Percobaan Hukum Faraday (Arus Induksi)

Selama tahun 1830-an, beberapa percobaan perintis dengan ggl yang diinduksi secara magnetik dilakukan di Inggris oleh Michael Faraday dan di Amerika Serikat Oleh Joseph Henry (1797 – 1878), yang menjadi direktur pertama dari Institusi Smithsonian (Smithsonian institution). Gambar 1 memperlihatkan beberapa contoh. Dalam gambar 1a, sebuah koil (kumparan) kawat disambungkan ke galvanometer.

Bila magnet yang di dekatnya diam, maka jarum meter pada galvanometer tidak bergerak, artinya tidak ada arus. Ini tidaklah mengherankan, sebab tidak ada sumber ggl dalam rangkaian itu. Tetapi bila magnet digerakkan, baik itu menuju atau menjauh dari kumparan, maka jarum galvanometer bergerak, tetapi hanya ketika magnet itu bergerak. Jika kita tetap mempertahankan magnet itu tetap diam dan menggerakan kumparan tersebut, maka sekali lagi kita mendeteksi adanya arus selama gerakan itu. Kita menamakan ini sebuah arus induksi (induced current) dan ggl yang diperlukan untuk menyebabkan arus ini dinamakan sebuah ggl induksi (induced emf).

Gambar 1: Perangkat Percobaan untuk pengamatan gejala arus induksi

Dalam gambar 1c kita mengganti magnet dengan sebuah kumparan kedua yang disambungkan ke sebuah aki. Bila kumparan kedua itu diam, maka tidak ada arus dalam kumparan pertama. Akan tetapi, bila kita menggerakan kumparan kedua itu menuju atau menjauh kumparan pertama atau jika kita menggerakan kumparan pertama menuju atau menjauh dari kumparan kedua, maka ada arus dalam kumparan pertama itu, tetapi ketika hanya satu kumparan bergerak relative terhadap kumparan lainnya.

Gambar 2

Akhirnya, dengan menggunakan susunan kedua kumparan dalam gambar 1c, kita memegang kedua kumparan tetap diam dan mengubah arus dalam kumparan kedua, baik dengan membuka atau menutup saklar itu maupun dengan mengubah hambatan pada kumparan kedua dengan saklar yang ditutup (barangkali dengan mengubah suhu koil kedua). Kita mendapatkan bahwa sewaktu kita membuka atau menutup saklar tersebut, ada pulsa arus pertama dalam rangkaian pertama. Bila kita mengubah hambatan (jadi kita mengubah arus) pada kumparan kedua, maka ada sebuah arus induksi dalam rangkaian pertama, tetapi hanya jika arus dalam rangkaian kedua itu sedang berubah.

untuk menyelidiki lebih jauh elemen-elemen yang lain dalam pengamatan ini, marilah kita tinjauh sederet eksperimen yang lebih detail dengan situasi yang diperlihatkan dalam gambar 2. Kita menyambungkan sebuah kumparan kawat ke sebuah galvanometer, kemudian kita menempatkan kumparan itu di antara kutub-kutub sebuah  elektromagnetik yang medan magnetiknya dapat kita ubah, kita akan mengamati:

• Bila tidak ada arus dalam electromagnet, sehingga B = 0, galvanometer menunjukkan tidak ada arus.

• Bila electromagnet itu dihidupkan, Bila elektromagnetiknya dihidupkan, maka ada arus sementara yang melalui galvanometer itu sewaktu B bertambah.

• Bila B mencapai sebuah nilai tunak dan nilai tetap, arus itu turun ke nol, tak peduli berapun besarnya B.

• Dengan kumparan itu berada dalam bidang horizontal, kita menjepitnya sehingga mengurangi luas penampang kumparan itu. Galvanometer mendeteksi arus hanya selama deformasi tersebut, bukan sebelum atau sesudahnya. Bila kita menambah luas penampang kumparan untuk mengembalikan kumparan ke bentuk semula, maka terdapat arus dalam arah berlawanan, tetapi hanya ketika luas kumparan sedang beubah.

• Jika kita merotasikan kumparan beberapa derajat terhadap sumbu horizontal, galvanometer mendeteksi arus selama rotasi tersebut, dalam arah yang sama seperti ketika kita mengurangi luas kumparan tersebut. Bila kita merotasikan kumparan itu kembali, ada sebuah arus dalam arah yang berlawanan selama rotasi itu.

• Jika kita menyertakan kumparan itu keluar dari medan magnetic tersebut, ada arus selama gerak itu, dalam arah yang sama seperti ketika kita mengurangi luas kumparan itu.

• Jika kita mengurangi banyaknya lilitan pada kumparan, ada sebuah arus selama kita membuka lilitan tersebut, dalam arah yang sama seperti ketika kita mengurangi luas kumparan tersebut. Jika kita melilitkan lebih banyak lilitan pada kumparan, ada sebuah arus dalam arah yang berlawanan selama kita melilitkan lilitan tersebut.

• Bila magnet dimatikan, terdapat arus sementara dalam arah berlawanan pada arus ketika magnet dihidupkan.

• Semakin cepat kita melakukan perubahan-perubahan ini, semakin besar pula arus.

• Jika semua percobaan ini diulangi dengan sebuah kumparan yang mempunyai bentuk sama tetapi material berbeda dan hambatan berbeda, maka arus disetiap kasus adalah berbanding terbalik dengan hambatan rangkaian total. Ini memperlihatkan bahwa ggl induksi yang menyediakan arus itu tidak bergantung pada material kumparan tetapi hanya bergantung pada bentuknya dan medan magnetnya.

Besaran yang muncul dalam percobaan ini adalah fluks magnetik,φ_B yang berubah-ubah melalui kumparan yang disambungkan ke galvanometer tersebut. Dalam setiap kasus, fluks itu berubah baik karena medan magnetic berubah dengan waktu maupun karena kumparan itu sedang bergerak melalui sebuah medan magnetik non-homogen.