Induksi Elektromagnetik | Soal dan Pembahasan (Fisika Kelas 12 - part 1)

Induksi elektromagnetik merupakan salah satu materi yang ada di kelas 12 semester 1, materi ini sebenarnya tidak terlalu sulit untuk dipahami karena berkaitan dengan kehidupan sehari – hari sehingga dapat diilustrasikan. Untuk materi induksi elektromagnetik nanti akan saya tulis, ditunggu ya. Pada kesempatan kali ini saya akan membahas beberapa soal tentang induksi elektromagnetik yang disertai dengan pembahasan dan tips untuk mengerjakan soal. Soal latihan ini saya tulis menjadi 2 bagian dan ini adalah soal dan pembahasan induksi elektromagnetik bagian 1, selamat menikmati.

Soal nomor 1

Sebuah bidang limas dengan, yang ukuran rusuk seperti tampak pada gambar berikut. Diletakkan dalam suatu medan magnet homogen.

Besar induksi magnetik 0,25 T dan berarah ke sumbu Y+. Fluks magnetik melalui sisi PQRS adalah ....
A. 0,10 Wb
B. 0,12 Wb
C. 0,15 Wb
D. 0,50 Wb
E. 0,60 Wb
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
B = 0,25 T
A = 1,6 x 0,5 = 0,8 m²
Untuk mempermudah mengerjakan perhatikan gambar berikut

Berdasarkan gambar di atas, kita dapat mengetahui bahwa sudut yang dibentuk oleh medan magnet dengan garis normal sebesar α, dengan nilai cos α = 0,3/0,5 = 0,6. Sehingga secara matematis kita dapat menuliskan besar fluks magnetiknya sebesar
Φ = B . A . cos α
Φ = 0,25 . 0,8 . 0,6
Φ = 0,12 Wb

Soal nomor 2

perhatikan gambar berikut!

Suatu batang logam netral bergerak dengan kecepatan v ke kiri melewati daerah bermedan magnetik seragam B dengan arah keluar bidang kertas. Gambar yang paling tepat melukiskan distribusi muatan pada permukaan batang logam adalah

Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 2:

Berlaku kaidah tangan kanan dengan aturan
Ibu jari sebagai arah kecepatan “v”
Jari telunjuk sebagai arah medan magnet “B”
Jari tengah sebagai arah arus listrik “i” Sehingga pada batang logam akan mengalir arus dari bawah ke atas, maka bagian bawah batang potensialnya lebih tinggi (+) dan bagian atas logam potensialnya lebih rendah (-)

Soal nomor 3

Sebuah pesawat terbang kecil dengan panjang sayap 10 m, terbang secara mendatar ke arah utara pada kelajuan 60 m/s dalam suatu daerah dengan medan magnetik bumi 50 μT berarah 60⁰ ke bawah terhadap arah mendatar (tanah). Besar GGL induksi antara ujung-ujung sayap adalah ....
A. 50 mV
B. 44 mV
C. 37 mV
D. 31 mV
E. 26 mV
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan soal dapat diketahui
l = 10 m
v = 60 m/s
B = 50 μT = 50 x 10^-6 T
θ = 60⁰
ε ... ?
untuk menyelesaikan soal di atas kita dapat menggunakan persamaan
ε = B l v sin θ
ε = 50 x 10^-6 . 10 . 60 . sin 60⁰
ε = 3 x 10^-2 . 0,87
ε = 2,61 x 10^-2 V
ε = 0,26 mV

Soal nomor 4

Perhatikan hal-hal berikut    
1) Menjaga suatu arus stabil pada kumparan lain yang posisinya tetap dengan kumparan A
2) Memutuskan arus dalam kumparan lainnya yang posisinya tetap di dekat kumparan A
3) Dengan cepat menggerakkan sebuah magnet ke dalam kumparan A
4) Dengan cepat menggerakkan sebuah magnet ke dalam dan keluar kumparan A
Saat terjadi secara terpisah, yang dapat menghasilkan GGL induksi pada kumparan A dengan posisi tetap ditunjukkan oleh nomor ....
A. 1)
B. 3)
C. 1) dan 3)
D. 2), 3), dan 4)
E. 1), 2), 3) dan 4)
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 4:

Secara proses timbulnya GGL induksi dapat digambarkan sebagai berikut
Perubahan medan magnet → perubahan fluks magnet → GGL Induksi
Perubahan medan magnet dapat terjadi dengan dua cara

1. Menggerakkan kumparan di sekitar magnet atau sebaliknya (ada kecepatan)
2. Mengubah besarnya arus listrik (bisa menggunakan arus AC atau memutus hubungkan dengan sumber arus)

Berdasarkan penjelasan di atas, maka yang dapat menghasilkan GGL induksi pada kumparan A adalah pernyataan nomor 2), 3) dan 4)

Soal nomor 5

Pada gambar berikut, kumparan 1 sedang digerakkan menuju kumparan 2.

Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut.
1) Kelajuan kumparan 1 ditingkatkan
2) Banyak lilitan kumparan 1 ditingkatkan
3) Baterai yang dihubungkan ke kumparan 1 diganti dengan baterai yang GGL-nya lebih tinggi
4) Hambatan ditambah

Perubahan yang akan meningkatkan arus induksi dalam kumparan 2 ditunjukkan oleh pernyataan nomor....
A. 4)
B. 1) dan 4)
C. 2) dan 3)
D. 1), 2), dan 3)
E. 1), 2), 3), dan 4)
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 5:

Proses timbulnya arus listrik induksi dapat digambarkan sebagai berikut
Perubahan medan magnet → perubahan fluks magnet → GGL Induksi → arus induksi
Peningkatan arus induksi dapat terjadi jika GGL induksinya juga meningkat, sesuai dengan persamaan
ε = NBAω
sehingga GGL induksi sebanding dengan
N = jumlah lilitan
B = medan magnet
A = Luas penampang
ω = kecepatan sudut

maka untuk meningkatkan arus induksi (meningkatkan GGL induksi) sesuai dengan pernyataan 1), 2), dan 3)

Soal nomor 6

Suatu medan magnetik seragam B yang tegak lurus bidang kertas melewati loop, seperti ditunjukkan gambar di samping. Medan magnetik berada dalam suatu jari-jari a dengan a < b dan berubah pada laju tetap. jika GGL induksi dalam loop kawat jari-jari b adalah ε, GGL induksi dalam loop kawat jari-jari 2b adalah ....

A. Nol
B. ε/2
C. ε
D. 2ε
E. 4ε
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 6:

Berdasarkan soal dapat diketahui
r₁ = b
r₂ = 2b
ε₁ = ε
ε₂ ... ?
berdasarkan persamaan
ε = NBAω
kita dapat mengetahui bahwa GGL induksi sebanding dengan luas penampang, sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Soal nomor 7

Dua kumparan P dan Q dililitkan pada suatu inti besi lunak seperti ditunjukkan pada gambar. sakelar K mula-mula terbuka dan kemudian tertutup

Pernyataan yang benar mengenai rangkaian dengan kumparan Q setelah sakelar K ditutup adalah ....
A. Arus akan mengalir sesaat dari X ke Y melalui G
B. Arus akan mengalir sesaat dari Y ke X melalui G
C. Arus tetap akan mengalir sesaat dari X ke Y melalui G
D. Arus tetap akan mengalir sesaat dari Y ke X melalui G
E. Tidak akan ada arus mengalir di G
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 7:

Ketika sakelar K ditutup, maka arah arus dan induksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut

Untuk menentukan arah fluks (utama dan induksi) dan arah arus induksi dapat menggunakan kaidah tangan kanan, dimana

1. 4 jari melingkar sebagai arah arus
2. Ibu jari menunjukkan arah fluks magnetnya

Sehingga arus akan mengalir pada galvanometer, tapi ingat fluks utama hanya akan muncul jika ada perubahan arus listrik (ketika sakelar ditutup) jika kemudian sakelar dibiarkan tertutup maka tidak ada arus fluks utama yang muncul sehingga tidak ada fluks induksi dan arus listrik induksi. oleh sebab itu arus induksi hanya muncul sesaat saja.

Soal nomor 8

Sebuah solenoide dengan 200 lilitan dan luas penampang 0,7 cm² memiliki medan magnetik 0,80 T sepanjang porosnya. Jika medan magnetik dikurung dalam solenoide dan berubah pada laju 0,30 T/s. besar beda potensial dalam solenoida akan menjadi adalah ....
A. 0,18 V
B. 0,24 V
C. 0,48 V
D. 4,8 V
E. 7,2 V
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 8:

Berdasarkan soal dapat diketahui
N = 200 lilitan
A = 0,7 cm² = 7 x 10-5 m²
dB/dt = 0,30 T/s
ε ... ?

Soal nomor 9

Sebuah loop bidang terdiri atas empat lilitan kawat, masing-masing luasnya 300 cm2. Diarahkan tegak lurus suatu daerah medan magnetik yang besarnya bertambah secara tetap dari 10 mT menjadi 25 mT dalam waktu 5 ms. Arus induksi yang dibangkitkan dalam kumparan sebesar 72 mA, jika hambatan kumparan adalah ....
A. 5 Ω
B. 7,5 Ω
C. 10 Ω
D. 12,5 Ω
E. 15 Ω
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 9:

Berdasarkan soal dapat diketahui
A = 300 cm² = 3 x 10^-2 m²
N = 4
ΔB = 25 – 10
ΔB = 15 mT = 15 x 10^-3 T
Δt = 5 ms = 5 x 10^-3 s
I = 72 mA = 72 x 10^-3 A
R ... ?
Menentukan GGL Induksi
ε = NA ΔB/Δt
ε = 4 . 3 x 10^-2 (15 x 10^-3 / 5 x 10^-3)
ε = 36 x 10^-2 V
Menentukan nilai hambatan
R = ε/I
R = 36 x 10^-2 / 72 x 10^-3
R = 5 Ω

Soal nomor 10

Sebuah kawat melingkar dengan hambatan 9 Ω diletakkan dalam fluks magnetik yang berubah terhadap waktu, dinyatakan dengan Φ = (3t – 5)² . arus yang mengalir dalam kawat pada t = 4 s adalah ....
A. 4,7 A
B. 8 A
C. 18 A
D. 30 A
E. 42 A
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 10:

Berdasarkan soal dapat diketahui
N = 1
R = 9 Ω
Φ = (3t – 5)²
t = 4 s
I ... ?
Menentukan GGL Induksi

Menentukan arus induksi
R = ε/I
R = 42/9
R = 4,7 Ω

Soal nomor 11

Sebuah kumparan mempunyai induktansi 700 mH. besara GGL induksi yang dibangkitkan dalam kumparan itu jika ada perubahan arus listrik dari 300 mA menjadi 60 mA dalam waktu 0,02 sekon secara beraturan adalah ....
A. 2,8 V
B. 4,2 V
C. 4,8 V
D. 6,4 V
E. 8,4 V
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 11:

Berdasarkan soal dapat diketahui
L = 700 mH = 7 x 10^-1 H
Δi = 300 – 60
Δi = 240 mA = 24 x 10^-2 A
Δt = 0,02 s = 2 x 10^-2 s
ε ... ?
ε = L Δi/Δt
ε = 7 x 10^-1 (24 x 10^-2 / 2 x 10^-2)
ε = 7 x 10^-1 . 12
ε = 8,4 V

Soal nomor 12

Pada sebuah kumparan mengalir arus dengan persamaan I = sin πt. Jika koefisien induksi diri kumparan 8 H. GGL induksi dari yang terjadi dalam kumparan tersebut sesudah selang waktu 1/3 detik adalah ....
A. ¼π volt
B. 1/5π volt
C. ½π volt
D. 2π volt
E. 4π volt
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 12:

Berdasarkan soal dapat diketahui
I = sin πt
L = 8 H
t = 1/3 s
ε ... ?

Soal nomor 13

Sebuah generator menghasilkan GGL maksimum 12 V ketika kumparan berputar pada 750 rpm (rpm = rotasi per menit). GGL maksimum generator ketika kumparan berputar 2.250 rpm adalah ....
A. 4 V
B. 12 V
C. 18 V
D. 27 V
E. 36 V
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 13:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ε₁ = 12 V
ω₁ = 750 rpm
ω₂ = 2.250 rpm
ε₂ ... ?
hubungan antara GGL induksi dengan kecepatan sudut dapat terlihat pada persamaan ini
ε = NBAω
berdasarkan persamaan di atas, kita dapat mengetahui bahwa GGL induksi sebanding dengan kecepatan sudut, sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Soal nomor 14

Sebuah trafo step-up mengubah tegangan 20 V menjadi 160 V. jika efisiensi trafo itu 75% dan kumparan sekundernya dihubungkan ke lampu 160 V, 60 W, kuat arus dalam kumparan primernya adalah ....
A. 8 A
B. 6 A
C. 4 A
D. 3 A
E. 2 A
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 14:

Berdasarkan soal kita dapat mengetahui
V_P = 20 V
V_S = 160 V
η = 75%
V_L = 160 V
P_L = 60 W
I_P ... ?
Jika kita melihat spesifikasi lampu, maka tegangan sekunder yang dikeluarkan oleh trafo sesuai untuk menyalakan lampu dengan optimal dengan kuat arus yang mengalir pada lampu adalah
P = V . I
60 = 160 . I
3/8 A = I
Arus yang mengalir pada lampu tersebut sama dengan arus sekunder yang dihasilkan oleh trafo. Sehingga kita dapat menentukan besar arus primernya dengan persamaan

Soal nomor 15

Sepuluh lampu 12 V/20 W terhubung paralel dengan kumparan sekunder suatu trafo step-down dengan kumparan primernya terhubung dengan sumber daya PLN 200 V. jika besar arus primer yang dapat diambil dari sumber daya PLN adalah 5/4 A, besar efisiensi trafo itu adalah ....
A. 30 %
B. 50 %
C. 75 %
D. 80 %
E. 90 %
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 15:

Berdasarkan soal kita dapat mengetahui
n = 10 buah
V_L = 12 V
P_L = 20 W
V_P = 200 V
I_P = 5/4 A
η ... ?
kita anggap bahwa semua lampu bekerja dengan optimal
Tegangan yang diterima oleh lampu sama dengan tegangan sekunder trafo yakni
V_S = 12 V
Setiap lampu akan mendapat tegangan 12 V dengan kuat arus yang mengalir di lampu adalah
P_L = V_L . I_L
20 = 12 . I_L
5/3 A = I_L
Untuk 10 buah lampu sejenis yang dirangkai paralel, besar kuat arus total dalam rangkaian adalah
I_tot = 5/3 . 10
I_tot = 50/3 A
Besar arus total ini sama dengan besar arus yang dihasilkan oleh trafo atau arus sekundernya. Efisiensi trafo dapat ditentukan dengan persamaan