Arah Gaya Gerak Listrik

2.Arah Gaya Gerak Listrik

Prinsip terbentuknya gaya gerak listrik (GGL) dalam sebuah penghantar merupakan peristiwa induksi seperti gambar di samping.

Apabila sebatang penghantar digerak-gerakkan sedemikian rupa dalam medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya magnet, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk GGL induksi.

Arah gerak GGL induksi yang terjadi ditunjukkan dengan aturan tangan kanan sebagai berikut (perhatikan gambar) :

Bila telapak tangan kanan dibuka sedemikian rupa sehingga ibu jari dan keempat jari lainnya saling tegak lurus (90⁰), maka ibu jari menunjukkan arah gerak penghantar (F) sedangkan garis yang menembus telapak tangan kanan adalah garis gaya (medan) magnit (Φ) dan empat jari lainnya menunjukkan arah GGL induksi yang terjadi (e), perhatikan gambar di samping.

Untuk lebih memahami prinsip terbentuknya GGL induksi perhatikan percobaan Faraday seperti pada gambar di samping.

Jika batang magnet didorong masuk, jarum galvanometer G akan bergerak dan jika mendorongnya dihentikan, jarum galvanometer akan diam.

Demikian pula sebaliknya, jika batang magnet diubah arah gerakannya (ditarik), jarum galvanometer akan bergerak sesaat dan kembali diam jika gerakan batang magnet dihentikan dan gerakan jarum galvanometer mempunyai arah yang berlawanan dengan arah gerakan semula.

Bergeraknya jarum galvanometer tersebut disebabkan oleh adanya GGL induksi pada kumparan dan besar GGL induksi yang terjadi sesuai dengan hukum Faraday II adalah :

Besarnya GGL induksi yang terjadi dalam suatu penghantar atau rangkaian berbanding lurus dengan kecepatan perubahan flux magnet yang dilingkupinya. Secara matematis dituliskan :

Jika penghantar tersebut merupakan sebuah kumparan dengan N lilitan, maka besar GGL induksi yang terjadi adalah :
Tanda negatif pada persamaan di atas menunjukkan persesuaian dengan hukum Lenz sebagai berikut  :
Arah arus induksi dalam penghantar sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan melawan perubahan garis-garis gaya maget yang menimbulkannya.
Gambar di samping adalah sebuah kumparan dengan N lilitan yang diputar pada suatu sumbu dalam medan magnet homogen.
Saat kumparan pada posisi A – B (lihat gambar A dan gambar B), fluks magnet (Ф) yang berhasil dilingkupi adalah maksimum (Фm).
Tetapi saat kumparan diputar berlawanan arah jarum jam sejauh α dan berada posisi A’ – B’ maka fluks magnet   yang  berhasil  dilingkupi  hanya  sebesar  :
Ф  = Фm cos α.     . . . .  (1)
Bila kumparan kumparan tersebut diputar dengan kecepatan ω dan perubahan dari posisi AB ke posisi A’ B’ ditempuh dalam waktu t detik, maka besar sudut yang ditempuh adalah   α = ω . t.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besar flux magnet yang dapat dilingkupi oleh kumparan setiap saatnya adalah :
Ф  = Фm cos ω . t   . . . .  (2)
Sehingga besar GGL induksi yang terjadi setiap saatnya dapat dihitung sbb :
e = N.Фm sin ωt. ω    . . . .  (3)
e = ω.N.Фm sin ωt    . . . .   (4)
Dari persamaan di atas terlihat bahwa GGL induksi (tegangan) e merupakan fungsi sinus.
Hal ini berarti bahwa tegangan e akan mencapai harga maksimum pada saat sin ωt  = 1.
Dengan demikian besarnya tegangan maksimum dapat dihitung sebagai berikut :
Em = ω.N.Фm    . . . .   (5)
Sehingga persamaan (4) berubah menjadi :
e = Em sin ωt . . . .   (6)
Bila tegangan ini dihubungkan dengan beban resistif, maka arus akan mengalir dan persamaan arusnya dapat ditulis sebagai berikut :
i = Im sin ωt . . . .   (7)
Berdasarkan uraian di atas dapat dipahami, bahwa jika  kumparan  di atas  diputar sejauh 2π radian (360⁰), maka tegangan yang terjadi akan berbentuk gelombang sinus seperti pada gambar di samping dan dari gambar tersebut terlihat bahwa tegangan akan  mencapai  harga  maksimumnya pada  saat :

karena pada saat tersebut nilai sinusnya sama dengan satu dan minus satu.
Harga maksimum disebut juga dengan harga puncak (peak value) atau amplitudo.
Sedangkan harga maksimum positif ke maksimum negatif disebut dengan harga puncak ke puncak (peak to peak value).