Bab 4: Prinsip Induksi Elektromagnetik dan Sistem

Jawaban Benar: C. 0,5 V Pembahasan: $\epsilon =B\times l\times v$ dengan: $B=0,2\text{T}$ $l=0,5\text{m}$ $v=5\text{m/s}$ Substitusi nilai-nilainya: $\epsilon =0,2\times 0,5\times 5$ Langkah per langkah: 1. $0,2\times 0,5=0,1$ 2. $0,1\times 5=0,5$ Ketika kawat digerakkan tegak lurus terhadap medan magnet, maka garis-garis gaya magnet yang memotong kawat berubah setiap saat, menimbulkan GGL induksi. Besarnya GGL induksi sebanding dengan medan magnet, panjang kawat, dan kecepatan gerak kawat. Karena arah gerak tegak lurus medan, maka nilai maksimum diperoleh yaitu 0,5 V.

Jawaban benar: B. 0,32 V Pembahasan: GGL induksi (magnitudo) untuk kumparan: $\mathcal{E}=N,A,\frac{\Delta B}{\Delta t}$. Masukkan nilai: N=200, $A=4\times 10^{-4}{\text{m}}^2$, $\Delta B=0,06-0,02=0,04\text{T}$, $\Delta t=0,01\text{s}$. $\mathcal{E}=200\times 4\times 10^{-4}\times \frac{0,04}{0,01}=200\times 4\times 10^{-4}\times 4=200\times 1,6\times 10^{-3}=0,32\text{V}.$

Jawaban benar: D. 2 V Pembahasan: GGL pada batang yang memotong medan: $\mathcal{E}=B,L,v$. Masukkan: $B=0,25\text{T}),(L=0,8\text{m}),(v=10\text{m/s}$. $\mathcal{E}=0,25\times 0,8\times 10=0,25\times 8=2,0\text{V}.$

Jawaban benar: A. 0,04 V Pembahasan: $\mathcal{E}=N,A,\frac{\Delta B}{\Delta t}$. N=400, $A=5\times 10^{-4}{\text{m}}^2$, $\Delta B=0,01-0=0,01\text{T}$, $\Delta t=0,05\text{s}$. $\mathcal{E}=400\times 5\times 10^{-4}\times \frac{0,01}{0,05}=400\times 5\times 10^{-4}\times 0,2=400\times 1,0\times 10^{-4}=0,04\text{V}.$

Jawaban benar: C. menjadi empat kali Pembahasan: Untuk batang yang memotong medan, $\mathcal{E}=B,L,v$. Jika L → 2L dan v → 2v, maka $\mathcal{E}$ → $B(2L)(2v)=4(BLv)$. Jadi empat kali lebih besar.

Jawaban benar: C. 10 V Pembahasan: GGL induksi diri: $\mathcal{E}=L\left|\frac{\Delta I}{\Delta t}\right|$. $L=50\text{mH}=0,05\text{H}$. $\Delta I=0-2=-2\text{A}$ sehingga $|\Delta I|=2\text{A}$. $\Delta t=0,01\text{s}$. $\left|\frac{\Delta I}{\Delta t}\right|=\frac{2}{0,01}=200\text{A/s}.$ $\mathcal{E}=0,05\times 200=10\text{V}.$

Jawaban benar: B. 1,8 J Pembahasan: Energi induktor: $U=\frac{1}{2}L{I}^2$. $L=0,4\text{H}),(I=3\text{A}$. $U=\frac{1}{2}\times 0,4\times 3^2=0,2\times 9=1,8\text{J}.$

Jawaban benar: B. 220 V Pembahasan: Tegangan puncak $V_{\text{max}}=220\sqrt{2}$. Tegangan efektif $V_{\text{rms}}=V_{\text{max}}/\sqrt{2}=220\sqrt{2}/\sqrt{2}=220\text{V}$.

Jawaban benar: B. 50 Hz Pembahasan: Untuk $V=V_0\sin (\omega t)$, $\omega =100\pi$. Frekuensi $f=\omega /(2\pi )=100\pi /(2\pi )=50\text{Hz}$.

Jawaban benar: B. 2 A Pembahasan: Tegangan puncak $V_{\text{max}}=200\text{V}$. Arus puncak $I_{\text{max}}=V_{\text{max}}/R=200/100=2\text{A}$.

Jawaban benar: D. 360 W Pembahasan: Dengan asumsi rangkaian resistif (fasa 0), daya rata-rata $P=V_{\text{rms}}{I}_{\text{rms}}=120\times 3=360\text{W}$.

Jawaban benar: B. 1,4 A Pembahasan: Tegangan puncak $V_{\text{max}}=100\text{V}$. Tegangan efektif $V_{\text{rms}}=100/\sqrt{2}\approx 70,71\text{V}$. Arus efektif $I_{\text{rms}}=V_{\text{rms}}/R\approx 70,71/50\approx 1,414\text{A})\approx (1,4\text{A}$.

Jawaban benar: B. 1,4 A Pembahasan: Tegangan puncak $V_{\text{max}}=100\text{V}$. Tegangan efektif $V_{\text{rms}}=100/\sqrt{2}\approx 70,71\text{V}$. Arus efektif $I_{\text{rms}}=V_{\text{rms}}/R\approx 70,71/50\approx 1,414\text{A})\approx (1,4\text{A}$.

Jawaban benar: B. 1,4 A Pembahasan: 1. Tentukan nilai puncak tegangan (amplitudo): $V_m=100\text{volt}$ 2. Tegangan efektif (rms): $V_{\text{rms}}=\frac{V_m}{\sqrt{2}}=\frac{100}{\sqrt{2}}=70,71\text{V}$ 3. Hubungan antara tegangan dan arus untuk resistor: $I_{\text{rms}}=\frac{V_{\text{rms}}}{R}=\frac{70,71}{50}=1,414\text{A}$

Jawaban benar: B. $\sqrt{2}$ A Pembahasan: Arus puncak $I_{\text{max}}=2\text{A}$. Arus efektif $I_{\text{rms}}=I_{\text{max}}/\sqrt{2}=2/\sqrt{2}=\sqrt{2}\text{A}$ ≈ 1,414 A.

Jawaban benar: B. 100 W Pembahasan: Tegangan puncak $V_{\text{max}}=141,4\text{V}$. Tegangan efektif $V_{\text{rms}}=V_{\text{max}}/\sqrt{2}=141,4/1,414\approx 100\text{V}$. Daya $P=V_{\text{rms}}^2/R=100^2/100=100\text{W}$.

Jawaban benar: C. 5 A Pembahasan: Diasumsikan $220\text{V}$ adalah $V_{\text{rms}}$. Maka $I_{\text{rms}}=V_{\text{rms}}/R=220/44=5\text{A}$.

Jawaban Benar: E. Hukum Lenz Pembahasan: Hukum Lenz menyatakan bahwa arah arus induksi selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnet yang menyebabkannya. Pada dinamo sepeda, gerakan roda menyebabkan perubahan fluks magnet dan menghasilkan arus induksi. Arah arus ini menentang perubahan yang terjadi, sehingga sistem mengikuti prinsip kekekalan energi.

Jawaban Benar: A. Induksi elektromagnetik Pembahasan: Michael Faraday adalah ilmuwan Inggris yang menemukan bahwa perubahan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik pada penghantar. Penemuannya menjadi dasar terbentuknya teknologi seperti generator dan transformator. Tanpa penemuan Faraday, sistem kelistrikan modern tidak akan berfungsi seperti sekarang.

Jawaban Benar: B. Terjadi induksi elektromagnetik Pembahasan: Gerakan magnet mengubah jumlah garis gaya magnet yang menembus kumparan, sehingga timbul perubahan fluks magnetik. Akibatnya, muncul arus induksi yang terdeteksi oleh galvanometer. Fenomena ini membuktikan prinsip dasar hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik.

Jawaban Benar: B. Luas permukaan dan medan magnet Pembahasan: Fluks magnetik (Φ) adalah hasil kali antara kuat medan magnet (B) dengan luas permukaan (A) yang ditembus medan tersebut. Jika luas bidang atau kekuatan medan diperbesar, maka fluks juga meningkat. Konsep ini penting karena perubahan fluks inilah yang menimbulkan arus induksi.

Jawaban Benar: C. Meningkat Pembahasan: Besar GGL induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik terhadap waktu. Jika kumparan digerakkan lebih cepat, maka perubahan fluks terjadi lebih cepat pula. Akibatnya, arus induksi yang timbul menjadi lebih besar sesuai hukum Faraday.

Jawaban Benar: B. Berlawanan arah dengan penyebabnya Pembahasan: Menurut Hukum Lenz, arus induksi yang timbul akan menciptakan medan magnet yang menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Hal ini menjaga agar energi sistem tetap lestari. Prinsip ini merupakan bentuk nyata dari hukum kekekalan energi dalam fenomena elektromagnetik.

Jawaban Benar: B. Tidak bisa menghasilkan fluks magnetik berubah-ubah Pembahasan: Transformator bekerja berdasarkan prinsip perubahan fluks magnetik terhadap waktu. Arus searah tidak mengalami perubahan arah, sehingga fluks magnetiknya konstan dan tidak dapat menginduksi tegangan pada kumparan sekunder. Karena itu, transformator hanya efektif pada arus bolak-balik (AC).

Jawaban Benar: C. Meningkatkan tegangan Pembahasan: Transformator step-up memiliki jumlah lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer. Akibatnya, tegangan keluaran lebih tinggi dari tegangan masukan. Alat ini sering digunakan pada sistem transmisi listrik jarak jauh agar rugi daya dapat ditekan.