Contoh Soal HOTS GGL Induksi Elektromagnetik || Fisika SMA

Haloo sahabat lakonfisika.net…Kita lanjutkan edisi soal HOTS Fisika. Pada topik medan magnet, kita sudah mengetahui bahwa arus listrik bisa menghasilkan medan magnet, dari berbagai bentuk media penghantarnya. Ada bentuk kawat lurus, kawat melingkar, solenoid, dan toroida. Sekarang kita akan lihat beberapa fenomena fisika yang menunjukkan munculnya arus listrik akibat medan magnet. Yukk langsung disimak saja beberapa contoh soal HOTS Induksi Elektromagnetik berikut ini.

Soal HOTS Induksi Elektromagnetik :

1. Soal HOTS Hukum Faraday, GGL Induksi akibat Perubahan Luas Area 

Sebagian luasan dari kawat persegi panjang tunggal dengan dimensi seperti pada gambar, diletakkan pada daerah bermedan magnet seragam sebesar $0,5\,T$. Resistansi total dari loop kawat tersebut adalah $0,2\,\Omega$. Hitunglah gaya yang diperlukan untuk menarik kawat tersebut untuk bergerak dengan kecepatan konstan $3,0{\,m}/{s}\;$. (Abaikan pengaruh gravitasi) 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnet 1: 

• Untuk segiempat yang bergerak meninggalkan medan magnet, artinya terjadi perubahan luas/area yang ditembus medan magnet, sehingga ada perubahan fluks magnet. 
• Perubahan fluks ini menyebabkan ada GGL Induksi yang kemudian mengalirkan arus induksi. Mulai dari persamaan $\varepsilon =-NB\frac{dA}{dt}=-NBl\frac{ds}{dt}$, yang kemudian persamaan tersebut bisa disederhanakan menjadi bentuk $\varepsilon =-Blv$, untuk kumparan yang berlilitan (N) tunggal. 
• Kita bisa menghitung besar GGL induksi dan kemudian menentukan arus induksinya ${{i}_{ind}}=\frac{\varepsilon }{R}$. Selanjutnya, kita gunakan prinsip kesetimbangan gaya, agar sistem bergerak konstan, sehingga diperoleh $\sum{F}=0\to F={{F}_{Lorentz}}$. 
• Gaya Lorentz yang muncul adalah akibat adanya arus induks pada bagian segiempat yang terkena medan magnet. Sehingga gaya penariknya dapat dihitung dengan $F=B\,{{i}_{ind}}\,l$.

2. Soal HOTS Induksi Elektromagnet pada Kawat yang Bergerak 

Perhatikan susunan komponen pada gambar di bawah. Asumsikan nilai $R=6,0\,\Omega$, $l=1,2\,m$, dan medan magnet seragam sebesar $2,5\,T$ yang arahnya masuk bidang gambar. Berapa kecepatan gerak batang konduktor untuk menghasilkan arus listrik sebesar $0,5\,A$ yang melewati resistor? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnet 2: 

• Soal ini adalah kebalikan dari soal pertama dan lebih sederhana. 
• Dengan diketahui nilai ${{i}_{ind}}$, maka kita bisa menentukan nilai GGL Induksinya $\varepsilon ={{i}_{ind}}R$. 
• Kemudian kita hitung nilai kecepatan gerak dengan persamaan $\varepsilon =B\,l\,v$.

3. Soal HOTS GGL Induksi pada 2 Kawat yang Bergerak 

Dua rel paralel dengan hambatanya diabaikan berjarak $10,0\,cm$ satu sama lain dan dihubungkan dengan resistor yang memiliki nilai hambatan ${{R}_{3}}=5,0\,\Omega $. Rangkaian juga mengandung dua batang logam yang memiliki hambatan ${{R}_{1}}=10,0\,\Omega $ dan ${{R}_{2}}=15,0\,\Omega $ bergerak sliding sepanjang rel, seperti ditunjukkan di gambar. Batang logam tersebut ditarik menjauhi resistor dengan kecepatan konstan masing-masing adalah ${{v}_{1}}=4,0\,{m}/{s}\;$ dan ${{v}_{2}}=2,0{m}/{s}\;$. Medan magnet seragam sebesar $B=0,01\,T$ berarah tegak lurus menembus bidang gambar pada daerah rel tersebut. Tentukan besar arus listrik di ${{R}_{3}}$. 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnet 3: 

• Yang pertama kali kita lakukan adalah menentukan kutub GGL induksi akibat gerakan batang ${{v}_{1}}$ dan ${{v}_{2}}$. 
•  Batang 1 dan 2 seakan-akan menjadi dua buah baterai dengan hambatan dalam ${{R}_{1}}$ dan ${{R}_{2}}$. 
• Hasilnya kita memiliki sistem dua loop dan kita lakukan analisis menggunakan Hukum Kirchoff 2 untuk menentukan besar arus listrik yang melewati ${{R}_{3}}$.

4. Soal HOTS Arus Induksi pada Kawat Segiempat 

Sebuah loop kabel penghantar dengan bentuk segiempat yang memiliki lebar $w$ dan panjang $L$, serta sebuah kawat penghantar lurus panjang dialiri arus listrik sebesar $I$, berada di atas sebuah meja seperti pada Gambar di bawah ini. 

a. Tentukan besar fluks magnetik yang melewati loop akibat arus listrik $I$. 

b. Misalkan besar kuat arus listrik berubah terhadap waktu dengan fungsi $I=a+bt$, dimana $a$ dan $b$ bernilai konstan. Tentukan besar GGL Induksi (EMF) yang terjadi pada loop jika $b=10,0{A}/{s}\;$, $h=1,0\,cm$, $w=10,0\,cm$, dan $L=1,0\,cm$. 

c. Kemana arah arus listrik induksi yang muncul pada segiempat? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnet 4: 

• Besar kuat medan magnet yang mengenai segiempat berubah nilai dari yang terdekat sampai jarak yang terjauh dari kawat lurus. Sehingga untuk menentukan jumlah fluks magnet bisa kita gunakan integrasi dalam fungsi terhadap jarak ke kawat lurus, selebar $w$. 
• Langkah di atas bisa kita ulangi untuk nilai arus yang berubah terhadap fungsi waktu. 
• Arah arus listrik induksi dapat diketahui dengan kaidah tangan kanan dan pastinya memperhatikan Hukum Lenz.

5. Soal HOTS Arus Induksi pada Kawat Melingkar akibat Solenoid 

Sebuah cincin aluminium dengan radius ${{r}_{1}}=5\,cm$ dan resistansi $3,0\times {{10}^{-4}}\Omega$ diletakkan pada ujung solenoid yang berinti udara dengan 1000 lilitan per meter dan radius ${{r}_{2}}=3,0\,cm$ seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Asumsikan besar medan magnet pada komponen aksis di ujung solenoid adalah setengah dari besar medan magnet di pusat solenoid. Abaikan medan magnet yang ada di luar penampang melintang solenoid. Besar kuat arus pada solenoid meningkat dengan laju $270{A}/{s}\;$. 

a. Berapakah besar arus induksi pada cincin aluminium? 

b. Pada pusat cincin, berapa besar dan kemana arah medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik induksi? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnet 5: 

• Kita gunakan prinsip terjadinya GGL Induksi akibat perubahan medan magnet yang menembus luasan cincin. 
• Perubahan medan magnet ini diakibatkan adanya perubahan kuat arus listrik dalam solenoid dengan laju yang sudah diketahui. 
• Bisa kita padukan persamaan besar perubahan kuat medan magnet pada ujung solenoid $dB=\frac{{{\mu }_{o}}N}{2l}di$, kemudian disubtitusi ke persamaan $\varepsilon =NA\frac{dB}{dt}$. 
• Setelah kita mengetahui nilai GGL induksi yang muncul, maka kita bisa menghitung nilai arus induksinya $i=\frac{\varepsilon }{R}$. 
• Arah medan magnet dapat tentukan dengan kaidah tangan kanan dengan memperhatikan arah arus induksi sesuai Hukum Lenz.

6. Soal HOTS Arus Induksi pada Kawat Bergerak di Bidang Miring 

Gambar di bawah menunjukkan sebuah batang bermassa $m=0,2kg$ yang dapat tergelinci tanpa gesekan pada sepasang rel yang berjarak $l=1,2m$ satu sama dengan lainnya. Rel tersebut diletakkan pada bidang miring dengan kemiringan sebesar $\theta ={{37}^{o}}$ terhadap bidang mendatar. Besar hambatan dari resistor adalah $R=1,0\Omega $ dan besar medan magnet seragam $B=0,5T$ mengarah ke bawah, tegak lurus dengan bidang mendatar pada seluruh bagian rel tempat batang tergelincir. Berapa kecepatan konstan $v$ saat batang tergelincir sepanjang rel? 

Petunjuk Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnet 6: 

• Buatlah ilustrasi gaya yang terjadi pada batang, ada gaya berat dan Gaya Lorentz. 
• Jangan lupa perhatikan uraian gaya pada bidang miring (buat sumbu sejajar dan tegak lurus bidang miring). 
• Karena batang melaju konstan, maka berlaku prinsip kesetimbangan gaya. 
• Substitusikan masing-masing persamaan dengan memadukan langkah-langkah soal pertama dan kedua.

Pembahasan Soal HOTS Induksi Elektromagnetik akan diunggah di channel “Mas Gaguk MG”

Share this post