Fluks Magnetik: Pengertian, Contoh, Rumus, Faktor yang Mempengaruhi, Soal

Konsep fluks magnetik pertama kali diperkenalkan di dalam Hukum Faraday. Michael Faraday adalah ilmuwan fisika Inggris yang meneliti fenomena munculnya arus listrik dari kumparan yang di setiap ujung-ujungnya diberi perubahan fluks magnetik.

Pengertian Fluks Magnetik

Fluks magnetik adalah materi Fisika yang digunakan untuk menggambarkan jumlah garis-garis gaya magnetik. Sehingga kuat medan magnet diartikan sebagai tingkat kerapatan garis-garis gaya magnet atau tingkat kerapatan fluks magnetik.

Berdasarkan hukum Faraday, disimpulkan bahwa adanya perubahan fluks magnetik pada suatu kumparan akan menimbulkan beda potensial di setiap ujung kumparan. Saat kedua ujung kumparan tersebut dihubungkan oleh penghantar dengan hambatan tertentu akan menyebabkan mengalirnya arus induksi.

Selain itu juga timbul beda potensial yang disebut sebagai ggl induksi. Besar ggl induksi dihitung menggunakan hukum Faraday. Sementara arah arus induksi dari kumparan dihitung menggunakan hukum Lenz.

Berdasarkan hukum Lenz, diketahui bahwa arah fluks induksi harus berlawanan terhadap arah fluks magnetiknya. Sehingga fluks total yang berada di dalam kumparan selalu bernilai konstan.

Ketika kutub utara magnet digerakkan mendekat ke rangkaian atau kumparan, maka akan timbul perubahan fluks magnetik. Fluks magnetik akan bertambah ketika kutub magnet didekatkan. Sementara ketika magnet digerakkan menjauhi kumparan, jumlah fluks magnetik dalam kumparan akan berkurang.

Contoh Fluks Magnetik

1. Perubahan Fluks Magnetik Pada Generator

Contoh terjadinya fenomena fluks magnetik adalah pada generator. Generator merupakan alat yang berguna untuk mengubah energi gerak atau kinetik menjadi energi listrik. Pada generator, akan terjadi perubahan fluks magnetiknya dengan cara merubah sudutnya sesuai dengan hukum Faraday.

Perubahan sudut pada generator dilakukan dengan cara memutar kumparan dari generator. Berikut adalah gambar skema generator.

Setiap ujung kumparan yang berputar di antara dua buah kutub magnet akan menyebabkan timbulnya beda potensial.

2. Perubahan Fluks Magnetik Pada Induktor

Rangkaian listrik yang terdiri dari inductor dan sumber tegangan ketika dialiri oleh arus AC, akan menyebabkan perubahan induksi magnet atau perubahan fluks magnetik pada inductor. Perubahan fluks magnetik ini menyebabkan timbulnya beda potensial pada titik A dan B dari gambar di bawah ini.

Pada kumparan tersebut akan timbul perubahan fluks magnetik dikarenakan perubahan aliran arus pada induktor.

3. Perubahan Fluks Magnetik Pada Transformator

Transformator atau trafo merupakan alat yang terdiri dari dua buah kumparan yang bisa menimbulkan induksi timbal balik. Transformator atau trafo berguna untuk mengubah besarnya tegangan arus bolak balik. Ketika arus bolak balik mengalir pada kumparan primer, maka akan timbul induksi timbal balik.

Trafo step up adalah transformator penaik tegangan mempunyai kumparan sekunder lebih banyak. Sementara trafo penurun tegangan atau trafo step down mempunyai kumparan primer lebih banyak.

4. Perubahan Fluks Magnetik Pada Motor Listrik

Motor listrik bekerja berkebalikan dengan generator listrik. Perubahan fluks magnetik pada motor listrik membuat alat ini dapat bekerja dengan optimal. Manfaat motor listrik adalah untuk mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau energi gerak.

Sumber energi listrik seperti listrik PLN akan diubah menjadi fluks magnetik pada piranti motor listrik. Perubahan fluks magnetik ini akan membuat turbin motor bergerak. Contoh alat yang menggunakan motor listrik adalah dynamo, kipas angin listrik, rotor pada mesin mainan.

Rumus Fluks Magnetik

Hubungan antara fluks magnetik terhadap induksi magnetik dapat digambarkan menggunakan formula di bawah ini.

Φ = B A cos θ

Keterangan:

Φ = Fluks magnetik (Wb atau weber)
θ = sudut yang terbentuk antara normal bidang terhadap induksi magnet
B = induksi magnetik (Wb/m²)
A = luas penampang (m²)

Beda ggl induksi bisa dihitung menggunakan persamaan yang diturunkan dari Hukum Faraday berikut ini:

Ɛ = B l v sin θ

Keterangan:

Ɛ = ggl induksi (Volt)
l = panjang dari penghantar
v = kecepatan gerak penghantar (m/s)
θ = sudut yang terbentuk antara v dan θ

Faktor yang Mempengaruhi Perubahan Fluks Magnetik

Berdasarkan persamaan antara fluks magnetik, induksi magnetik, luas penampang dan sudut yang terbentuk di atas, dapat disimpulkan bahwa besar fluks magnetik dapat mengalami perubahan dikarenakan tiga sebab sebagai berikut.

• Adanya Perubahan Medan Magnet

Fluks magnetik dapat berubah disebabkan oleh adanya perubahan medan magnet. Contoh penyebab terjadinya perubahan induksi magnet ini dikarenakan batang magnet yang digerakkan di sekitar kumparan. Suatu batang magnet dengan bagian kutub utara didekatkan ke kumparan terlebih dulu.

Hal ini akan menyebabkan timbulnya perubahan medan magnet di ujung kumparan yang berasal dari batang magnet atau medan magnet sumber. Medan magnet akan bertambah dikarenakan garis-garis gaya magnet keluar dari kutub utara sehingga fluks magnet pada kumparan akan meningkat.

• Perubahan Luas Penampang

Terjadi perubahan terhadap luas penampang yang dilalui yang menyebabkan perubahan terhadap fluks magnet, misalnya sebuah kawat bergerak di dalam medan magnet.

Tatkala penghantar bergerak dengan kecepatan v di dalam medan magnet, maka penghantar ini akan menyapu luasan yang terus berubah. Hal ini mengakibatkan perubahan dari fluks magnetik dan setiap ujung-ujung penghantar timbul beda potensial.

• Perubahan Sudut θ

Adanya perubahan sudut θ yakni sudut antara normal bidang terhadap induksi magnet. Misalnya adalah kumparan yang berputar pada generator. Ketika kumparan diputar di dalam medan magnet, maka akan timbul perubahan jumlah garis gaya magnet yang dilingkupi di dalam kumparan.

Ketika bidang kumparan tegak lurus terhadap arah dari medan magnet, maka besar fluks magnetiknya akan mencapai nilai maksimum. Sementara jika bidang kumparan diarahkan sejajar terhadap arah medan magnet, akan menyebabkan nilai fluks magnetik mencapai harga terkecil atau minimum. 

Contoh Soal Fluks Magnetik

Suatu penghantar CD mempunyai panjang sebesar 50 cm bergerak dengan kecepatan 10 m/s dalam medan magnet homogen 30 mT. Apabila penghantar dihubungkan ke hambatan sebesar 50 Ω, tentukan nilai ggl induksi ujung-ujung CD dan besar kuat arus yang melewati hambatan R.

Besar fluks magnetik di dalam kumparan dipengaruhi oleh tiga faktor yakni perubahan luas penampang, besar medan magnet, dan sudut θ antara induksi magnetik dan normal bidang. Sehingga jika kedudukan magnet dan kumparan diam, tidak terjadi perubahan fluks magnet pada kumparan tersebut.