudian menjabat sebagai Dekan Matematika dan Fisika dari tahun 1840 hingga 1863 dan menjadi Rektor dari tahun 1863 hingga kematiannya pada tahun 1865.
Lenz juga mengajar di Petrischule di 1830 dan 1831, dan di Akademi Artileri Mikhailovskaya.
Lenz mulai mempelajari elektromagnetisme pada tahun 1831. Selain hukum yang disebut untuk menghormatinya, Lenz juga secara independen menemukan hukum Joule pada tahun 1842 untuk menghormati upayanya dalam masalah ini, ia juga diberi nama “hukum Joule-Lenz,” yang dinamai juga untuk James Prescott Joule.
Lenz dengan penuh semangat berpartisipasi dalam pengembangan teknologi elektroplating, yang ditemukan oleh teman dan kolega Moritz von Jacobi.
Pada 1839, Lenz menghasilkan beberapa medali menggunakan electrotyping.
Bersamaan dengan bantuan electrotyped yang diproduksi oleh Jacobi pada tahun yang sama, ini adalah contoh pertama dari patung galvanoplastik. Lenz meninggal di Roma, setelah menderita stroke.
Bunyi Hukum Lenz
Berikut petikan Bunyi Hukum Lenz yang di ambil dari bukunya “Memoirs of the St Petersburg Academy of Sciences“:
“Apabila ggl induksi timbul dalam suatu rangkaian pada arah arus induksi yang sebelumnya telah dihasilkan dengan sedemikian rupa akan menimbulkan medan magnetik induksi yang saling bertentangan terhadap perubahan medan magnetik (dalam hal ini arus induksi berupaya untuk mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan)” – Lenz
Pernyataan Hukum Lenz
Ketika kedudukan magnet dan kumparan diam, tidak ada perubahan fluks magnet dalam kumparan.
Tapi, ketika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, maka timbul perubahan fluks magnetik.
Dengan demikian pada kumparan akan timbul fluks magnetik yang menentang pertambahan fluks magnetik yang menembus kumparan.
Oleh karena itu, arah fluks induksi harus berlawanan dengan fluks magnetik.
Dengan demikian fluks total yang dilingkupi kumparan selalu konstan. Begitu juga pada saat magnet digerakkan menjauhi kumparan, maka akan terjadi pengurangan fluks magnetik dalam kumparan.
Akibatnya pada kumparan timbul fluks induksi yang menentang pengurangan fluks magnet, sehingga selalu fluks totalnya konstan.
Arah arus induksi dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan yaitu jika arah ibu jari menyatakan arah induksi magnet maka arah lipatan jari-jari yang lain menyatakan arah arus.
Percobaan Hukum Lenz
Diketahui bahwa magnet yang didekatkan atau dijauhkan dari kumparan akan menghasilkan arus yang mengalir yang ditandai dengan menyimpangnya jarum galvanometer.
Percobaan itu membuktikan bahwa ada arus yang berlawanan arah dengan elektron atau jarum galvanometer.
Perpindahan muatan listrik terjadi karena adanya beda potensial yang disebut ggl induksi dengan arah arus listrik yang disebut arus listrik induksi.
Hal ini sesuai dengan Hukum Lenz dan kaidah tangan kanan dimana ibu jari sebagai arah kutub utara dan jari-jari yang lain menunjukkan arah arus.
Setelah melakukan percobaan Hukum Lenz dapat disimpulkan bahwa apabila magnet batang didekatkan pada kumparan akan timbul ggl yang menghasilkan arus induksi dalam suatu kumparan.
Arus induksi tersebut mengakibatkan medan megnetik sehingga arah arus berlawanan dengan arah fluks magnetik yang dapat diamati dengan penyimpangan jarum galvanometer.
Rumus Hukum Lenz
ɛ = -N (ΔΦ/Δt)
Keterangan:
ɛ = Merupakan GGL induksi (volt)
N = Merupakan simbol Jumlah lilitan kumparan
ΔΦ = Merupakan lambang Perubahan fluks magnetik (weber)
∆t = Merupakan selang waktu (s)
Kemudian pada lambang /Tanda negatif yang terdapat dalam rumus Faraday ini mengacu terhadap arah gaya gerak listrik (ggl) induksi yakni merupakan suatu arah induksi yang dikemukakan dari Hukum Lenz.
Contoh soal dan Pembahasan
Soal 1
Sebuah Kumparan dengan Jumlah Lilitan 100 didalam Waktu 0.01 detik, dapat menimbulkan perubahan Fluks Magnet sebesar 10-4 Wb. Berapakah Gaya Gerak Listrik Induksi yang timbul di Ujung-ujung Kumparan tersebut ?
Jawaban :
ε = -N (dΦ / dt)
ε = – 100 (10-2)
ε = -1 Volt
(Tanda Negatif hanya menunjukkan Arah Arus Induksinya).
Jadi total gaya gerak listrik induksi elektromagnet yg diperoleh dari ujung kumparan tersebut sebesar 1 Volt.
Soal 2
Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan?
Jawaban :
Ggl induksi dihitung dengan persamaan:
tanda (-) menyatakan reaksi atas perubahan fluks, yaitu fluks induksi berlawanan arah dengan fluks magnetik utama. Arus yang mengalir melalui kumparan adalah:
I = ε/R = 16/4 = 4 A
Soal 3
Sebuah kumparan flat berbentuk persegi memiliki jumlah lilitan sebanyak 5 lilitan. Kumparan tersebut memiliki sisi sepanjang 0,5 m dan memiliki medan magnet sebesar 0,5 T. Kumparan tegak lurus dengan medan magnet. Medan magnet mengalami kenaikan dari 0,5 T menjadi 1 T dalam 10 sekon. Dengan menggunakan hukum faraday, hitunglah berapa GGL induksi yang timbul.
Jawaban:
Fluks magnet adalah perubahan pada medan magnet dan dinyatakan dengan:
Medan magnet awal kita simbolkan dengan B1
Medan magnet akhir kita simbolkan dengan B2
Kita dapat mencari nilai GGL induksinya dengan menggunakan Hukum Faraday:
