MODUL-14-Magnet - smpawahidhasyim2rejoso

Download Report

Transcript MODUL-14-Magnet - smpawahidhasyim2rejoso

MODUL – 14
Medan Magnet dan
Kemagnetan
Science Center
Universitas Brawijaya
MAGNET


Sejarah kemagnetan mulai jauh lebih awal dengan
peradaban kuno di Asia. Ada daerah pada asia yang
disebut Magnesia di mana ditemukan batu-batu yang
bergerak saling tarik menarik. Batu-batu ini disebut
“magnet”
Magnet mempunyai dua kutub yaitu :
- kutub utara
- kutub selatan
(digunakan sebagai alat bantu navigasi = kompas)
Kutub Magnet
S
U
U
S
Tolak Menolak
U
S
U
S
S
U
Tarik menarik
U
S
Tolak Menolak
Medan Magnet




Medan Magnet adalah daerah yang masih dipengaruhi
garis-garis medan magnet
Garis-garis medan magnet menunjuk dari kutub utara
ke selatan
Arah medan magnet merupakan tangensial (garis
singgung) terhadap suatu garis di titik saja.
Jumlah garis persatua luas sebanding dengan besar
medan magnet
ARUS LISTRIK MENGHASILKAN
KEMAGNETAN

Hans Christian Oersted (17771851) menemukan bahwa ketika
jarum kompas yang diletakkan di
dekat kawat ber-arus listrik
ternyata jarum menyimpang.
 Gambar a menunjukkan
garis-garis medan di sekitar
arus listrik.
 Gambar b menunjukkan
kaidah tangan kanan untuk
mengingat arah medan
magnet.
GAYA PADA ARUS LISTRIK
DI MEDAN MAGNET



Magnet memberikan gaya pada kawat pembawa arus
Arah gaya (F) selalu tegak lurus terhadap arah arus (I) dan
juga tegak lurus terhadap medan magnet (B).
Gambar berikut menunjukkan arah gaya yang ditimbulkan
karena kawat dialiri arus listrik di dalam medan magnet.
F
U
B
I
F
S
U
+ -
B
I
magnet
magnet
S
- +
GAYA PADA ARUS LISTRIK
DI MEDAN MAGNET
Kawat berarus dengan panjang l diletakkan dalam medan
magnet dengan membentuk sudut  terhadap arah
medan, akan mendapat gaya sebesar :
F = IlB sin 
 Jika arah arusnya tegak lurus terhadap medan ( = 90)
maka gaya yang terjadi sebesar :
F = IlB sin 90 Fmax= IlB
Satuan SI untuk medan magnet B adalah Tesla (T)
1T = 1N/A.m atau
I
1T = 1Wb/m2
l
B
Dalam cgs satuan
medan magnet: gauss

-4
1 gauss (G) =10 T

Contoh Soal
Satuan dari medan magnet B adalah,
A. kg s-2A-1
B. kg m s-2A-1
D. kg s-1A-1
E. kg s-2A-2
JAWAB : A
C. kg m2s-2A-1
Contoh Soal
Sebuah kawat berarus mempunyai panjang ℓ = 20 cm berada
didaerah medan magnet 2T dan membentuk sudut  = 30o terhadap
arah medan sehingga dikenai gaya sebesar 5 N. Besarnya arus yang
mengalir dalam kawat adalah
A.5
A
B. 2,5 A
D. 2,5 mA
Jawab : E
E. 25 A
(9 dari 19 peserta menjawab benar)
Pretest Pelatihan Guru 25 Mei 2006
C. 25 mA
Contoh :
Sebuah kawat yang membawa arus 30A memiliki
panjang l=12cm dan membentuk sudut terhadap arah
medan magnet  = 60, medan magnet seragam pada
0,9T. Berapa gaya pada kawat ?
Jawab :
F = IlB sin 
F = (30A)(0,12m)(0,9T) sin60
F = (30A)(0,12m)(0,9T) (0,866)
F = 2,8 N
GAYA PADA MUATAN LISTRIK YANG
BERGERAK DI MEDAN MAGNET
Karena arus pada kawat terdiri
dari muatan listrik yang
B
bergerak, maka kita bisa
q
V
mengharapkan bahwa partikel
muatan yang bergerak bebas
juga akan mengalami gaya
F
ketika melewati medan
lintasan
magnet.
Jika N partikel maka I=Nq/t
= Menembus bidang (menjauhi kita)
dan l =vt
= keluar bidang (mendekati kita)
Sehingga gaya pada satu
partikel :
F = IlB sin 
F = qvB sin 
Contoh soal






15 . Medan magnet tidak berinteraksi dengan,
A. muatan listrik yang diam
B. muatan listrik yang bergerak
C. magnet permanen yang diam
D. magnet permanen yang bergerak
E. kawat berarus listrik yang diam
Jawab : A
(7 dari 19 peserta menjawab benar)
Pretest Pelatihan Guru 25 Mei 2006
Contoh soal
30.
Jika suatu partikel bermuatan ditembakkan pada arah tegak lurus medan magnet yang
serbasama, maka partikel tersebut akan bergerak melingkar
(benar)
SEBAB
Partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet akan mendapat gaya yang
arahnya selalu tegak lurus arah gerak partikel dan tegak lurus arah medan magnet
(benar)
Pernyataan dan alasan kedua-duanya benar dan menunjukkan hubungan sebab akibat
Jawab : A
(9 dari 19 peserta menjawab benar)
Pretest Pelatihan Guru 25 Mei 2006
Contoh :
Sebuah proton dengan laju 5x106 m/det pada medan
magnet merasakan gaya sebesar 8x10-14 N menuju
barat ketika bergerak vertikal ke bawah. Ketika
bergerak horisontal ke arah utara, ia merasakan gaya
nol. Berapa besar dan arah medan magnet di daerah ini
? (muatan pada proton adalah q=+e=1,6x10-19 C).
Jawab :
Proton tidak merasakan gaya ketika bergerak ke utara,
medan pasti mempunyai arah utara selatan. B pasti
menunjuk ke utara untuk menghasilkan gaya ke barat
ketika bergerak ke atas.
F
8 x1014 N
B

 0,10T
19
6
qv (1,6 x10 C )(5 x10 m / dt)
MEDAN MAGNET YANG DISEBABKAN
OLEH KAWAT LURUS
Medan magnet B pada titik di dekat
kawat lurus yang panjang berbanding
lurus dengan arus I pada kawat dan
berbanding terbalik terhadap jarak r
dari kawat :
I
B
r
r
B
Konstanta pembanding dinyatakan
o /2 dengan o adalah
permeabilitas ruang hampa sebesar
4  x10-7T.m/A.Dengan demikian
medan magnet :
o I
B
2 r
Contoh :
Berapakah besar medan magnet pada jarak 10
cm dari kawat lurus yang dialiri arus 25A ?
Permeabilitas ruang hampa o = 4x10-7Tm/A
Jawab :
o I
B
2r
( 4x107 T .m / A)(25A)

(2 )(0,10m)
 5,0 x105 T
GAYA ANTARA DUA KAWAT PARALEL
Medan magnet B1 yang
dihasilkan oleh I1 dinyatakan
dengan
 o I1 I 2
F

l
2 L
Gaya F per satuan panjang l
pada konduktor yang membawa
arus I2 adalah F/l=I2B1,
sehingga
 o I1 I 2
F

l
2 L
I1
I1
I2
F F
(a)
I2
F
(a) Arus paralel dengan arah yang
sama menghasilkan gaya tarikmenarik satu sama lain
F
(b)
(b) Arus berlawanan arah
menghasilkan gaya tolakmenolak
Contoh :
Dua kawat pada kabel yang 2m berjarak 3mm dan
membawa muatan arus dc 8A. Hitung gaya antara
kedua kawat tersebut!
Jawab : F  (2 x107 T .m / A)(8 A) 2 (2m)
3 x103 m
 8,5 x103 N

di mana
 2 x107 T .m / A
2
MEDAN MAGNET DI DALAM
SOLENOIDA
(a)
(b)
Medan magnet yang disebabkan oleh beberapa lingkaran solenoida
Jika kumparan-kumparan tersebut berdekatan, medan akan mendekati
seragam
Medan magnet pada solenoida B = oNI/l . Jika n=N/l
merupakan jumlah loop per satuan panjang, maka B = onI
Kabel koaksial pada
gambar di samping
menggunakan pintalan
silindris (solenoida) yang
simetris untuk melindungi
agar medan listrik eksternal
tidak masuk.
Contoh :
Solenoida tipis dengan panjang 10 cm memiliki 400lilitan kawat dan
membawa arus 2A. Hitung medan di dalam di dekat pusat.
Jawab :
Jumlah lilitan per satuan panjang : n=400/0,1=4000/m
B = onI = (12,57x10-7 T.m/A)(4000/m)(2A) =0,01T
TORSI PADA LOOP
ARUS




Gambar (a) menunjukkan loop paralel
dengan garis-garis medan B.Gambar
(b) tampak atas dan gambar ( c)
menunjukkan loop membuat sudut
terhadap B yang akan memperkecil
torsi karena lengan beban diperkecil.
Total torsi merupakan jumlah torsi
yang disebabkan oleh masing-masing
gaya sehingga:
 = IaBb/2+IaBb/2
 = IabB = IAB di mana A=ab
Jika ada N loop kawat berarti arus NI
sehingga =NIAB
Jika permukaan kumparan
membentuk sudut  dengan B maka
torsi menjadi =NIAB sin
Contoh :
Kumparan kawat melingkar mempunyai diameter 20cm dan
terdiri dari 10 llop (lilitan). Arus pada setiap loop sebesar 3
A dan kumparan diletakkan pada medan magnet 2T.
Tentukan torsi maksimum dan minimum yang diberikan
pada kumparan oleh medan.
Jawab :
Luas kumparan A=r2 = 3,14 (0,1m)2 = 3,14x10-2m2
Torsi maksimum terjadi ketika permukaan kumparan paralel
terhadap medan magnet, sehingga  =90
=NIAB sin
=(10)(3A)(3,14x10-2m2)(2T) (1) =1,88N.m
Torsi minimum terjadi jika sin  = 0 sehingga
= 0
APLIKASI-1 : GALVANOMETER
Medan magnet memberikan torsi pada loop sebesar : =NIAB
sin
Torsi magnet dilawan oleh pegas yang memberikan torsi sebesar
: s = k (Hukum Hooke)
NIAB sin 

k
APLIKASI-2 : BEL LISTRIK


Pada saat Saklar terbuka,
tidak ada arus yang
mengalir melalui kumparan
sehingga batang besi masih
tetap di posisi awal (tidak
memukul bel)
Pada saat saklar tertutup,
maka ada arus yang
mengalir melalui kumparan
dan menimbulkan medan
magnet yang akan menarik
batang besi untuk memukul
bel.
APLIKASI-3 : MOTOR DC
 Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik
(rotasional). Motor bekerja dengan prinsip yang sama dengan
galvanometer kecuali tidak adanya pegas sehingga kumparan dapat
berputar secara kontinu.
 Susunan komutator lengan pada motor DC menjamin pergantian arus
pada jangkar agar rotasi terus berjalan. Komutator dipasang ke tangkai
motor dan berputar bersamanya, sementara sikat tetap diam.
APLIKASI-4 : SPEAKER