Lab Hukum Faraday — magnet, kumparan, dan galvanometer
Sebuah magnet batang, kumparan kawat tembaga, dan galvanometer dengan nol di tengah di atas satu meja: eksperimen Faraday dalam tiga langkah. Dorong magnet masuk dan jarum menyimpang; biarkan diam di dalam kumparan dan jarum kembali ke nol, padahal fluksnya kini paling besar; tarik keluar dan jarum menyimpang ke arah lain. Setelah itu, empat perbandingan sekali klik mengukur apa yang menentukan besar simpangan.
Cara memakai simulasi ini
- Jalankan eksperimen: satu-satunya tombol utama memutar ketiga langkah secara berurutan — dorong, tahan, tarik.
- Setiap tombol langkah menjalankan langkah itu saja, dan panel di samping adegan menjelaskan apa yang terjadi sekarang dan apa yang perlu diamati berikutnya.
- Bandingkan dua dorongan: empat tombol masing-masing menjalankan sepasang percobaan terukur — dua kali lebih cepat, lilitan dua kali lipat, magnet dibalik, dan kumparan yang digerakkan sebagai ganti magnet.
- Seret sendiri magnet atau kumparan sepanjang sumbu, dan ketuk sakelar pisau di meja untuk membuka atau menutup rangkaian.
- “Atur peralatan” berisi kecepatan dorongan, gerak terus-menerus masuk-keluar atau menembus kumparan, jumlah lilitan, kekuatan magnet, hambatan rangkaian, dan batas ukur; “Pengukuran lain” menambahkan grafik langsung Φ dan ε serta ekspor data.
Yang perlu diamati
- Jarum hanya bergerak selama ada yang bergerak: saat magnet diam di dalam kumparan, fluks paling besar dan arusnya nol.
- Mendorong dan menarik magnet menyimpangkan jarum ke arah yang berlawanan.
- Ujung kumparan yang menghadap magnet menjadi kutub yang sama dengan kutub yang mendekat dan kutub yang berlawanan saat menjauh — itulah reaksi hukum Lenz.
- Kecepatan dua kali atau lilitan dua kali memberi arus puncak dua kali lipat; membalik magnet memberi simpangan sama besar ke arah lain.
- Saat sakelar terbuka, GGL tetap diinduksi, tetapi tidak ada arus yang mengalir.
Fisika di baliknya
Hukum Faraday menyatakan bahwa GGL yang diinduksi dalam kumparan sama dengan laju perubahan fluks yang menembusnya: ε = −N ΔΦ/Δt. Lab ini menghitung fluks melalui setiap lilitan secara terpisah, dari magnet yang dimodelkan sebagai deretan dipol kecil, menjumlahkan lilitan menjadi fluks total NΦ, lalu menurunkannya terhadap waktu, sehingga setiap bacaan dihitung, bukan sekadar animasi. Magnet yang diam memberi fluks terbesar dan sama sekali tidak ada GGL. Menggandakan kecepatan dorongan yang sama menggandakan laju perubahan dan karena itu arus puncak; menggandakan lilitan menggandakan GGL. Hukum Lenz menentukan arahnya: arus induksi selalu melawan perubahan, sehingga kutub N yang mendekat bertemu kutub N pada kumparan dan ditolak, sedangkan kutub yang menjauh ditarik kembali oleh kutub S. Yang penting hanyalah gerak relatif: menggeser kumparan ke arah magnet yang diam memberi simpangan yang persis sama.