Induksi Elektromagnetik: Formula dan Unit, Cara Kerja dan Contohnya

Induksi elektromagnetik didefinisikan sebagai induksi gaya gerak listrik (tegangan) dalam medium atau benda terdekat karena adanya medan magnet variabel. Fenomena ini ditemukan oleh fisikawan dan ahli kimia Inggris Michael Faraday, pada tahun 1831, oleh hukum induksi elektromagnetik Faraday.

Faraday melakukan tes eksperimental dengan magnet permanen yang dikelilingi oleh kumparan kawat dan mengamati induksi tegangan pada kumparan tersebut, dan sirkulasi arus yang mendasarinya.

Hukum ini menunjukkan bahwa tegangan yang diinduksi pada loop tertutup berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik ketika melintasi permukaan, sehubungan dengan waktu. Dengan demikian, layak untuk menginduksi adanya perbedaan voltase (voltase) pada benda yang berdekatan karena pengaruh medan magnet variabel.

Pada gilirannya, tegangan induksi ini meningkatkan sirkulasi arus yang sesuai dengan tegangan induksi dan impedansi objek analisis. Fenomena ini adalah prinsip aksi sistem tenaga dan perangkat penggunaan sehari-hari, seperti: motor, generator dan transformator listrik, tungku induksi, induktor, baterai, dll.

Formula dan unit

Induksi elektromagnetik yang diamati oleh Faraday dibagikan kepada dunia sains melalui pemodelan matematika yang memungkinkan untuk meniru jenis fenomena ini dan memprediksi perilaku mereka.

Formula

Untuk menghitung parameter listrik (tegangan, arus) yang terkait dengan fenomena induksi elektromagnetik, pertama-tama kita harus menentukan berapa nilai induksi magnetik, yang saat ini dikenal sebagai medan magnet.

Untuk mengetahui apa fluks magnetik yang melintasi permukaan tertentu, maka produk dari induksi magnetik harus dihitung oleh area tersebut. Demikian:

Dimana:

Φ: Aliran magnetik [Wb]

B: Induksi magnetik [T]

S: Permukaan [m2]

Hukum Faraday menunjukkan bahwa gaya gerak listrik yang diinduksi pada benda-benda di sekitarnya diberikan oleh laju perubahan fluks magnet sehubungan dengan waktu, sebagaimana dirinci di bawah ini:

Dimana:

ε: Gaya gerak listrik [V]

Saat mengganti nilai fluks magnetik dalam ekspresi sebelumnya, kami memiliki yang berikut:

Jika integral diterapkan ke kedua sisi persamaan untuk membatasi lintasan terbatas untuk daerah yang terkait dengan fluks magnet, diperoleh perkiraan yang lebih akurat dari perhitungan yang diperlukan.

Selain itu, perhitungan gaya gerak listrik dalam sirkuit tertutup juga dibatasi dengan cara ini. Jadi, ketika menerapkan integrasi dalam kedua anggota persamaan, diperoleh bahwa:

Unit pengukuran

Induksi magnetik diukur dalam Sistem Satuan Internasional (SI) di Teslas. Unit pengukuran ini diwakili oleh huruf T, dan sesuai dengan himpunan unit dasar berikut.

Tesla setara dengan induksi magnetik karakter seragam yang menghasilkan fluks magnet 1 weber pada permukaan satu meter persegi.

Menurut Sistem Satuan Cegesimal (CGS), satuan pengukuran induksi magnetik adalah gauss. Relasi ekivalensi antara kedua unit adalah sebagai berikut:

1 tesla = 10 000 gauss

Unit pengukuran induksi magnetik berutang namanya kepada insinyur, fisikawan dan penemu Serbo-Kroasia Nikola Tesla. Dinamai demikian pada pertengahan tahun 1960.

Bagaimana cara kerjanya?

Ini disebut induksi karena tidak ada hubungan fisik antara elemen primer dan sekunder; akibatnya, segala sesuatu terjadi melalui koneksi tidak langsung dan tidak berwujud.

Fenomena induksi elektromagnetik terjadi mengingat interaksi garis gaya medan magnet variabel pada elektron bebas dari elemen konduktif terdekat.

Untuk ini, objek atau sarana di mana induksi terjadi harus diatur tegak lurus terhadap garis-garis gaya medan magnet. Dengan cara ini, gaya yang diberikan pada elektron bebas lebih besar dan, akibatnya, induksi elektromagnetik jauh lebih kuat.

Pada gilirannya, arah sirkulasi arus induksi diberikan oleh arah yang diberikan oleh garis-garis gaya dari medan magnet variabel.

Di sisi lain, ada tiga metode melalui mana aliran medan magnet dapat divariasikan untuk menginduksi gaya gerak listrik pada benda atau benda di dekatnya:

1- Ubah modul medan magnet, melalui variasi intensitas aliran.

2- Ubah sudut antara medan magnet dan permukaan.

3 - Ubah ukuran permukaan yang melekat.

Kemudian, sekali medan magnet telah dimodifikasi, gaya gerak listrik diinduksi pada objek tetangga yang, tergantung pada resistansi terhadap aliran arus yang dimilikinya (impedans), akan menghasilkan arus induksi.

Dalam urutan gagasan itu, proporsi arus yang diinduksi ini akan lebih besar atau lebih kecil daripada yang primer, tergantung pada konfigurasi fisik sistem.

Contohnya

Prinsip induksi elektromagnetik adalah dasar operasi transformator tegangan listrik.

Rasio transformasi transformator tegangan (reducer atau elevator) diberikan oleh jumlah belitan yang dimiliki setiap belitan transformator.

Jadi, tergantung pada jumlah kumparan, tegangan pada sekunder dapat lebih tinggi (transformator step-up) atau lebih rendah (transformator step-down), tergantung pada aplikasi dalam sistem kelistrikan yang saling berhubungan.

Dengan cara yang sama, turbin pembangkit listrik di pusat-pusat listrik tenaga air juga beroperasi berkat induksi elektromagnetik.

Dalam hal ini, bilah turbin menggerakkan sumbu rotasi yang terletak di antara turbin dan generator. Kemudian, ini menghasilkan mobilisasi rotor.

Pada gilirannya, rotor terdiri dari serangkaian belitan yang, ketika bergerak, menimbulkan medan magnet variabel.

Yang terakhir menginduksi gaya gerak listrik di stator generator, yang terhubung ke sistem yang memungkinkan energi yang dihasilkan selama proses diangkut secara online.

Dengan menggunakan dua contoh sebelum diekspos, adalah layak untuk mendeteksi bagaimana induksi elektromagnetik membentuk bagian dari kehidupan kita dalam aplikasi elementer kehidupan sehari-hari.