Hukum Lenz adalah hukum fisika yang begitu populer. Hukum ini dibuat pertama kali pada tahun 1834 oleh seorang fisikawan asal Rusia bernama Heinrich Friedrich Emil Lenz. Secara mendetail, hukum ini menjelaskan bahwa:
“Jika Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan).”
Sejarah penemuan hukum lenz
Hukum Lenz yang membahas tentang induksi elektromagnetik menyebutkan bahwa arah arus yang mengalami induksi pada konduktor dari medan magnet yang mengalami perubahan sesuai dengan hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik bisa dikatakan sedemikian rupa.
Ini artinya, medan magnet yang terbentuk dari arus induksi akan saling bertentangan dengan perubahan pada medan magnet awal yang menciptakannya. Arah aliran tersebut juga bisa disesuaikan dengan aturan tangan kanan filosofi Fleming.
Penerapan Hukum Lenz dalam Kehidupan Sehari-Hari
Sebenarnya, prinsip Hukum Lenz banyak diaplikasikan dan ditemui dengan mudah dalam kehidupan. Berikut beberapa di antaranya:
- Hukum Lenz kerap dimanfaatkan untuk kompor induksi dan pengereman elektromagnetik.
- Hukum Lenz juga sering dipakai untuk generator listrik. Apabila arus induksi ada pada generator, maka arus akan menunjukkan arah yang berlawanan, sehingga memicu terjadinya rotasi generator (sesuai dengan Hukum Lenz). Ini terjadi karena generator membutuhkan energi mekanik dalam jumlah besar.
- Biasanya, Hukum Lenz juga sering digunakan dalam pemahaman konsep energi magnetik pada induktor. Apabila sumber GGL sudah terkoneksi dengan indikator, maka arus akan mengalir. Selanjutnya, GGL akan menentang meningkatnya arus melalui induktor.
Selain itu, Hukum Lenz juga menyebutkan bahwa GGL yang terinduksi dan mengalami perubahan fluks mempunyai tanda berlawanan dan memperoleh interpretasi fisik dari pemilihan tanda pada Hukum Faraday.
Percobaan Hukum Lenz
Percobaan Hukum Lenz bisa dilakukan dengan menggunakan magnet sederhana dengan kutub yang telah diketahui. Lalu, gerakkan magnet mendekati kumparan listrik. Pada kumparan, akan muncul arus dan GGL induksi.
Magnet yang digerakkan dalam kumparan menghasilkan arah yang bisa dilihat melalui gambar berikut:
Mudahnya, induksi magnet harus mempunyai arah fluks magnetik yang berlawanan, sehingga nilai fluks total pada kumparan besarnya selalu sama atau konstan. Saat magnet mulai menjauhi kumparan, fluks magnet akan mengalami penurunan pada kumparan. Hal ini dapat mengakibatkan munculnya fluks magnet yang tidak setuju dengan mengurangi kumparan, sehingga fluks selalu memiliki besar yang sama.
Rumus Hukum Lenz
Secara matematis, angka GGL induksi bisa didapat dengan menerapkan prinsip dari Hukum Lenz. Adapun rumus yang digunakan yaitu:
Dengan keterangan:
Ɛ = GGL induksi (volt)
N = jumlah lilitan
ΔI = fluks atau perubahan arus (A)
Δt = perubahan waktu (s)
Sementara itu, tanda negatif (-) menunjukkan kesesuaian dengan bunyi Hukum Lenz.
Perbedaan Hukum Lenz dan Hukum Faraday
Michael Faraday adalah orang yang pertama kali mengemukakan konsep GGL. Faraday melakukan penelitian guna mengetahui faktor yang menjadi penentu besarnya GGL yang mendapat induksi.
Selain itu, Faraday juga menemukan bahwa induksi memiliki ketergantungan yang kuat terhadap waktu. Semakin cepat perubahan medan magnet terjadi, maka semakin besar GGL yang diinduksi.
Sesuai dengan konsep ini, maka muncul Hukum Faraday yang menyebutkan bahwa, “Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi yang muncul antara bagian ujung loop penghantar sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tadi.”
Sementara itu, jika mengacu pada Hukum Faraday, diketahui bahwa berubahnya fluks magnetik akan memicu terbentuknya beda potensial pada setiap ujung kumparan. Jika kedua bagian ujung tersebut dihubungkan dengan bantuan penghantar yang mempunyai nilai hambatan tertentu, arus akan mengalir, yang selanjutnya dikenal dengan arus induksi.
Tak hanya itu, muncul pula beda potensial yang selanjutnya disebut dengan GGL induksi. Keduanya hanya muncul selama terjadinya perubahan fluks magnetik. Kala itu, Faraday baru bisa menghitung nilai dari GGL induksi yang terjadi dan belum memutuskan arah arus induksi yang muncul pada kumparan atau rangkaian.
Menariknya, arah arus induksi yang muncul selanjutnya mulai dijelaskan pada tahun 1834 oleh Friederich Lenz yang kemudian lebih populer dengan sebutan Hukum Lenz. Secara sederhana, Hukum Lenz hanya berlaku untuk rangkaian penghantar yang memiliki sifat tertutup.
Perubahan fluks yang terjadi akan menginduksi GGL yang memicu terbentuknya arus pada bagian dalam kumparan. Selanjutnya, arus induksi tersebut dapat membangkitkan medan magnet itu sendiri.
Jadi, Hukum Faraday lebih mengarah pada suatu fenomena yang dikenal dengan sebutan induksi elektromagnetik. Perbedaan yang paling terlihat di antara kedua hukum penting dalam lingkup elektrokimia ini adalah bahwa Hukum Faraday menunjukkan nilai GGL, sedangkan Hukum Lenz menunjukkan arah aliran arusnya.
Contoh Soal Hukum Lenz
Agar bisa memahami tentang Hukum Lenz lebih baik lagi, coba perhatikan contoh soal berikut ini.
- Terdapat fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan, berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 detik. Kumparan tersebut terdiri atas 200 lilitan kawat dengan hambatan 4 ohm. Lalu, berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan tersebut?
Diketahui:
Φ1 = 0,5 Wb
Φ2 = 0,1 Wb
N = 200 lilitan
R = 4 ohm
Δt = 5 sekon
I = ?
Perhitungan Gaya Gerak Listrik (GGL) induksi didapatkan dengan persamaan:
tanda (-) menyatakan reaksi karena adanya perubahan pada fluks, yaitu fluks induksi yang arahnya berlawanan dengan fluks magnetik utama. Artinya, kuat arus yang mengalir dari kumparan atau I sebesar ε/R = 16/4 = 4 A.
- Dalam suatu kumparan dengan induksi 0,2H, mengalir arus listrik sebesar 10 A. Selanjutnya, dalam rentang waktu 0,02 sekon, arus tersebut mengalami perubahan hingga menjadi 4 A. Maka, besar GGL induksi yang terjadi adalah…. V.
Jawaban:
Hukum Lenz menyebutkan bahwa, jika GGL induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksinya akan menjadi sedemikian rupa, sehingga menentang penyebab efek itu dan memunculkan tanda negatif (-).
Dari bunyi Hukum Lenz tersebut, dapat dituliskan persamaan GGL induksi yaitu:
Keterangan:
Ɛ = GGL induksi (volt)
L = induktansi diri (H)
ΔI = fluks atau perubahan arus (A)
Δt = perubahan waktu (s)
Diketahui:
Induktansi diri (L) = 0,2H
Perubahan arus listrik (I) = 10A – 4A = 6A
Selang waktu (t) = 0,02 sekon
Maka, guna mendapatkan nilai GGL induksi yang terjadi, dapat digunakan rumus:
Selanjutnya, masukkan semua nilai yang telah diketahui pada soal ke dalam persamaan tadi, sehingga menjadi:
Tanda negatif (-) menunjukkan bahwa, arah GGL induksi sesuai dengan ketetapan Hukum Lenz. Jadi, melalui perhitungan di atas, besarnya GGL adalah 60 volt.
Demikian tadi ulasan mengenai Hukum Lenz, bunyi hukumnya, cerita sejarahnya, rumus perhitungannya, penerapan dalam kehidupan harian, contoh soal dan pembahasan, serta perbedaan mendasar yang bisa diperhatikan dengan Hukum Faraday. Semoga bermanfaat.