Transcript XII - Medan Magnet dan Induksi Magnetik

Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org
www.psb-psma.org Ikhlas
Ikhlas Berbagi
Berbagi Rela
Rela Memberi
Memberi
Standar Kompetensi
• Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan
dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk
teknologi
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Kompetensi Dasar
• Menerapkan induksi magnetik dan gaya
magnetik pada beberapa produk teknologi
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Indikator Pencapaian
• Mendiskripsikan induksi magnetik di sekitar kawat
berarus
• Mendiskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus
• Mendiskripsikan gaya magnetik pada partikel
bermuatan listrik yang bergerak di dalam medan
magnetik
• Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik
pada teknologi motor listrik
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
INDUKSI MAGNETIK
Percobaan Han Christian Oersted (Th.1819)
Suatu magnet jarum terletak
dibawah kawat mengalami
penyimpangan ketika kawat
dialiri arus listrik.
Ketika arus listrik pada kawat
arahnya dibalik, ternyata arah
penyimpangan magnet jarum
berlawanan arah. jadi arah
medan magnet tergantung arah
arus listri
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
INDUKSI MAGNETIK
SK / KD
Indikator
Arah Medan Magnet
Materi
Latihan
i
i
B
r
B
r
Arah medan magnet di suatu titik disekitar kawat lurus berarus
merupakan garis singgung keliling lingkaran di titik tersebut.
Arah medan magnet tersebut dapat ditentukan dengan kaidah tangan
kanan. Genggamlah kawat berarus dengan ibu jari menunjuk sesuai
arah arus listrik. Empat jari lain menunjukkan arah medan magnet.
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Hukum Biot-Savart
Beranda
SK / KD
dB
r
i
dl
Indikator
a
Materi
α
Latihan
Besar induksi magnet dB yang disebabkan oleh elemen arus adalah :
(1) berbanding lurus dengan elemen arus listrik Idl
(2) berbanding lurus dengan sinus sudut antara r dan dl
(3) berbanding terbalik dengan kuadrat jarak titik yang diamati ke
kawat dl
Dirumuskan dengan :
  0 I dl sin 
dB 
2
4 r
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Hukum Amper
Integral tertutup B·ds sama dengan 0I, I adalah
arus total yang dicakupi oleh permukaan tertutup,
a
 
B

d
s


I
0

Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Medan Magnet di sekitar Kawat lurus Panjang
Beranda
SK / KD
Dengan menggunakan hukum Amper, maka kuat medan magnet
disekitar kawat lurus panjang dinyatakan dengan :
Indikator
Materi
B
Latihan
a
 o .I
B
4 a
• Ket:
B = kuat medan magnet (Wb/m2 atau T )
I = kuat arus (A)
a= jarak titik dari kawat (m)
µ0 = permeabilitas ruang hampa
µ0 = 4π.10-7 Wb/A.m
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Contoh soal
1.
•
Tentukan besar induksi magnetik di suatu titik yang
berjarak 4 m dari kawat lurus panjang berarus listrik 20 A
JAWAB
Jawab :
B
4 a
Indikator
Materi
diketahui :
I = 20 A
a=4m
µ0 = 4π.10-7 Wb/A.m
o . I
SK / KD

7
4.10 .20
4. 4
Latihan
Referensi
7
2
 5. 10 Wb.m
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Contoh soal
Dua kawat sejajar K-L terpisah 5 cm satu sama lain. Kedua kawat masing
masing berarus listrik 4 A dan 6 A searah. tentukan besar induksi magnetik
di titik M yang terletak 2 cm dikanan K diantara K-L.
B2
Diketahui :
kawat K(1) dan L(2)
I1 = 4A
i2 = 6A
a1 = 2 cm
a2 = 3 cm
Jawab.
o . I
B 
1
4 a

4 . 10
7
JAWAB
B
2

7
Latihan
i2
B1
4 . 10
Indikator
Materi
L
I1
.4
4 . 0, 02
K
SK / KD
Referensi
.6
4 . 0, 03
B1 = 2 . 10-5 Tesla
B2 = 2 . 10-5 Tesla
ke bawah
ke atas
Induksi magnetik di titik M merupakan resultan dari B = B1 + (-B2) = 0
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Medan Magnet dipusat kawat melingkar berarus
Beranda
SK / KD
a
dB
dB Cos α
r
α
α
dB Sin α
  0  ds  rˆ
dB    I
2
 4  r
Indikator
Materi
Latihan
Besar induksi magnetik di titik pusat kawat melingkar adalah :
B
0 I
2a
B
0 I
2a
xN
B = kuat medan magnet
a = jari-jari
I = kuat arus
N = jumlah lilitan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
SK / KD
Arah induksi magnetik di sekitar kawat melingkar berarus
Indikator
Materi
Dengan kaidah tangan
kanan, maka arah medan
magnetik pada kawat
melingkar berarus(untuk
arah arus berlawanan
jarum jam) tampak
seperti pada gambar (a)
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Contoh soal
Sebuah penghantar berbentuk lingkaran berjari jari 10 cm dialiri kuat
arus listrik 10 A. Jika induksi magnetic di pusat penghantar sebesar 6 
. 10 –3 Wb/m2 ,berpakah jumlah lilitannya ?
JAWAB
Diketahui :
a = 10 cm = 0,1 m
I = 10 A
B = 6  . 10 –3 Wb/m2
Berapakah jumlah lilitan N
Jawab :
B 
6. .10

I
x N
2a
3
0
4 .10 7.10

xN
2.0,1
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
N = 300 lilitan
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Medan Magnet pada solenoida berarus listrik
Beranda
SK / KD
Arah Medan magnet
S
Indikator
U
Dengan aturan tangan kanan
dapat ditentukan kutub kutub
U dan S, pada ujung solenoida.
Genggam solenoda, 4 jari
menunjuk arah arus dan ibu jari
menunjukan arah magnet
didalam solenoida U
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Besar Medan magnet pada solenoida
Jika solenoida memiliki jumlah lilitan N dan panjangnya adalah L,
maka dengan menggunakan hukum Amper besar medan magnet
dipusat solenoida adalah :
 
 B  ds Bl  0 NI
B
 0 NI
l
  0 nI
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Medan magnet diujung solenoida
B 
 0 NI
2 l
1

2
 0 nI
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Contoh soal
•
Suatu solenoida panjangnya 20 cm terdiri atas 800
lilitan dan jari jari penampangnya 2 cm. Jika solenoida
dialiri kuat arus 4A , berapakah induksi magnetik di
pusat dan diujung solenoida ?
JAWAB
• Diketahui :
i = 4A
l = 20 cm = 0,2 m
N = 800 µ = 4π.10-7 Wb/a.m2
• Jawab.
Di pusat solenoida
B = µ i n = 4π.10-7 .4 . 800/0,2
B = 6,4 . 10-3 T
Di ujung solenoida.
• B = ½ µ i n = ½ 6,4 . 10-3 T = 3,2 . 10-3 T
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
GAYA LORENTZ
Merupakan gaya yang timbul pada penghantar berarus atau muatan
yang bergerak dalam medan magnetik.
Besarnya gaya Lorentz dirumuskan sebagai berikut.
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
F = iBl Sin θ
F = gaya Lorentz
i = kuat arus
B = kuat medan magnet
l = panjang kawat dalam medan magnet
Θ = sudut antara arus listrik dengan medan
magnet
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Arah Gaya Lorentz
Beranda
SK / KD
i
F
B
Gaya Lorentz merupakan vektor yang
arahnya tergantung pada arah medan
magnet dan arah arus. Dapat ditentukan
dengan menggunakan kaidah telapak
tangan kanan.
• Buka telapak tangan kanan.
• Arahkan empat jari searah medan
magnet. Arahkan ibu jari searah arus.
• Arah hadap telapak tangan merupakan
arah gaya Lorents
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Materi
Sebuah kawat panjangnya 60 cm dialiri arus listrik 10 A, terletak
di dalam ruang magnetik homogen yang kuat medannya 4.10-3 T.
tentukan besar gaya loren pada kawat, jika arah arus dan arah
magnetik saling membentuk sudut :
(a) 30 o dan (b) 90 o
JAWAB
Diketahui :
l = 60 cm = 0,6 m i = 10 A
B = 4.10-2 T
Jawab :
a. F = iBl Sin θ = 10 . 0,6 . 4.10-3 Sin 30 o  F = 1,2 . 10-2 N
b. F = 10 . 0,6 . 4.10-3 Sin 90 o = 2,4 . 10-2 N
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Gaya Lorentz Pada dua kawat sejajar berarus listrik
Beranda
SK / KD
Jika dua kawat lurus diletakkan sejajar terpisah sejauh a dan
masing-masing dialiri arus listrik i1 dan i2 maka masing
masing arus akan menghasilkan induksi magnetik dan pada
tiap tiap kawat bekerja gaya Lorentz yang sama besar. Besar
gaya Lorenz pada tiap kawat dinyatakan dengan persamaan :
I1
i2
B1
F
F
B2
(1)
(2)
o i1 i2
F

l
4 a
l = panjang kawat
A = jarak antar kawat
i = kuat arus
F = gaya
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Arah gaya Lorentz pada kawat sejajar
SK / KD
Indikator
i1
B1
F
…….. a ……
F
i2
(1)
(2)
Jika dua kawat
sejajar dialiri arus
listrik berlawanan
arah, maka gaya
yang terjadi pada
kedua kawat
adalah tolak
menolak
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Contoh Soal
Dua kawat sejajar panjangnya 1 m masing masing dialiri arus listrik 1 A.
jika jarak antara kedua kawat 1m. Tentukan besar gaya Lorentz pada
kedua kawat.
JAWAB
Jawab.
 o i1 i2
4 .10 7 .1.1
F


 1.10 7 N
l
4 a
4 .1
Dengan demikian maka yang dimaksud dengan kuat arus 1 Amper
adalah besar kuat arus listrik yang mengalir pada dua kawat sejajar
yang terpisah 1 m dan menyebabkan gaya sebesar 1.10-7 N
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Gaya Lorentz Pada Partikel
Bermuatan listrik
•
•
•
Bahwa besar gaya Lorentz pada kawat berarus listrik adalah
F = ilB sin θ .
Dan bahwa kuat arus adalah muatan listrik yang bergerak tiap satuan
waktu i = q/t
Sehingga pada partikel yang bergerak memotong medan magnet akan
bekerja gaya Lorentz yang besarnya :
• F = qv x B sin θ
•
Ket :
F = gaya (N)
Q = muatan listrik (C)
v = kecepatan ( m/s )
B = medan magnet ( T )
θ = sudut antara arah kecepatan terhadap arah B
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Contoh soal
10-19
Sebuah partikel bermuatan listrik 3,2 .
C, bergerak
dengan kecepatan 6 . 10 6 m/s searah dengan sumbu +x
didalam ruang magnetik yang kuat medan magnetiknya 3.10-4
T ke arah +Y. Tentukan besar dan arah gaya Lorentz.
JAWAB
•Jawab.
• F = qvB sin θ = 3,2.10-19.6.106.3.10-4
• F = 5,76 . 10-16 N searah sumbu +Z
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Gaya Lorenfz – Gaya Sentripetal
Partikel bermuatan positif q yang masuk ke dalam medan magnet
akan dibelokan dan bergerak melingkar dengan jari - jari lintasan r ,
pada partikel bermassa m tersebut bekerja gaya sentripetal yang
seimbang dengan gaya Lorentz.
v2
m
 qvB
r
Frekuensi sudutnya
:
v
qB
  
r
m
v
mv
r 
qB
F
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
B
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Selektor kecepatan
• Sebuah partikel bermuatan
bergerak memasuki medan
magnetik dan medan listrik
secara tegak lurus. Agar
partikel tidak mengalami
pembelokan, maka besar gaya
Lorentz dan gaya Coulomb
haruslah sama besar.
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Selektor kecepatan & Gaya Lorentz
+ve
SK / KD
Besar gaya magnet
sama dengan gaya listrik
qvB = qE
FL
+
FE
-ve
Gaya magnetik  FB  qv  B
Gaya listrik 
FE  q E
Gaya Total 
F  qv  B  qE
Sehingga besar
kecepatan partikel
dengan linsannya lurus
adalah :
v
= E/B
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Penerapan Gaya Lorentz
Gaya Lorentz atau gaya magnetik diantara diterapkan pada :
1. Motor listrik
motor listrik banyak dimanfaatkan pada perlatan rumah
tangga ( mixer, blender, kipas angin, dan pompa air )
pertukangan ( bor listrik, gerinda, gergaji listrik, dan
mesin bubut)
2. Galvanometer dan Alat ukur listrik ( ohm meter, volt
meter dan amper meter )
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Beranda
Latihan soal
1. Suatu kawat lurus panjang berarus listrik 6 A. tentukan besar
induksi magnetik di titik P yang terletak 12 cm dari kawat.
2. Dua kawat sejajar P-Q terpisah 6 cm satu sama lain, masing –
masing berarus listrik 4 A dan 10 A searah. tentukan besar
induksi magnetik di R. R terletak diantara kedua kawat berjarak
4 cm dari P.
3. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran terdiri atas 40 lilitan dan
jari-jarinya 10 cm. Agar induksi magnetic di pusat lingkaran 8 x
10 –3 T, berapakah kuat arus listrik yang harus mengalir pada
kawat ?
4. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran terdiri atas 50 lilitan dan
jari-jarinya 10 cm, jika kaawat dialiri kat arus listrik 6A ,
berapakah induksi magnetic di pusat lingkaran ?
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Latihan Solal
Beranda
SK / KD
5. Pada sebuah kawat lurus panjangnya 20 cm berarus listrik 10A
bekerja gaya magnet 0,5 N. jika arah medan magnet membentuk
sudut 90 o terhadap arah arus, hitunglah besar medan magnetnya.
6. Dua kawat sejajar panjangnya 2 m berjarak 3 mm dialiri arus listrik 8
A berlawanan arah, tentukan besar gaya pada kedua kawat tersebut.
7. Sebuah partikel bermuatan listrik 6,4.10-19 C bergerak dengan
kecepatan 5 . 104 m/s memasuki ruang magnetik homogen secara
tegak lurus medan magnetik. Jika kuat medan magnetiknya 0,02 T ,
tentukan besar gaya magnet yang bekerja pada partikel tersebut.
8. Pada jarak 1 cm dibawah kawat lurus berarus 50 Ampere bergerak
elektron sejajar kawat dengan kecepatan 2 . 106 m/s. hitunglah
besar gaya Lorentz yang bekerja pada elektron.
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Referensi
1. Drs. Suprianto M.Si. Fisika SMA Kelas XII , Jilid 3 , Phiebeta.
Th. 2007
2. Dr. Engg. Mikrajuddin Abdullah, M.Si, Fisika SMA dan MA
untuk Kelas XII Semester 1, esis, Th. 2007.
3. Sulistyahadi, S.Si , Bahas Tuntas 1001 Soal Fisika SMA ,
Pustaka Widyatama, Th.2010
4. WWW. Yohanes Surya.Com
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi
Penyusun
Parsidi , S.Pd
SMAN 6 Banjarmasin
Penelaah
Nur Samsudin, S.Pd. Fis.
SMAN 2 Purbalingga
Beranda
SK / KD
Indikator
Materi
Latihan
Referensi
Penyusun
Selesai
www.psb-psma.org Ikhlas Berbagi Rela Memberi