Hukum Lenz adalah hukum fisika yang sangat populer. Hukum ini pertama kali dibuat pada tahun 1834 oleh seorang fisikawan dari Rusia bernama Heinrich Friedrich Emil Lenz. Secara rinci, undang-undang ini menjelaskan bahwa:
“Jika gaya gerak listrik (EMF) induksi muncul dalam suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menciptakan medan magnet induksi yang melawan medan magnet yang berubah (arus induksi mencoba mempertahankan fluks magnet total konstan) .”
Sejarah penemuan hukum Lenz
Hukum Lenz yang membahas tentang induksi elektromagnetik menyatakan bahwa arah arus yang diinduksikan pada suatu penghantar dari medan magnet yang berubah menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday dapat dikatakan sedemikian rupa.
Ini berarti medan magnet yang diciptakan oleh arus induksi akan bertentangan dengan perubahan medan magnet asli yang membuatnya. Arah aliran juga dapat disesuaikan dengan kaidah tangan kanan filosofi Fleming.
Penerapan Hukum Lenz dalam Kehidupan Sehari-hari
Sebenarnya prinsip Hukum Lenz banyak diterapkan dan ditemukan dengan mudah dalam kehidupan. Berikut beberapa di antaranya:
- Hukum Lenz sering digunakan untuk kompor induksi dan pengereman elektromagnetik.
- Hukum Lenz juga sering digunakan untuk generator listrik. Jika arus induksi ada di dalam generator, maka arus akan menunjukkan arah yang berlawanan, sehingga memicu putaran generator (menurut Hukum Lenz). Hal ini terjadi karena generator membutuhkan energi mekanik dalam jumlah besar.
- Biasanya Hukum Lenz juga sering digunakan dalam memahami konsep energi magnet pada induktor. Jika sumber EMF terhubung ke indikator, arus akan mengalir. Selanjutnya, EMF akan melawan peningkatan arus melalui induktor.
Selain itu, hukum Lenz juga menyatakan bahwa ggl induksi dan perubahan fluks memiliki tanda yang berlawanan dan memperoleh interpretasi fisis dari pemilihan tanda dalam hukum Faraday.
Eksperimen Hukum Lenz
Eksperimen Hukum Lenz dapat dilakukan dengan menggunakan magnet sederhana dengan kutub yang diketahui. Kemudian, pindahkan magnet lebih dekat ke kumparan listrik. Pada kumparan akan muncul arus dan induksi ggl.
Magnet yang digerakkan dalam kumparan menghasilkan arah yang dapat dilihat pada gambar berikut:
Sederhananya, induksi magnet harus memiliki arah fluks magnet yang berlawanan, sehingga nilai total fluks dalam kumparan selalu sama atau konstan. Ketika magnet mulai menjauh dari kumparan, fluks magnet akan berkurang pada kumparan. Hal ini dapat mengakibatkan timbulnya fluks magnet yang tidak sesuai dengan reduksi kumparan, sehingga fluks tersebut selalu sama besarnya.
Rumus hukum Lenz
Secara matematis, bilangan ggl induksi dapat diperoleh dengan menerapkan prinsip hukum Lenz. Formula yang digunakan adalah:
Dengan deskripsi:
Ɛ = ggl induksi (volt)
N = jumlah putaran
ΔI = fluks atau perubahan arus (A)
Δt = perubahan waktu (s)
Sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan kesesuaian dengan bunyi Hukum Lenz.
Perbedaan antara Hukum Lenz dan Hukum Faraday
Michael Faraday adalah orang yang pertama kali mengemukakan konsep EMF. Faraday melakukan penelitian untuk mengetahui faktor-faktor yang menentukan jumlah GGL yang diinduksi.
Selain itu, Faraday juga menemukan bahwa induksi memiliki ketergantungan yang kuat terhadap waktu. Semakin cepat perubahan medan magnet terjadi, semakin besar ggl induksi.
Sesuai dengan konsep ini, muncul Hukum Faraday yang menyatakan bahwa, “Gaya Elektromotif Induksi (GGL) yang muncul di antara ujung-ujung lup penghantar sebanding dengan laju perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh lup penghantar tadi.”
Sedangkan mengacu pada Hukum Faraday, diketahui bahwa perubahan fluks magnet akan memicu terbentuknya beda potensial di setiap ujung kumparan. Jika kedua ujungnya dihubungkan dengan bantuan penghantar yang memiliki nilai resistansi tertentu, maka akan mengalir arus yang kemudian dikenal dengan arus induksi.
Tidak hanya itu, ada juga beda potensial yang selanjutnya disebut ggl induksi. Mereka muncul hanya selama perubahan fluks magnet. Saat itu Faraday baru bisa menghitung nilai ggl induksi yang terjadi dan belum memutuskan arah arus induksi yang muncul pada kumparan atau rangkaian.
Menariknya, arah arus induksi yang muncul selanjutnya mulai dijelaskan pada tahun 1834 oleh Friederich Lenz yang saat itu lebih populer dikenal dengan hukum Lenz. Secara sederhana, Hukum Lenz hanya berlaku untuk rangkaian konduktor yang memiliki sifat tertutup.
Perubahan fluks yang terjadi akan menginduksi ggl yang memicu terbentuknya arus pada bagian dalam kumparan. Selanjutnya arus induksi dapat membangkitkan medan magnet itu sendiri.
Jadi, Hukum Faraday lebih mengarah pada fenomena yang dikenal dengan induksi elektromagnetik. Perbedaan paling jelas antara kedua hukum penting di bidang elektrokimia ini adalah bahwa hukum Faraday menunjukkan nilai ggl, sedangkan hukum Lenz menunjukkan arah aliran arus.
Contoh Soal Hukum Lenz
Untuk lebih memahami Hukum Lenz, perhatikan contoh soal berikut.
- Terdapat fluks magnet yang dilingkupi oleh sebuah kumparan, berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 detik. Koil terdiri dari 200 lilitan kawat dengan resistansi 4 ohm. Lalu, seberapa kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan tersebut?
Dikenal:
Φ1 = 0,5 Wb
Φ2 = 0,1 Wb
N = 200 putaran
R = 4 ohm
Δt = 5 detik
saya = ?
Perhitungan Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi diperoleh dengan persamaan:
tanda (-) menunjukkan adanya reaksi akibat adanya perubahan fluks, yaitu fluks induksi yang arahnya berlawanan dengan fluks magnet utama. Artinya, arus yang mengalir dari kumparan atau I adalah ε/R = 16/4 = 4 A.
- Pada sebuah kumparan dengan induksi 0,2H, dialiri arus listrik 10 A. Selanjutnya dalam rentang waktu 0,02 detik, arus berubah menjadi 4 A. Jadi, besarnya ggl induksi yang terjadi adalah…. V .
Menjawab:
Hukum Lenz menyatakan bahwa, jika timbul ggl induksi pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi akan sedemikian rupa sehingga berlawanan dengan sebab akibat dan menimbulkan tanda negatif (-).
Dari bunyi hukum Lenz tersebut dapat dituliskan persamaan induksi EMF yaitu :
Informasi:
Ɛ = ggl induksi (volt)
L = induktansi diri (H)
ΔI = fluks atau perubahan arus (A)
Δt = perubahan waktu (s)
Dikenal:
Induktansi diri (L) = 0,2H
Perubahan arus listrik (I) = 10A – 4A = 6A
Interval waktu
Sehingga untuk mendapatkan nilai ggl induksi yang terjadi, dapat digunakan rumus :
Selanjutnya masukkan semua nilai yang diketahui pada soal ke dalam persamaan tadi, sehingga menjadi:
Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa arah ggl induksi sesuai dengan ketentuan hukum Lenz. Jadi, melalui perhitungan di atas, besaran EMF adalah 60 volt.
Demikian ulasan tentang Hukum Lenz, bunyi hukum, cerita sejarah, rumus perhitungan, aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, contoh soal dan pembahasan, serta perbedaan mendasar yang dapat dilihat dengan Hukum Faraday. Semoga bermanfaat.
