Rangkuman, Contoh Soal & Pembahasan Imbas Elektromagnetik

Fluks Magnetik

Faraday memperkenalkan besaran yang dinamakan fluks magnetik yang menyatakan jumlah garis-garis gaya magnetik yang dirumuskan sebagai berikut:
Φ = BA cos θ

Keterangan :
Φ : fluks magnet (Wb)
A : luasan penampang (m²)
B = induksi magnetik (Wb/m²)
θ : sudut antara medan magteg B dengan garis norml bidan permukaan

GGL Induksi

Faraday mempelajari apakah medan magnetdapat menimbulkan arus listrik kembali. Hasil eksperimen faraday dituangkan dalam hukum faraday yang berbunyi,”ggl induksi yang timbul pada ujung suatu penghantar atau kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yangdilindupi oleh loop penghantar atau kumparan tersebut. Dituliskan dalam bentuk persamaan sebagai berikut

Keterangan :
ε = ggl induksi (volt)
N = Jumlah lilitan
 = laju perubahan fluks magnetik
Tanda negatif dijelaskan oleh Hukum lenz yang menyatakan bahwa arus induksi selalu menimbulkan medan magnet induksi yang berlawanan dengan perubahan medan magnet asalnya.

GGL Induksi Pada Ujung Penghantar Yang Digerakan

Dirumuskan sebagai berikut:
ε = B l v sin θ

Keterangan
ε = ggl induksi (volt)
B = induksi magnet (Wb/m²)
l = panjang penghantar
v = kecepatan gerak penghantar (m/s)
θ = sudut antara θ dan v.
Arah arusnya dapat menggunakan kaidah tangan kanan

Sumber gambar :Buku Fisika Kelas 3 Sri Handayani

GGL Induksi Pada Generator

Generator merupakan alat yang dapat merubah energi gerak menjadi energi listrik. Ggl induksinya dirumuskan melalui persamaan berikut:
ε = N.B.A.ω.sin α

Keterangan:
ε = ggl induksi (Volt)
N = jumlah lilitan
B = besar induksi magnetik (Wb/m²)
A = luas penampang kumparan(m²)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
α = sudut terhadap medan magnet

Induksi Diri

Induktor

Solenoida merupakan induktor yang jika dihubungkan dengan arus AC maka pada induktor tersebut akan mengalami perubahan induksi magnet. Ggl induksi yang disebabkan oleh dirinya sendiri disebut induksi diri yang dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan :
ε = ggl induksi diri (volt)
L = induktansi diri induktor (henry)
 = perubahan kuat arus tiap satu satuan waktu

Jika induktor berbentuk solenoida induksi induktornya sebagai berikut:

Keterangan :
L = induktansi diri induktor (henry)
N = jumlah lilitan
A = luas penampang induktor (m²)
l = panjang induktor (m)
μ_o = 4π.10^-7 Wb.A^-1.m^-1

Transformator

Transformator/trafo merupakan alat yang digunakan untuk mengubah nilai tegangan bolak-balik yang diperlukan dalam suatu rangkaian listrik.

Sumber gambar :Buku Fisika Kelas 3 Sri Handayani
Berlaku persamaan sebagai berikut.
Trafo Ideal

Trafo Tidak Ideal

Efisiensi trafo

Keterangan:
V_p = tegangan primer (Volt)
V_s = tegangan sekunder(Volt)
N_p = lilitan primer
Ns = lilitan sekunder
I_p = arus pada kumparan primer(Ampere)
I_s = arus pada kumpara sekunder(Ampere)
η = efisiensi transformator (%)
P_s = daya kumparan sekunder (watt)
P_p = daya kumparan primer (watt)

Trafo dibedakan menjadi dua, yaitu;

1. Trafo Step Up
   trafo yang berfungsi menaikan tegangan bolak balik suatu sumber. (V_p < V_s, N_p < N_s, dan I_p > I_s)
2. Trafo Step Down
   trafo yang berfungsi menurunkan tegangan bolak balik suatu sumber. (V_p > V_s, N_p > N_s, dan I_{p <} I_s)

Rangkaian Arus Bolak Balik

Nilai efektif dan maksimum

Kuat arus dan tegangan arus bolak-balik memenuhi fungsi sinus dapat dirumuskan sebagai berikut.
I = I_m sin ωt
v = v_m sin ωt

Keterangan:
I_m = arus maksimum
v_m = tegangan maksimum

Jika diukur dengan alat ukur ternyata memiliki nilai yang digunakan dalam kerja komponen listrik dan dinamakan nilai efektif. Hubungan nilai maksimum dan nilai efektif ini memenuhi persamaan berikut.

Keterangan:
I_ef = arus efektif
V_ef = tegangan efektif (volt)

Sifat rangkaian :

1. Resistor jika dialiri arus bolak-balik : v sefase I (φ = 0)
2. Induktor jika dialiri arus bolak-balik:
   • v mendahului I 90^o (φ = + 90^o)
   • reaktansi induktif X_L = ω L
     Keterangan :
     X_L = reaktasi induktif (Ω)
     ω = frekuensi sudut (rad/s)
     L = induktasi induktor (H)
   • V_t = V_m sin atau I_t = I_m sin 
3. Kapasitor jika dialiri arus bolak-balik :
   • v ketinggalan I 90^O (φ = -90^o)
   • reaktansi kapasitif X_C =
     Keterangan:
     X_C = reaktasi kapasitif (Ω)
     ω = frekuensi sudut (rad/s)
     C = kapasitas kapasitor (F)
     V_t=V_msin dan l_t=l_msin

Impedansi

Hambatan pengganti pada rangkaian AC dinamakan impedansi. Impedansi dapat diperoleh dari diagram fasor

Dirumuskan sebagai berikut:

Resonansi rangkaian RLC

bisa terjadi jika:
V_L = V_C
x_L = x_C
Z = R

frekuensi saat resonansi

Daya pada rangkaian RLC

P=V_ef . I_ef cos Φ
Keterangan :
P = Daya (watt)
V_ef = tegangan efektif (volt)
I_ef = arus efektif (ampere)
cos Φ = faktor daya

Soal No.1 (SPMB 2005)

Fluks magnetik yang dihasilkan oleh medan magnetik B yang menembus tegak lurus dengan permukaan seluas A adalah Φ. Jika medan magnetiknya diperkecil menjadi ½ B, sedangkan permukaannya diperbesar menjadi 2A, maka fluks yang dihasilkan sama dengan ….

1. ¼ Φ
2. ½ Φ
3. Φ
4. 2 Φ
5. 4 Φ

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

Soal No.2 (UN 2014)

Di antara Faktor-faktor berikut adalah.

1. (1) dan (3)
2. (1) dan (2)
3. (2) saja
4. (2) dan (3)
5. (3) saja

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.3 (SNMPTN 2007)

Sebuah kawat tertutup berbentuk persegi dengan luas 0,02 m² diletakan pada bidang datar. Medan magnet seragam diberikan pada bidang tersebut dengan arah menembus ke dalam bidang secara tegak lurus menjauhi pembaca. Medan magnet tersebut di turunkan dengan laju tetap 2 x 10^-4 T/s. Jika hambatan kawat 0.1 Ω maka besar dan arah arus induksi yang timbul adalah …..

1. 1 x 10^-5 berlawanan arah jarum jam
2. 1 x 10^-5 searah jarum jam
3. 4 x 10^-5 berlawanan arah jarum jam
4. 4 x 10^-5 searah jarum jam
5. 4 x 10^-5 berlawanan arah jarum jam

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.4 (UN 2010)

Kawat konduktor ditata sedemikian rupa dan di hubungkan pada galvanometer (G) kemudian bagian kawat 1 digerakan sepanjang medan magnetik homogen (B). secara tegak lurus seperti pada gambar di bawah ini.

Jika panjang kawat konduktor I digerakan dengan kelajuan v, maka gaya gerak listrik pada kawat akan bertambah besar bila….

1. B di buat tetap dan v di buat tetap
2. B di perkecil dan v di perbesar
3. B di buat tetap dan v di perkecil
4. B dan v di perkecil
5. B dan v din perbesar

PEMBAHASAN :
Menentukan GGL induksi pada kawat yang di gerakan menggunakan persamaan
ε = B l v sin q
Keterangan
ε = ggl induksi (volt)
B = induksi magnet (Wb/m²)
l = panjang penghantar
v = kecepatan gerak penghantar (m/s)
θ = sudut terhadap medan magnet.
Dari persamaan tersebut ggl induksi (G) berbanding lurus dengan medan magnet (B) dan kecepatan kawat (v) maka makin besar B dan v akan makin besar juga ggl induksi.
Jawaban : E

Soal No.5 (SBMPTN 2014)

Kumparan rotor generator AC memiliki 1000 lilitan dengan penampang lintang luasnya 0,.05 m² dan hambatan 100 Ω. Rotor diputar dalam medan magnet 2 tesla dengan frekuensi 50 Hz. Arus maksimum yang di induksikan adalah …

1. 0,314 A
2. 2,140 A
3. 6,280 A
4. 31,400 A
5. 62,800 A

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.6 (UN 2013)

Fluks magnet pada kumparan 100 lilitan berubah dari 0,02 Wb menjadi 0,03 Wb dalam waktu 0,2 s. Bila perubahan fluks menjadi 0,06 Wb terjadi dalam waktu 0,1 s, maka perbandingan GGL yang di hasilkan mula-mula dengan akhir adalah…

1. 5 : 6
2. 3 : 1
3. 2 : 1
4. 2 : 5
5. 1 : 12

PEMBAHASAN :

Jawaban : E

Soal No.7 (UMPTN 2000)

Tongkat konduktor yang panjangnya 1m berputar dengan kecepatan sudut tetap sebesar 10 rad/s di dalam daerah bermedan magnet seragam B = 0.1 T. Sumbu putaran tersebut melalui salah satu ujung tongkat dan sejajar arahnya dengan garis-garis medan magnet di atas. GGL yang terinduksi antara kedua ujung tongkat dalam V besarnya ….

1. 0,5
2. 1,0
3. 1,6
4. 3,1
5. 6,0

PEMBAHASAN :

Jawaban : A

Soal No.8 (UN 2013)

Data tabel di samping adalah nilai lilitan dan tegangan transformater ideal. Dari tabel nilai x dan y yang tepat adalah …

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.9 (SNMPTN 2009)

Untuk menguji sebuah trafo, seorang siswa melakukan pengukuran tegangan dan arus dari kumparan primer maupun kumparan sekunder. Hasil pengukuran dituangkan dalam tabel

Berdasarkan data tabel diatas. Nilai X dan Y adalah ….

1. X = 2; Y= 6000
2. X = 50; Y= 9,6
3. X = 480; Y= 1,0
4. X = 1250; Y= 9,6
5. X = 1250; Y= 240

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

Soal No.10 (UN 2014)

Sebuah trafo ideal kumparan primernya dihubungkan dengan sumber tegangan sedangkan kumparan sekundernya dihubungkan dengan lampu seperti ditunjukan oleh gambar berikut:

Lampu akan makin terang jika …

1. jumlah lilitan sekunder ditambah
2. tegangan primer dikurangi
3. jumlah lilitan sekunder dikurangi
4. tegangan sekunder diperbesar
5. jumlah lilitan primer dikurangi

PEMBAHASAN :
Dari informasi yang diperoleh dari rangkaian, lampu akan makin terang jika daya keluaran diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah lilitan sekunder.
Jawaban : A

Soal No.11 (UMPTN 1999)

Perbandingan jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder sebuah transformator adalah 1 : 4. Tegangan dan kuat arus masukannya masing-masing 10 V dan 1 A. Jika daya rata-rata yang berubah menjadi kalor pada transformator tersebut adalah 4 W dan tegangan sekundernya 40 V, maka kuat arus keluarannya bernilai ….

1. 0,1 A
2. 0,4 A
3. 0,5 A
4. 0,6 A
5. 0,8 A

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.12 (UN 2014)

Perhatikan rangkaian R – L – C seri berikut ini!

Beda potensial ujung-ujung induktor adalah …

1. 100 V
2. 200 V
3. 300 V
4. 350 V
5. 400 V

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

Soal No.13 (UMPTN 2000)

Gambar dibawah ini menunjukan diagram fasor suatu rangkaian arus bolak-balik. Jika frekuensi arus bolak-balik tersebut 50 Hz maka….

1. Hambatannya 120/π mΩ
2. Induktasinya 240/π mH
3. Kapasitasnya 120/π mF
4. Kapasitasnya 120 mF
5. Induktasinya 120 mH

PEMBAHASAN :

Jawaban : B

Soal No.14 (UN 2013)

Perhatikan diagram rangkaian RLC berikut ini!

Kuat arus maksimum dari rangkaian adalah … ( 1 mF = 10^-6 F )

1. 1,3 A
2. 1,5 A
3. 2,0 A
4. 2,4 A
5. 2 √2 A

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

Soal No.15 (SPMB 2002)

Diketahui rangkaian arus searah (DC) sebesar 3 Ampere yang mengalir melewati suatu filamen pemanas mampu menghasilkan daya listrik sebesar W, Kalau digunakan arus bolak-balik (AC) dengan nilai puncak sebesar 3 Ampere juga maka besar daya listrik sekarang yang dapat dibangkitkan pada filamen adalah….

1. W/4
2. W/2
3. 2 W
4. 4 W
5. 6 W

PEMBAHASAN :

Jawaban : A

Soal No.16 (UN 2010)

Suatu rangkaian seri R, L, dan C dihubungkan dengan tegangan bolak-balik. Apabila indukstansi H dan kapasitas kapasitor 25 μF maka resonansi rangkaian terjadi pada frekuensi …

1. 0,5 kHz
2. 1,0 kHz
3. 2,0 kHz
4. 2,5 kHz
5. 7,5 kHz

PEMBAHASAN :

Jawaban : A