Hukum Lenz (Fisika) Definisi, Persamaan & Contoh

Heinrich Lenz (juga disebut sebagai Emil Lenz) adalah seorang fisikawan Baltik-Jerman yang mungkin tidak memiliki ketenaran dari beberapa orang awalnya. Rekan-rekan abad ke-19 seperti Michael Faraday, tetapi masih memberikan kontribusi penting untuk memecahkan misteri elektromagnetik.

Sementara beberapa rekannya membuat penemuan serupa, nama Lenz diberikan kepadahukum Lenz​ ​sebagian besar karena pencatatannya yang cermat, dokumentasi eksperimennya yang komprehensif, dan dedikasinya pada metode ilmiahtidak biasa untuk saat ini. Hukum itu sendiri merupakan bagian penting dariHukum Faraday tentang induksi elektromagnetik, dan secara khusus memberi tahu Andaarahdimana arus induksi mengalir.

Hukum mungkin sulit untuk dipahami pada awalnya, tetapi begitu Anda memahami konsep kuncinya, Anda akan baik-baik saja jalan Anda ke pemahaman yang lebih dalam tentang elektromagnetisme, termasuk masalah praktis seperti masalah eddy arus.

Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa induksigaya gerak listrik

Dimanauntukwaktunya,tidakadalah jumlah lilitan pada kumparan kawat dan phi (ϕ) adalah fluks magnet. Definisi fluks magnet cukup penting untuk persamaan ini, jadi perlu diingat bahwa:

yang menghubungkan kekuatan medan magnet,B, ke luas lingkaranSEBUAH, dan sudut antara loop dan medan (θ), dengan sudut loop didefinisikan sebagai tegak lurus terhadap area (yaitu, menunjuk lurus keluar dari loop). Karena persamaan tersebut melibatkan cos, maka persamaan tersebut berada pada nilai maksimum ketika bidang sejajar langsung dengan loop, dan pada 0 saat tegak lurus terhadap loop (yaitu, "sisi-on").

Secara bersama-sama, persamaan ini menunjukkan bahwa Anda dapat membuat EMF dalam gulungan kawat dengan mengubah luas penampangSEBUAH, kekuatan medan magnetB, atau sudut antara luas dan medan magnet. Besarnya EMF yang diinduksi berbanding lurus dengan laju perubahan besaran-besaran ini, dan tentu saja tidak harus hanya salah satu dari perubahan ini untuk menginduksi EMF.

Hukum Faraday digunakan oleh James Clerk Maxwell sebagai salah satu dari empat hukum elektromagnetismenya, meskipun biasanya dinyatakan sebagai integral garis dari medan magnet di sekitar loop tertutup (yang pada dasarnya adalah cara lain untuk mengatakan EMF yang diinduksi) dan laju perubahan dinyatakan sebagai turunan.

Hukum Lenz diringkas dalam hukum Faraday karena memberi tahu kita arah di mana arus listrik induksi mengalir. Cara paling sederhana untuk menyatakan hukum Lenz adalah bahwa perubahan fluks magnet menginduksi arus dalam arah yangmenentang​ ​perubahanyang menyebabkannya.

Dengan kata lain, karena ketika arus mengalir, ia menghasilkan medan magnetnya sendiri, arah arus induksi sedemikian rupa sehingga medan magnet baru berlawanan arah dengan perubahan fluks sehingga menciptakannya. Ini dikemas dalam hukum Faraday karena tanda negatif; ini memberitahu Anda bahwa EMF yang diinduksi menentang perubahan awal fluks magnet.

Sebagai contoh sederhana, bayangkan sebuah kumparan kawat dengan medan magnet luar yang mengarah langsung ke dalamnya dari sisi kanan (yaitu, ke pusat kumparan dan dengan garis-garis medan menunjuk ke kiri), dan medan luar kemudian bertambah besarnya tetapi tetap sama arah. Dalam hal ini, arus induksi pada kawat akan mengalir sehingga menghasilkan medan magnet yang mengarah keluar dari kumparan ke kanan.

Jika medan luar berkurang besarnya, arus induksi akan mengalir sehingga menghasilkan medan magnet dengan arah yang sama dengan medan aslinya, karena melawan fluks.perubahandaripada hanya menentang lapangan. Sejak itumelawan perubahan dan belum tentu arahnya, ini berarti kadang-kadang menciptakan bidang dalam arah yang berlawanan dan kadang-kadang dalam arah yang sama.

Anda dapat menggunakan aturan tangan kanan (kadang-kadang disebut aturan pegangan tangan kanan untuk membedakannya dari aturan tangan kanan lain yang digunakan dalam fisika) untuk menentukan arah listrik yang dihasilkan arus. Aturannya cukup mudah diterapkan: tentukan arah medan magnet yang diciptakan oleh induksi arus dan arahkan ibu jari tangan kanan Anda ke arah itu, lalu tekuk jari Anda ke dalam. Arah jari-jari Anda melengkung adalah arah arus mengalir melalui kumparan kawat.

Beberapa contoh konkret tentang bagaimana hukum Lenz bekerja dalam praktik akan membantu memperkuat konsep, dan paling sederhana sangat mirip dengan contoh di atas: kumparan kawat bergerak masuk atau keluar dari medan magnet. Saat loop bergerak ke dalam medan, fluks magnet melalui loop akan meningkat (dalam arah yang berlawanan dengan gerakan kumparan), menginduksi arus yang menentang laju perubahan fluks, dan dengan demikian menciptakan medan magnet ke arahnya gerakan.

Jika kumparan bergerak ke arah Anda, aturan tangan kanan dan hukum Lenz menunjukkan bahwa arus akan mengalir berlawanan arah jarum jam. Jika kumparan itu bergerakdi luarmedan, fluks magnet yang berubah pada dasarnya akan menjadi pengurangan bertahap alih-alih peningkatan, sehingga arus yang berlawanan akan diinduksi.

Keadaan ini dianalogikan dengan menggerakkan magnet batang ke dalam atau keluar dari pusat kumparan, karena ketika magnet masuk, medannya akan semakin kuat dan medan magnet yang diinduksi akan bekerja untuk menentang gerakan magnet, jadi, berlawanan arah jarum jam dari perspektif magnet. Ketika bergerak keluar dari pusat kumparan kawat, fluks magnet akan berkurang dan magnet yang diinduksi medan akan kembali bekerja untuk melawan gerakan magnet, kali ini searah jarum jam dari sudut pandang magnet.

Contoh yang lebih rumit melibatkan gulungan kawat yang berputar dalam medan magnet tetap, karena ketika sudut berubah, fluks yang melalui loop juga akan berubah. Selama penurunan fluks, arus listrik yang diinduksi akan menciptakan medan magnet untuk menentang perubahan fluks, sehingga akan searah dengan medan luar. Selama kenaikan fluks, yang terjadi adalah sebaliknya dan arus diinduksi untuk melawan kenaikan fluks magnet, sehingga berlawanan arah dengan medan luar. Ini menghasilkan tegangan bolak-balik (karena EMF yang diinduksi beralih setiap kali loop berputar 180 derajat), dan ini dapat digunakan untuk menghasilkan arus bolak-balik.

Arus eddy adalah nama untuk arus listrik kecil yang mematuhi hukum Lenz. Namun, secara khusus, nama ini digunakan untuk merujuk pada arus kecil yang berputar dalam konduktor yang analog dengan pusaran yang Anda lihat di sekitar dayung Anda saat mendayung di air.

Ketika sebuah konduktor digerakkan melalui medan magnet - misalnya, seperti pendulum logam yang berayun di antara kutub magnet tapal kuda – arus eddy diinduksi, dan sejalan dengan hukum Lenz, ini melawan efek dari gerakan. Hal ini menyebabkan redaman magnetik (karena medan induksi harus bekerjamelawangerakan yang menciptakannya), yang dapat digunakan secara produktif dalam hal-hal seperti sistem pengereman magnetik untuk roller coaster, tetapi ini adalah penyebab pemborosan energi untuk perangkat seperti generator dan transformator.

Ketika arus eddy perlu dikurangi, konduktor dipisahkan menjadi beberapa bagian oleh lapisan isolasi tipis, yang membatasi ukuran arus eddy dan mengurangi kehilangan energi. Namun, karena arus eddy merupakan konsekuensi penting dari hukum Faraday dan Lenz, mereka tidak dapat sepenuhnya dicegah.