medan magnet
Download
Report
Transcript medan magnet
MEDAN MAGNETIK
Intro
Medan magnet ad. ruang/daerah disekitar
magnet/penghantar yg mengangkut arus
Oersted (1820) arus sebuah kawat dpt
menghasilkan efek magnetik yi arus mengubah
arah sebuah jarum kompas
Sumber medan magnet:
Partikel bermuatan listrikyg bergerak;
arus pd kawat elektromagnet
Partikel dasar elektron memp.medan magnet
instrinsik disekitarnya
Definisi B
(medan magnet)
Jk benda uji bermuatan q0 ditempatkan dlm
keadaan diam di titik P dkt magnet permanen tdk
ada gaya yg bekerja pd q0 yg hanya dsebabkan
ada/tdk magnet
Jk q0 ditembakan dg kec v melalui P dkt magnet
permanen ada gaya kesamping FB, yg tegaklurus
v
Jk arah v yg melalui P diubah tp besar v
dipertahankan besar FB berubah tp arah selalu
tegak lurus v
Jk sebuah muatan uji + q0 dg kec v melalui P & jk
ada gaya FB yg bekerja pd muatan bergerak tsb, mk
sebuah medan magnet B ada/bekerja di titik P
B didefinisikan dari gaya listrik
Besarnya B:
(1)
B ad. besaran vektor
Satuan B (SI)= tesla, T, (=weber/m2)=N/(A.m)
Besarnya gaya jk sudut antara arah kecepatan
v & medan magnetik B:
(2)
F selalu tegak lurus thd v dan jg B, karenanya F
merupakan gaya ke samping thd v dan B
Ke smua arah v yang lain, besar F selalu
proporsional thd v sin
Dr. pers (2), mk:
Besar F yang bekerja thd partikel di medan listrik
proporsional thd muatan dan kec. partikel
Gaya magnet nol jk v=0 atau muatan nol
Gaya magnet nol jk v sejajar (paralel) atau
berlawanan arah (antiparalel) dg B (=0 atau 180o)
Gaya magnet max jk v tegak lurus pd B (=90o)
Utk semua arah vbesar F sll proporsional thd v sin
F dan B selalu tegak lurus
F sll tegak lurus arah gerakan kerja yg dilakukan
gaya ini terhdp partikel tsb=nol
Jk partikel bmuatan mll daerah yg tdpt medan
listrik dna medanmagnet, mk F resultan:
F=q0E+qvB
(Hk. Lorentz)
Aturan tangan kanan
Ibu jari arah produk
utk kec
v yg mengarah B, dg membtk sudut
diantara keduanya
Gb b) utk q (+), FB searah ibu jari
Gb c) utk q (-), FB berlawanan ibu jari
FB pd partikel bermuatan yg bergerak
dg kec v pd medan magnet B sll
tegak lurus v & B
FB tdk pernah paralel thd v
FB tdk mengubah kec v, tp mengubah
arah v
Garis medan magnet (GMM)
Arah medan magnet =induksi
magnet dinyatakan dlm
GMM
Aturan:
Garis singgung pd garis
medan magnet di setiap
titik memberikan arah B di
titik tsb
Garis induksi sebanding dg
besar B
Jarak an. garis menggbkan
besarnya B; medan magnet
kuat jk garis2nya dekat, &
><
Semua garis melalui
magnet & membtk loop
tertutup
GMM keluar utara
GMM masuk selatan
Effect magnetik
eksternal terkuat
diujung GMM rapat
Magnet mempunyai 2
kutub dipol magnetik
Kubu >< tarik
menarik
Gaya magnet
pd kawat berarus
Arus ad. kump. muatan2 yg bergerak
Arus dlm kawat diangkut oleh elektron
Krn medan magnet mengerahkan gaya ke
samping pd muatan bergerak medan magnet
tsb jg mengerahkan gaya ke samping pd kawat
berarus
Muatan – bergerak ekivalen berlawanan arah dg
muatan +; muatan + bergerak searah arus
(a) kawat vertikal tanpa arus
dg ke-2 ujung tetap berada
diantr. 2 kutub vertikal dg
arah medan magnet keluar
dr surface
(b) arus keataskawat
menekuk ke kanan
(c) arus ke bwh kawat
menekuk ke kiri
•Kawat dg panjang L &
elektron bergerak selama
t=L/vd melalui grs xx, mk
muatan yg melalui grs xx pd
wkt tsb:
Gaya magnetik pd
kawat lurus L berarus
dlm medan B yg
tegak lurus thd kawat
Jk medan magnet tdk tegak lurus thd
kawat, mk
sudut antara arah L & B;
L ad. panjang kawat yang arahnya
sesuai dg arah arus
FB selalu tegak lurus thd L & B
Contoh soal 1
Kawat tembaga lurus horisontal dilalui
arus i=28 A. Tentukan besar dan arah utk
medan magnetik B min agar mengimbangi
gaya gravitasi thd kawat tsb. Densitas
linear kawat (massa per unit panjang) ad.
46,66 g/m
Jawab contoh soal 1
Arus keluar dr surface
Krn kawat membw arus,
gaya magnetik FB akan
bekerja pd kawat jk kawat
berada di medan magnet B
Utk mengimbangi gaya
gravitasi ke bwh
diinginkan FB keatas
Arah FB berhub. dg arah B &
panjang kawat L
Krn L arahnya horisontal,
utk mendpt gaya FB ke
atas B harus horisontal
ke kanan
Besarnya FB:
Yg diinginkan FB seimbang
dg Fg, mk
Diinginkan besar medan
magnet min max
harga sin ; =90o
B diatur agar tegak
lurus thd kawat, agar
sin =1, shg
m/L ad. densitas linear
kawat, mk
Arah medan magnet ke
kanan
m ad. massa kawat
Momen kakas (torque) pd sebuah
loop berarus
Aplikasi magnet motor
Simpel motor: loop arus
tunggal pd medan B
Gaya + & - torque pd
loop yg mdorong rotasi
loop pd pusat aksis
Loop segiempat dg sisi a &
b, berarus i melalui medan
magnet B seragam
Loop ditempatkan pd
medan magnet shg sisi
panjang (1,3) tegak lurus
thd arah medan yi. msk
surface, tp sisi 2,4 tdk
tegak lurus
Arah loop pd medan
magnet dinyatakan sbg
vektor normal n yg tegak
lurus thd permukaan loop
Utk menentukan arah
vektor normal naturan
tangan kanan
jari2 ditekuk menunjukan
arah arus pd suatu titik di
loop; ibu jari yg
diregangkan menunjukan
arah vektor n
Loop dilihat dr arah samping
(sisi 2)
sudut an. vektor normal
n dg arah medan magnet B
loop berotasi sesuai arah
panah
Gaya total loop ad. resultan
gaya dr 4 sisi
Sisi 2 mengarah sesuai arah
arus & besarnya b
Sudut an L & B utk sisi 2 ad.
90o-
Besar gaya pd sisi 2:
F4=F2 tp dg arah
kebalikan, krnya saling
menghilangkan
Krn garis kerja 2 & 4 mll
pusat loop resultan
momen kakas=nol
Utk sisi 1&3 L tegak
lurus B, shg F1 & F3
masing2 ad. iaB
F1 &F3 arah
kebalikantdk
menggerakan loop
Tp ke2 gaya tdk
memp garis kerja yg
sama shg memp.
momen kakas
resultan
Momem kakas
memutar loop vektor
normal n berimpit dg
arah medan B
Besar momen kakas
krn F1 &F3, ’ =
Jk loop terdir dr N
loop koil yg terikat
erat, mk:
= N ’
= Niab B sin
= (NiA) B sin
dimana A (=ab) ad.
luas area yg dikitari
koil
Koil berarus yg
dtempatkan pd medan
magnet akan
cenderung berputar
shg arah loop normal
sama dg arah medan
magnet
Momen dipol magnetik () pd koil
Torque memutar koil
berarus jk berada di
medan magnetkoil
berfungsi sbg magnet
batang di medan
magnet
Koil berarus dipol
magnetik
Utk menentukan
torque pd koil krn
medan
magnetmomen dipol
magnet pd koil
Arah sesuai
vektor normal n thd
permukaan koil
Menentukan arah
tepatkankan koil pd
tangan kanan; arah
arus arah jari; ibu
jari yg diregangkan
arah
Besar
Satuan = A.m2
N=jml loop koil;
A=luas yg dibatasi
oleh tiap loop koil
Torque pd koil krn
medan magnet
Sudut antara dan
B
Dipol magnetik di
medan magnet
eksternal memp.
energi potensial
magnetik yg
tergantung arah dipol
di medan listrik
Arah energi
magnetik dipol max
& min pd medan
magnet luar B
Arah i menentukan
arah momen dipol
magnetik (aturan
tangan kanan
vektor normal)
Energi dipol
magnetik min pd
saat arah momen
dipol sejajar dg
medan magnet
Energi dipol magnetik
max pd saat arah
momen dipol
berlawanan dg arah
medan magnet
U dlm Joule (J)
B dlm tesla (T)
dlm (J/T) atau (A.m2)
Jk momen kakas yg
bekerja (krn agen dr
luar) merotasi dipol
magnetik dr arah i ke
arah f Wa
dilakukan thd dipol
oleh torque tsb
Jk dipol stationari
seblm & sesdh
perub.arah, mk
Contoh soal 2
Koil dg 250 loop, A
2,52 x10-4 m2 serta
arus 100 A
diletakan diam pd
medan magnet
seragam B=0,85 T
dg momen dipol
magnet awal ad.
sejajar dg B.
1)Tentukan arah arus pd
koil
2) Brp kerja torque yg
diaplikasikan oleh
agen dr luar thd koil
utk merotasi 90o dr
posisi semula shg
tegak lurus thd B &
koil pd posisi diam
kembali
Jawab contoh soal 2
1)
Aturan tangan kanan
bayangkan menggenggam koil dg tangan
kanan dan ibu jari direnggangkan keluar.
Ibu jari menunjukan arah . Arah jari yg
menggenggam koil ad. arah arus di koil.
Krnnya pd kawat dekat sisi koil, arus
mengalir dr atas ke bawah
2) Wa dilakukan oleh torque sama dg
perub.energi potensial koil krn perub.
arah
Krn
mk