Soal Grafik Fluks Magnetik dan GGL Induksi pada Hukum Faraday dan Pembahasan
Soal 1
Fluks melalui sebuah loop dinyatakan oleh φ = –(t2 – 8t) x 10-1 Wb dengan t dalam sekon.
(a) Tentukan GGL induksi (ε) sebagai fungsi waktu.
(b) Tentukan baik φ maupun ε pada t = 0, t = 2 s, t = 4 s dan t = 6 s.
(c) Kapankah fluks mencapai maksimum? Berapa GGL-nya pada saat itu?
(d) Kapankah fluks nol? Berapa GGL-nya pada saat itu?
(e) Sketsalah grafik φ dan ε terhadap waktu t.
Jawab:
Fungsi fluks diberikan oleh φ = (t2 – 8t) x 10-1 Wb
(a) GGL induksi (ε) sebagai fungsi waktu adalah turunan fungsi fluks terhadap waktu
ε = dφ/dt = –(2t – 8) x 10-1 volt
(b) besar φ maupun ε pada t = 0, t = 2 s, t = 4 s dan t = 6 s.
Saat t = 0, φ0 = 0, ε0 = +0,8 volt
t = 2 s, φ2 = –1,2 Wb, ε2 = 0,4 volt
t = 4 s, φ4 = –1,6 Wb, ε4 = 0 volt
t = 6 s, φ6 = –1,2 Wb, ε6 = –0,4 volt
(c) fluks mencapai maksimum ketika ε = dφ/dt = 0 Atau
–(2t – 8) x 10-1 = 0
t = 4 s (waktu fluks mencapai maksimum)
dan ggl saat t = 4 s adalah ε4 = 0 volt
(d) saat ketika fluks nol adalah
0 = –(t2 – 8t) x 10-1 Wb
t2 – 8t = 0
t(t – 8) = 0
t = 0 s dan t = 8,0 s
dan nilai ggl saat waktu ini adalah
t = 0, ε0 = +0,8 volt dan
t = 8 s, ε8 = –0,8 volt
(e) Sketsa grafik fluks terhadap waktu dan ggl induksi terhadap waktu ditunjukkan pada gambar di bawah ini!
Soal 2
Pertimbangkan grafik fluks magnetik melalui loop konduktor, sebagai fungsi waktu, ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. (a) Pada saat mana, t = 10 s, t = 20 s, atau t = 30 s, ggl induksi memiliki besar maksimum? Jelaskan. (b) Dengan asumsi loop memiliki satu putaran, berapa besarnya
ggl induksi pada t = 20 dtk?
Jawab:
(a) ggl induksi pada saat, t = 10 s, t = 20 s, atau t = 30 s adalah
ε = –Ndφ/dt
dari grafik jelas bahwa dφ/dt nilainya tetap, maka ggl induksi pada saat t = 10 s, t = 20 s, atau t = 30 s adalah SAMA BESAR.
(b) dari penjelasan pada (a) kita peroleh besar ggl induksi untuk t = 20 s adalah
ε = –N∆φ/∆t
dari grafik φ2 (t = 40 s) = 30 x 10-3 Wb dan φ1(t = 0) = 10 x 10-3 Wb, maka
ε = –N[(φ2 – φ1)/(t2 – t1)]
= –(30 x 10-3 Wb – 10 x 10-3 Wb)/(40 s – 0 s)
ε = –(20 x 10-3 Wb)/40 s
ε = –5,0 x 10-4 volt
Soal 3
Grafik pada di bawah ini menunjukkan fluks magnetik melalui suatu konduktor loop sebagai fungsi waktu. Satuan flux adalah webers, yang setara ke tesla meter2. Fluks dalam loop berubah karena medan magnet melewati perubahan loop. Loop itu sendiri adalah stasioner. Bandingkan besarnya arus yang diinduksikan pada loop pada waktu-waktu berikut. Untuk setiap pasangan waktu ini manakah arus induksi memiliki magnitudo yang lebih besar, dan jelaskan jawaban Anda. (a) 5 detik dan 10 detik, (b) 5 detik dan 25 detik, dan (c) jika arah arus induksi dalam loop searah jarum jam pada t = 5 s, ke arah mana arus induksi waktu yang lain?
Jawab:
Ingat bawah kuat arus induksi itu sebanding dengan ggl induksi
iind ∝ εind ∝ ∆φ/∆t
∆φ/∆t = kemiringan grafik fluks magnetik terhadap waktu, jadi
(a) karena kemiringan grafik pada saat t = 5 detik dan t = 10 detik sama maka kuat arus induksi untuk pada saat kedua waktu ini sama besar .
(b) arus induksi pada saat t = 5 detik lebih besar dari pada arus saat t = 25 detik (iind pada t = 25 detik = 0, karena tidak ada perubahan fluks magnetik yang menyebabkan adanya ggl induksi)
(c) jika arah arus induksi dalam loop searah jarum jam pada t = 5 s, ke arah mana arus induksi waktu yang lain?
Ingat bawah kuat arus induksi itu sebanding dengan ggl induksi
iind ∝ εind = –N ∆φ/∆t
Tanda kemiringan memberi tanda (arah) arus.
Arus searah jarum jam antara t = 0 dan t = 20 detik; arus nol antara t = 20 detik dan t = 30 detik, dan berlawanan arah jarum jam antara t = 30 detik dan t = 50 detik.
Soal 4
Kembali ke situasi yang dijelaskan dalam soal 3, dan grafik pada Gambar. Loop memiliki hambatan 0,10 Ω, luas 20 m2, dan terdiri dari satu loop. (a) Berapa besar medan magnet yang melewati loop pada t = 10 detik? Asumsikan bahwa bidangnya seragam dan arahnya bidang tegak lurus terhadap bidang loop. (b) berapa besar arus dalam loop pada t = 10 dtk?
Jawab:
Diketahui: luas loop A = 20 m2, hambatan loop R = 0,10 Ω
(a) saat t = 10 detik, ggl induksinya adalah
εind = –N ∆φ/∆t (lihat grafik)
εind = –(1)(0 – (–4 Wb))/(10 s) = –0,4 volt
maka medan magnet yang bekerja pada loop adalah dengan menggunakan rumus
εind = BA cos θ (θ = 900)
B = εind/A = (0,4 volt)/(20 m2) = –8 T
(b) kuat arus induksi pada loop adalah
iind = εind/R = (–0,4 volt)/(0,10 Ω) = –4 A
Fluks melalui sebuah loop dinyatakan oleh φ = –(t2 – 8t) x 10-1 Wb dengan t dalam sekon.
(a) Tentukan GGL induksi (ε) sebagai fungsi waktu.
(b) Tentukan baik φ maupun ε pada t = 0, t = 2 s, t = 4 s dan t = 6 s.
(c) Kapankah fluks mencapai maksimum? Berapa GGL-nya pada saat itu?
(d) Kapankah fluks nol? Berapa GGL-nya pada saat itu?
(e) Sketsalah grafik φ dan ε terhadap waktu t.
Jawab:
Fungsi fluks diberikan oleh φ = (t2 – 8t) x 10-1 Wb
(a) GGL induksi (ε) sebagai fungsi waktu adalah turunan fungsi fluks terhadap waktu
ε = dφ/dt = –(2t – 8) x 10-1 volt
(b) besar φ maupun ε pada t = 0, t = 2 s, t = 4 s dan t = 6 s.
Saat t = 0, φ0 = 0, ε0 = +0,8 volt
t = 2 s, φ2 = –1,2 Wb, ε2 = 0,4 volt
t = 4 s, φ4 = –1,6 Wb, ε4 = 0 volt
t = 6 s, φ6 = –1,2 Wb, ε6 = –0,4 volt
(c) fluks mencapai maksimum ketika ε = dφ/dt = 0 Atau
–(2t – 8) x 10-1 = 0
t = 4 s (waktu fluks mencapai maksimum)
dan ggl saat t = 4 s adalah ε4 = 0 volt
(d) saat ketika fluks nol adalah
0 = –(t2 – 8t) x 10-1 Wb
t2 – 8t = 0
t(t – 8) = 0
t = 0 s dan t = 8,0 s
dan nilai ggl saat waktu ini adalah
t = 0, ε0 = +0,8 volt dan
t = 8 s, ε8 = –0,8 volt
(e) Sketsa grafik fluks terhadap waktu dan ggl induksi terhadap waktu ditunjukkan pada gambar di bawah ini!
Soal 2
Pertimbangkan grafik fluks magnetik melalui loop konduktor, sebagai fungsi waktu, ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. (a) Pada saat mana, t = 10 s, t = 20 s, atau t = 30 s, ggl induksi memiliki besar maksimum? Jelaskan. (b) Dengan asumsi loop memiliki satu putaran, berapa besarnya
ggl induksi pada t = 20 dtk?
(a) ggl induksi pada saat, t = 10 s, t = 20 s, atau t = 30 s adalah
ε = –Ndφ/dt
dari grafik jelas bahwa dφ/dt nilainya tetap, maka ggl induksi pada saat t = 10 s, t = 20 s, atau t = 30 s adalah SAMA BESAR.
(b) dari penjelasan pada (a) kita peroleh besar ggl induksi untuk t = 20 s adalah
ε = –N∆φ/∆t
dari grafik φ2 (t = 40 s) = 30 x 10-3 Wb dan φ1(t = 0) = 10 x 10-3 Wb, maka
ε = –N[(φ2 – φ1)/(t2 – t1)]
= –(30 x 10-3 Wb – 10 x 10-3 Wb)/(40 s – 0 s)
ε = –(20 x 10-3 Wb)/40 s
ε = –5,0 x 10-4 volt
Soal 3
Grafik pada di bawah ini menunjukkan fluks magnetik melalui suatu konduktor loop sebagai fungsi waktu. Satuan flux adalah webers, yang setara ke tesla meter2. Fluks dalam loop berubah karena medan magnet melewati perubahan loop. Loop itu sendiri adalah stasioner. Bandingkan besarnya arus yang diinduksikan pada loop pada waktu-waktu berikut. Untuk setiap pasangan waktu ini manakah arus induksi memiliki magnitudo yang lebih besar, dan jelaskan jawaban Anda. (a) 5 detik dan 10 detik, (b) 5 detik dan 25 detik, dan (c) jika arah arus induksi dalam loop searah jarum jam pada t = 5 s, ke arah mana arus induksi waktu yang lain?
Ingat bawah kuat arus induksi itu sebanding dengan ggl induksi
iind ∝ εind ∝ ∆φ/∆t
∆φ/∆t = kemiringan grafik fluks magnetik terhadap waktu, jadi
(a) karena kemiringan grafik pada saat t = 5 detik dan t = 10 detik sama maka kuat arus induksi untuk pada saat kedua waktu ini sama besar .
(b) arus induksi pada saat t = 5 detik lebih besar dari pada arus saat t = 25 detik (iind pada t = 25 detik = 0, karena tidak ada perubahan fluks magnetik yang menyebabkan adanya ggl induksi)
(c) jika arah arus induksi dalam loop searah jarum jam pada t = 5 s, ke arah mana arus induksi waktu yang lain?
Ingat bawah kuat arus induksi itu sebanding dengan ggl induksi
iind ∝ εind = –N ∆φ/∆t
Tanda kemiringan memberi tanda (arah) arus.
Arus searah jarum jam antara t = 0 dan t = 20 detik; arus nol antara t = 20 detik dan t = 30 detik, dan berlawanan arah jarum jam antara t = 30 detik dan t = 50 detik.
Soal 4
Kembali ke situasi yang dijelaskan dalam soal 3, dan grafik pada Gambar. Loop memiliki hambatan 0,10 Ω, luas 20 m2, dan terdiri dari satu loop. (a) Berapa besar medan magnet yang melewati loop pada t = 10 detik? Asumsikan bahwa bidangnya seragam dan arahnya bidang tegak lurus terhadap bidang loop. (b) berapa besar arus dalam loop pada t = 10 dtk?
Jawab:
Diketahui: luas loop A = 20 m2, hambatan loop R = 0,10 Ω
(a) saat t = 10 detik, ggl induksinya adalah
εind = –N ∆φ/∆t (lihat grafik)
εind = –(1)(0 – (–4 Wb))/(10 s) = –0,4 volt
maka medan magnet yang bekerja pada loop adalah dengan menggunakan rumus
εind = BA cos θ (θ = 900)
B = εind/A = (0,4 volt)/(20 m2) = –8 T
(b) kuat arus induksi pada loop adalah
iind = εind/R = (–0,4 volt)/(0,10 Ω) = –4 A
Post a Comment for "Soal Grafik Fluks Magnetik dan GGL Induksi pada Hukum Faraday dan Pembahasan"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!