Kali ini kita akan membahas sebuah materi pembelajaran fisika kelas 12 semester 2 kurikulum 2013 edisi revisi yaitu tentang hukum faraday, adapun disini kita akan membahasnya lengkap mulai dari pengertian hukum faraday, siapa itu michael faraday, sejarah singkat hukum faraday, bunyi hukum, rumus, penerapan, percobaan dan contoh soal pilihan ganda PG tentang hukum faraday 1 dan 2 beserta pembahasannya. Semoga dapat membantu
Hukum Faraday
Pengertian Hukum Faraday
Pengertian hukum faraday adalah hukum dasar elektromagnetisme yang menjelaskan bagaimana arus listrik menghasilkan medan magnet dan sebaliknya bagaimana medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada sebuah konduktor.
Hukum faraday juga biasa disebut sebagai hukum induksi.
Sejarah Singkat Hukum Faraday
Elektromagnetik Faraday ini pertama kali dikemukakan oleh seorang Fisikawan Inggris yang bernama Michael Faraday pada tahun 1831.
Penemuan Faraday pertama yang penting di bidang listrik terjadi pada tahun 1821. Dua tahun sebelumnya Oersted telah menemukan bahwa jarum magnet kompas biasa dapat beringsut jika arus listrik dialirkan dalam kawat yang tidak berjauhan. Ini membuat Faraday berkesimpulan, jika magnet diketatkan, yang bergerak justru kawatnya. Bekerja atas dasar dugaan ini, dia berhasil membuat suatu skema yang jelas dimana kawat akan terus-menerus berputar berdekatan dengan magnit sepanjang arus listrik dialirkan ke kawat. Sesungguhnya dalam hal ini Faraday sudah menemukan motor listrik pertama, suatu skema pertama penggunaan arus listrik untuk membuat sesuatu benda bergerak. Betapapun primitifnya, penemuan Faraday ini merupakan “nenek moyang” dari semua motor listrik yang digunakan dunia sekarang ini.
Hal ini merupakan pembuka jalan yang luar biasa. Tetapi, faedah kegunaan praktisnya terbatas, sepanjang tidak ada metode untuk menggerakkan arus listrik selain dari baterei kimiawi sederhana pada saat itu. Faraday yakin mesti ada suatu cara penggunaan magnit untuk menggerakkan listrik, dan dia terus-menerus mencari jalan bagaimana menemukan metode itu. Kini, magnit yang tak berpindah-pindah tidak mempengaruhi arus listrik yang berdekatan dengan kawat. Tetapi di tahun 1831, Faraday menemukan bahwa bilamana magnit dilalui lewat sepotong kawat, arus akan mengalir di kawat sedangkan magnit bergerak. Keadaan ini disebut “pengaruh elektro magnetik,” dan penemuan ini disebut “Hukum Faraday” dan pada umumnya dianggap penemuan Faraday yang terpenting dan terbesar.
Penemuannya ini sangat monumental, dengan dua alasan. Pertama, “Hukum Faraday” mempunyai arti penting yang mendasar dalam hubungan dengan pengertian teoritis kita tentang elektro magnetik. Kedua, elektro magnetik dapat digunakan untuk menggerakkan secara terus-menerus arus aliran listrik seperti diperagakan sendiri oleh Faraday lewat pembuatan dinamo listrik pertama. Meski generator tenaga pembangkit listrik kita untuk mensuplai kota dan pabrik dewasa ini jauh lebih sempurna ketimbang apa yang diperbuat Faraday, tetapi kesemuanya berdasar pada prinsip serupa dengan pengaruh elektro magnetik.
Bunyi Hukum Faraday 1 dan 2
Berikut dibawah ini adalah bunyi hukum faraday 1 dan hukum faraday 2
Hukum Faraday 1 berbunyi :
Setiap perubahan medan magnet pada kumparan akan menyebabkan gaya gerak listrik (GGL) yang diinduksi oleh kumparan tersebut.
Hukum Faraday 2 berbunyi :
Tegangan GGL induksi di dalam rangkaian tertutup adalah sebanding dengan kecepatan perubahan fluks terhadap waktu.
Dari kedua bunyi hukum tersebut adajuga yang menggabungkan hukum faraday 1 dan 2 yaitu menadi :
Setiap perubahan medan magnet pada kumparan akan menyebabkan gaya gerak listrik (GGL) Induksi yang sebanding dengan laju perubahan fluks.
Rumus Hukum Faraday
Berdasarkan pernyataan bunyi hukum faraday 1 dan 2 dapat dinyatakan dengan rumus dibawah ini:
Rumus Hukum Faraday yaitu
ɛ = -N (ΔΦ/Δt)
Keterangan :
ɛ = GGL induksi (volt)
N = Jumlah lilitan kumparan
ΔΦ = Perubahan fluks magnetik (weber)
∆t = selang waktu (s)
Tanda negatif menandakan arah gaya gerak listrik (ggl) induksi.
Rumus Hukum Faraday 1
Jumlah berat (massa) zat yang dihasilkan (diendapkan) pada elektroda sebanding dengan jumlah muatan listrik (Coulumb) yang dialirkan melalui larutan elektrolit tersebut.
Dari dua pernyataan diatas, disederhanakan menjadi persamaan :
M = e . i . t / 96500
Q = i x t
Keterangan:
M = massa zat dalam gram
e = berat ekivalen dalam gram = berat atom: valensi
i = kuat arus dalam Ampere
t = waktu dalam detik
F = Faraday = 96.500
Rumus Hukum Faraday 2
m1 : m2 = e1 : e2
Keterangan:
m = massa zat (garam)
e = beret ekivalen = Ar/Valensi = Mr/Valensi
Penerapan Hukum Faraday
Salah satu contoh penerapan hukum faraday adalah pada dinamo sepeda yang digunakan untuk mengubah enegri gerak menjadi enrgi listrik pada sepeda, energi listrik yang dihasilkan digunakan untuk menyalakan lampu sepeda. dinamo terdiri dari sebuah kumparan yang bergerak dalam medan magnet tetap. dibagian luar dinamo ada bagian yang dpat disentuhkan atau dilepaskan dari roda sepeda. bagian tersebut berhubungan dengan kumparan didalam dinamo. ketika bagian ini disentuhkan keroda sepeda maka bagian tersebut berputar mengikuti putaran roda sepeda sehingga kumparan didalam dinamo berputar. akibatnya fluks yang kandung kumparan berubah-ubah, perubahan fluks tersebut menghasilkan GGL induksi yang pada akhirnya mengaklirkan arus kelampu dan lampu akhirnya menyala. disiang hari kita melepaskan dinamo dengan roda sepeda sehingga lampu tidak menyala.
berikut ini merupakan gambar dari dinamo sepeda:
Adapun faktor faktor yang mempengaruhi besarnya GGL
Berikut dibawah ini adalah beberapa faktor yang dapat mempengaruhi besar kecilnya Gaya Gerak Listrik (GGL).
- Jumlah lilitan pada kumparan, semakin banyak lilitan pada kumparan semakin besar tegangan yang diinduksikan.
- Kecepatan gerak medan magnet, semakin cepat garis gaya medan magnet atau fluks yang mengenai konduktornya semakin besar pula tegangan induksinya.
- Jumlah garis gaya medan magnet atau fluks, semakin besar jumlah garis gaya medan magnet atau fluks yang mengenai konduktor, semakin besar juga tegangan induksinya.
Percobaan Hukum Faraday
Rumus rumus hukum faraday diambil dari percobaan hukum faraday berikut ini:
Dalam percobaan Faraday atau sering dikenal dengan istilah Eksperimen Faraday ini,
Michael Faraday mengambil sebuah magnet dan sebuah kumparan yang terhubungkan ke galvometer. Pada awalnya, magnet diletakkan agak berjauhan dengan kumparan sehingga tidak ada defleksi dari galvometer. Jarum pada galvometer tetap menunjukan angka 0. Ketika magnet bergerak masuk ke dalam kumparan, jarum pada galvometer juga bergerak menyimpang ke satu arah tertentu (ke kanan). Pada saat magnet didiamkan pada posisi tersebut, jarum pada galvometer bergerak kembali ke posisi 0. Namun ketika magnet digerakan atau ditarik menjauhi kumparan, terjadi defleksi pada galvometer, jarum pada galvometer bergerak menyimpang berlawanan dengan arah sebelumnya (ke kiri). Pada saat magnet didiamkan lagi, jarum pada galvometer kembali ke posisi 0. Demikian juga apabila yang bergerak adalah Kumparan, tetapi Magnet pada posisi tetap, galvometer akan menunjukan defleksi dengan cara yang sama.
Dari percobaan Faraday tersebut juga ditemukan bahwa semakin cepat perubahan medan magnet semakin besar pula gaya gerak listrik yang diinduksi oleh kumparan tersebut.
Galvometer adalah alat uji yang digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang mengalir.
Contoh Soal Hukum Faraday
Berikut dibawah ini adalah contoh soal hukum faraday 1 dan 2, antara lain:
Contoh 1 Soal Hukum Faraday
Sebuah kumparan terdiri dari 50 lilitan, fluks magnet dalam kumparan berubah sebesar 5 x 10-3 weber dalam selang waktu 10ms (milidetik). Hitunglah Gaya Gerak Listrik atau GGL induksi pada kumparan tersebut.
Penyelesaian:
Diketahui :
Jumlah Lilitan (N) = 50
Selang waktu (Δt) = 10ms = 10 x 10-3 second
ΔΦ = 5 x 10-3 weber
GGL induksi (ɛ ) = ….?
Jawaban:
ɛ = -N (ΔΦ/∆t)
ɛ = -50 (5 x 10-3 wb / 10 x 10-3)
ɛ = -50 (0,5)
ɛ = -25V
Jadi Gaya Gerak Listrik Induksinya adalah -25V.
Contoh 2 Soal Hukun Faraday
Pada elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektroda inert, dialirkan listrik 10 amper selama 965 detik.
Hitunglah massa tembaga yang diendapkan pada katoda dan volume gas oksigen yang terbentuk di anoda pada (O°C, 1 atm), (Ar: Cu = 63.5 ; O = 16).
Jawaban:
CuSO4 (aq) ® Cu2+(aq) + SO42-(aq)
Katoda [elektroda – : reduksi] : Cu2+(aq) + 2e– ® Cu(s)
Anoda [elektroda + : oksidasi]: 2 H2O(l) ® O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e–
A.
massa tembaga: m = e . i . t/96.500 = (Ar/Valensi) x (10.965/96.500) = 63.5/2 x 9.650/96.500 = 31.25 x 0,1 = 3,125 gram
B.
m1 : m2 = e1 : e2mCu : mO2 = eCu : eO2
3,125 : mO2 = 6.32/2 : 32/4
3,125 : mO2 = 31,25 : 8
mO2 = (3.125 x 8)/31.25 = 0.8 gram
mol O2 = 0.8/32 = 8/320 = 1/4 mol
volume O2 (0°C, 1 atm) = 1/40 x 22.4 = 0.56 liter