Tuesday, August 24, 2010

MEDAN MAGNET

Judul Materi : Menjelaskan konsep dan prinsip kelistrikan dan kemagnetan dalam kerbagai masalah dan produk teknologi.
SKL : Menjelaskan timbulnya medan magnet induksi di sekitar kawat berarus dan menentukan besaran­besaran yang mempengaruhinya

Medan Magnet



Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus

Besarnya medan Magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik. Dipengaruhi oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil kuat medan magnetnya.

Berdasarkan perumusan matematik oleh Biot-Savart maka besarnya kuat medan magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan dengan :

  • B = Medan magnet dalam tesla ( T )
  • μo = permeabilitas ruang hampa =
  • I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
  • a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)

Arah medan magnet menggunakan aturan tangan kanan :

Medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya menggunakan operasi vektor.
Berikut ditampilkan beberapa gambar yang menunnjukkan arah arus dan arah medan magnet.
Arah medan magnet didaerah titik P ( diatas kawat berarus listrik ) menembus bidang menjauhi pengamat sedang didaerah titik Q dibawah kawat berarus listrik menembus bidang mendekati pengamat.
Tanda titik menunjukkan arah medan menembus bidang mendekati pengamat.
Tanda silang menunjukkan arah medan menembus bidang menjauhi pengamat.
Tanda anak panah biru menunjukkan arah arus listrik.

Pada sumbu koordinat x, y, z kawat berarus listrik berada pada bidang xoz dan bersilangan dengan sb. Z negative. Arah arus listrik searah dengan sumbu x positif.
Jarak antara kawat I dengan titik pusat koordinat (O) adalah a maka besarnya medan magnet dititik (O) tersebut searah dengan sumbu y negative.

Keterangan gambar:
I = arus listrik
B = medan magnet
Tanda panah biru menunjukkan arah arus llistrik

Contoh :

Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus 5 miliampere berada diruang hampa . Tentukan besarnya induksi magnetic pada titik yang berada sejauh 10 cm disebelah kanan kawat, bila kawat vertikal ?

Jawab :
Diketahui : I = 5 miliampere = 5 . 10 – 3 Ampere
a = 10 cm = 0,1 meter
Ditanya : B = ………….?
Dijawab :

Sebuah kawat berada pada sumbu x dialiri arus listrik sebesar 2 A searah dengan sumbu x positif . Tentukan besar dan arah medan magnet dititik P yang berada pada sumbu y berjarak 4 cm dari pusat koordinat 0 ( lihat gambar) ?

Dijawab :
Dketahui : I = 2 A
a = 4 . 10 – 2 m
Ditanya : Besar dan arah B ….. ?
Dijawab :




Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar

Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat ditentukan dengan rumus :

Keterangan:

  • BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat melingkar dalam tesla ( T)
  • I = kuat arus pada kawat dalam ampere ( A )
  • a = jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m )
  • r = jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m )
  • θ = sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran kawat dalam derajad (°)
  • x = jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m )

dimana

Besarnya medan magnet di pusat kawat melingkar dapat dihitung

  • B = Medan magnet dalam tesla ( T )
  • μo = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. m
  • I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )
  • a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
    = jari-jari lingkaran yang dibuat

Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan
Perhatikan gambar

Sebuah kawat melingkar berada pada sebuah bidang mendatar dengan dialiri arus listrik

Apabila kawat melingkar tersebut dialiri arus listrik dengan arah tertentu maka disumbu pusat lingkaran akan muncul medan magnet dengan arah tertentu. Arah medan magnet ini ditentukan dengan kaidah tangan kanan.
Dengan aturan sebagai berikut:
Apabila tangan kanan kita menggenggam maka arah ibu jari menunjukkan arah medan magnet sedangkan keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik

Keterangan gambar :

Sebuah kawat melingkar dialiri arus listrik sebesar 4 A (lihat gambar). Jika jari-jari lingkaran 8 cm dan arak titik P terhadap sumbu kawat melingkar adalah 6 cm maka tentukan medan magnet pada :
a. pusat kawat melingkar ( O )
b. dititik P

Jawab :
Diketahui : I = 4 A
a = 8 cm = 8 . 10 – 2 m

x = 6 cm = 6 . 10 – 2 m

sin θ = a / r = 8 / 10 = 0,8
Ditanya : a. Bo = ……. ?
b. BP = ……. ?
Dijawab :



Medan Magnet pada Solenoida

Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan , apabila dialiri arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang.

Kumparan ini disebut dengan Solenida

Besarnya medan magnet disumbu pusat (titik O) Solenoida dapat dihitung

Bo = medan magnet pada pusat solenoida dalam tesla ( T )
μ0 = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. M
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
N = jumlah lilitan dalam solenoida
L = panjang solenoida dalam meter ( m )

Dengan arah medan magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Arah arus menentukan arah medan magnet pada Solenoida.

Besarnya medan magnet di ujung Solenida (titik P) dapat dihitung:

BP = Medan magnet diujung Solenoida dalam tesla ( T )
N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan
I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
L = Panjang Solenoida dalam meter ( m )

Contoh Soal :

Sebuah Solenoida panjang 2 m memiliki 800 lilitan. Bila Solenoida dialiri arus sebesar 0,5 A, tentukan induksi magnet pada :
a. Pusat solenoida
b. Ujung solenoida

Jawab :
Diketahui : I = 0,5 A
L = 2 meter
N = 800 lilitan
Ditanya : a. Bo = ............ ?
b. BP = .......... ?
Dijawab :



Medan Magnet pada Toroida

Toroida adalah sebuah solenoida yang dilengkungkan sehingga berbentuk lingkaran kumparan.

Besarnya medan magnet ditengah-tengah Toroida ( pada titik-titik yang berada pada garis lingkaran merah ) dapat dihitung

  • Bo = Meda magnet dititik ditengah-tengah Toroida dalam tesla ( T )
  • N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan
  • I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
  • a = rata-rata jari2 dalam dan jari-jari luar toroida dengan satuan meter ( m )
  • a = ½ ( R1 + R2 )

Pada gambar anda anak panah merah adalah arah arus sedang tanda panah biru arah medan magnet.

Contoh Soal :

Sebuah Toroida terdiri dari 6000 lilitan dialiri arus listrik sebesar 10 A . Jika jari-jari dalam dan luar berturut-turut 2 dan 4 meter . Tentukan besarnya induksi magnet ditengah toroida !
Jawab :
Diketahui : N = 6000 lilitan
I = 10 A
R1 = 2 meter
R2 = 4 meter
a = ½ ( 2 + 4 ) = 3 m
Ditanya : Bo = ……… ?
Dijawab :




Latihan Soal :

1. Sehelai dawai yang dialiri arus listrik dengan arah ke barat diletakkan dalam medan magnet yang arahnya ke atas. Gaya yang dialami kawat tersebut arahnya….

a. ke atas

b. ke bawah

c. ke utara

d. ke selatan

e. ke timur

2. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan v di dalam medan magnet yang

Induksi magnetnya B. Jika v ada di dalam bidang xy membentuk sudut 60 derajat

Dengan sumbu x dan B sejajar dengan sumbu y, maka lintasan elektron berbentuk

……….

a. garis lurus sejajar sumbu y

b. garis lurus sejajar sumbu x

c. lingkaran sejajar sumbu y

d. lingkaran sejajar sumbu x

e. spiral dengan sumbunya sejajar sumbu y

3. Dua buah partikel massanya m1 : m2 = 2 : 1 dan muatannya q1 : q2 = 2 : 1.

Kedua partikel itu bergerak melingkar dalam bidang yang tegak lurus medan

Magnetik homogen. Bila besar momentum kedua partikel itu sama, maka

Perbandingan jari-jari orbit partikel-partikel itu r1 : r2 adalah ……

a. 4 : 1 d. 1 : 2

b. 2 : 1 e. 1 : 4

c. 1 : 1

4. Saat elektron memasuki medan magnet, electron Mendapat gaya Lorentz

yang searah dengan……

a. sumbu x positif

b. sumbu y positif

c. sumbu z positif

d. sumbu z negatif

e. sumbu y negatif

5. Sebuah kumparan terdiri dari 50 lilitan berbentuk bujur sangkar dengan sisi

20 Cm berarus listrik 5 A berada dalam medan magnet homogen dari 0,2.10-2

Wb/m2 sehingga bidangnya tegak lurus terhadap garis gaya magnet. Momen

Kopel yang terjadi pada kumparan saat bidang kumparan sejajar arah medan

Magnet tersebut adalah………

a. 10 Nm

b. 1 Nm

c. 0,1 Nm

d. 0,02 Nm

6. Suatu penghantar lurus seperti pada gambar di Samping (penghantar terletak pada bidang gambar).Arah medan magnet induksi pada titik

P adalah……..

a. menjauhi pembaca tegaklurus bidang gambar

b. mendekati pembaca tegaklurus bidang gambar

c. ke atas sejajar dengan penghantar

d. ke kiri tegaklurus penghantar

e. ke kanan tegaklurus penghantar

7. Induksi magnetik di suatu titik yang berjarak a dari kawat lurus panjang berarus

Listrik I adalah……..

a. berbanding lurus dengan I dan a

b. berbanding lurus dengan I dan berbanding terbalik dengan a

c. berbanding lurus dengan a dan berbanding terbalik dengan I

d. berbanding terbalik dengan I dan a

e. berbanding terbalik dengan kuadrat I dan kuadrat a

8. Arah arus induksi dalam suatu penghantar semikonduktor sehingga menghasilkan

Medan magnet yang melawan perubahan garis gaya yang menimbulkannya.

Ungkapan ini adalah bunyi hukum………

a. Oersted c. Lorentz e. Faraday

b. Biot Savart d. Lenz

9. Besarnya induksi magnetik di titik yang berjarak 2 cm dari kawat lurus yang

Panjang dan berarus listrik 30 ampere adalah………

a. 3 . 10 -4 Weber/m2 d. 6 . 10 –4 Weber/m2

b. 3 . 10 –2 Weber/m2 e. 3 . 10 –1 Weber/m2

c. 6 . 19 –3 Weber/m2

10. Sebuah titik berada di dekat penghantar lurus panjang berarus listrik.Jika jarak

Titik ke penghantar dilipatduakan sedang kuat arusnya dijadikan setengah kali

Semula, maka induksi magnetik di titik tersebut menjadi……

a. ¼ kali semula d. 2 kali semula

b. ½ kali semula e. 4 kali semula

c. tetap

11. Sebuah kawat lurus yang panjang berarus listrik 10 A.Sebuah titik berada 4 cm

Dari kawat. Jika uo = 4 Pi . 10-7 Wb/A.m maka kuat medan magnet di titik

Tersebut adalah…….

a. 0,5 . 10-4 Wb/m2 d. 4,0 . 10-4 Wb/m2

b. 1,0 . 10-4 Wb/m2 e. 5,0 . 10-4 Wb/m2

c. 3,14 . 10-4 Wb/m2

12. Satu ampere adalah……

a. arus yang menimbulkan gaya Lorentz sebesar 2.10 pangkat 7 N pada dua kawat

yang berarus listrik

b. arus kawat yang menimbulkan gaya Lorentz sebesar 2.10 pankat 7 N pada dua

kawat yang berarus listrik

c. arus yang mengalir pada dua kawat sejajar dan jaraknya I meter sehingga menim

bulkan gaya Lorentz sebear 2.10 pangkat 7 N

d. arus mengalir pada dua kawat sejajar dan jaraknya 1 cm sehingga menimbulkan

gaya Lorentz sebesar 2.10 pangkat 7 N

e. arus yang mengalir pada dua kawat sejajar dan jaraj 1 m sehingga menimbulkan

gaya Lorentz sebesar 1 newton.

13. Di antara contoh-contoh di bawah ini, yang merupakan bahan diamagnetik……

a. aluminium, tembaga, besi

b. aluminium, perak, tembaga

c. tembaga, emas, perak

d. aluminium, tembaga, wolfram

e. wolfram, bismuth, magnesium

14. Kuat garis-garis gaya magnet disebut……..

a. medan magnet

b. induksi magnetik

c. diamagnetik

d. paramagnetik

e. feromagnetik

15. Kuat medan agnet solenoida ditentukan oleh faktor-faktor di bawah ini,kecuali……

a. arus listrik

b. banyknya lilitan

c. panjang solenoida

d. garis gaya

e. permeabilitas bahan

16. Perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet.Hipotesa ini

Dikemukakan oleh……

a. Ampere

b. Biot – Savart

c. Coulomb

d. Maxwell

e. Oersted

17. Suatu kawat berbentuk lingkaran dialiri arus listrik I, diameter d. Jika diameter

Kawat menjadi ½ d aus listrik menjadi 21, maka perbandingan besar induksi magnet di pusat sebelum dan sesudah diubah adalah…….

a. 1 : 1

b. 1 : 2

c. 1 : 4

d. 2 : 1

e. 4 : 1

18. Kawat berarus listrik dengan arah arus ke timur (lihat gambar), maka arah medan

Magnet di P adalah…..

a. ke utara

b. ke selatan

c. ke barat

d. ke timur laut

e. ke barat daya

19. Ditinjau dari sifat kemagnetan, besi, aluminium, dan perak berturut-turut termasuk

Bahan……..

a. feromagnetik-paramagnetik-diamagnetik

b. feromagnetik-diamagnetik-paramagnetik

c. paramagnetik-diamagnetik-feromagnetik

d. diamagnetik-paramagnetik-feromagnetik

e. paramagnetik-feromagnetik-diamagnetik

20. Pada suatu bidang datar terdapat suatu kumparan tipis A dan kawat lurus B,

Masing-masing dialiri arus sebesar 0,25 A dan 4 A dengan arah seperti gambar.

Jari-jari kumparan 4 pi cm dan jaraj pusat kumparan terhadap kawat B = 8cm

Agar di pusat A induksi magnetik sama dengan nol, maka jumlah lilitan

Kumparan …..

a. 4 lilitan

b. 5 lilitan

c. 6 lilitan

d. 7 lilitan

e. 8 lilitan

21. Gaya gerak listrik induksi yang terjadi dalam suatu rangkaian besarnya berbanding

Lurus dengan cepat perubahan fluks magnetik yang dilingkunginya.Hukum ini

Diungkapkan oleh…….

a. Lorentz

b. Biot – Savart

c. Faraday

d. Henry

e. Lentz

22. Besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan listrik dalam medan

Magnet tergantung pada……..

1. besar muatan listrik

2. kecepatan muatan listrik

3. sudut antara arah kecepatan dengan induksi magnet

4. besar induksi magnetik

23. Kawat lurus memanjang dari barat ke timur, dialiri arus dari arah barat, maka arah

Medan magnet pada tempat-tempat di atas kawat menuju ke……….

a. timur

b. bawah

c. selatan

d. atas

e. utara

24. Jika arah arus dalam kawat yang lurus dari barat ke timur dipengaruhi medan magnet dari timur ke barat, gaya Lorentz yang dialami oleh kawat itu ….

a. ke utara

b. ke selatan

c. ke bawah

d. ke atas

e. tidak ada (nol)

25. Sebuah toroida panjang 40 cm, luas penampang 20 cm2. Jika induksi diri toroida itu 50 x m0 henry (m0 = permeabilitas udara) maka jumlah lilitannya adalah….

a. 10

b. 20

c. 50

d. 100

e. 1000

26. Muatan q bergerak dalam medan magnet B dengan kecepatan V, mengalami gaya sebesar F = aVBsin a. Gaya F di atas disebut ….

a. gaya magnetik

b. gaya Coloumb

c. gaya Biot-Savart

d. gaya Lorentz

e. gaya kopel

27. Jika kedua kawat lurus sejajar dialiri arus listrik masing-masing I1 dan I2 (I2 = 2I1), maka gaya interaksi tiap satuan panjang pada kawat pertama adalah …

a. ½ kali interaksi pada kawat kedua.

b. Sama dengan interaksi pada kawat kedua.

c. 2 kali interaksi pada kawat kedua.

d. ¼ kali interaksi pada kawat kedua.

e. 4 kali interaksi pada kawat kedua.

28. Induksi magnetik B di suatu titik P yang berjarak d dari suatu kawat penghantar amat panjang berarus I, bila medium di sekitar kawat itu berpermeabilitas m adalah ….

a. B = (2pI) / (md).

b. B = (md) / (2pI).

c. B = (mI) / (2pd).

d. B = (2mId) / p.

e. B = (mId) / (2p).

29. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari L dialiri arus listrik i. Besarnya kuat medan magnet pada pusat lingkaran itu adalah…

a. tidak tergantung pada L.

b. sebanding dengan L2.

c. berbanding terbalik dengan L.

d. berbanding lurus dengan L.

e. berbanding terbalik dengan L2.

30. Dua kawat amat panjang dipasang vertikal sejajar dengan jarak d. Kawat pertama dialiri arus I ke atas. Titik P (dalam bidang kedua kawat itu) terletak diantaranya dan berjarak 1/3 d dari kawat pertama. Jika induksi magnetik di titik P besarnya nol, ini berarti arus yang mengalir dalam kawat kedua adalah …

a. 1/3 I ke bawah

b. ½ I ke bawah

c. 3I ke atas

d. 2I ke atas

e. 2I ke bawah


file type Ms.Word dapat di download disini !


LATIHAN SOAL

1. Sepotong kawat lurus panjangnya 10 cm dialiri arus listrik sebesar 2A, kawat itu berada dalam medan magnet serba sama yang induksi magnetiknya 6.10-3 W/m2.

Berapa besar gaya Lorentz yang bekerja pada kawat itu jika.

a. Kawat tegak lurus arah induksi magnetik.

b. Kawat mengapit sudut 300 dengan arah induksi magnetik.

2. Kawat yang panjangnya 20 cm berada dalam medan magnet yang induksi magnetiknya 0,8 W/m2. Jika gaya yang dialami kawat 2,4 N, berapa kuat arusnya, ( arah arus tegak lurus medan magnet ).

3. Dua kawat sejajar masing-masing panjangnya 90 cm dan jaraknya satu sama lain 1 mm. Dalam kawat mengalir arus 5 A dalam arah arus berlawanan. Berapa besar gaya antara kedua kawat ?

4. Kawat A, B, C, adalah kawat yang titik tembusnya pada bidang lukisan membentuk segitiga sama kaki. Dalam kawat A dan B masaing-masing mengalir arus 9 A dan dalam kawat C mengalir arus 3 A.

clip_image125

Carilah besar gaya tiap satuan panjang yang bekerja pada arus di C.

5. Sebuah gulungan kawat yang berbentuk empat persegi sisi-sisinya 12 cm dan 15 cm, Banyaknuya lilitan 25. Gulungan kawat ini ditempatkan dalam medan magnet yang induksi magnetiknya 4.10-3 W/m2. Bidang kawat sejajar dengan medan magnet. Berapa momen koppel yang bekerja pada gulungan itu jika induksi magnetik :

a. Sejajar dengan sisi yang panjangnya 12 cm.

b. Sejajar dengan sisi yang panjangnya 15 cm.

c. Kuat arus yang mengalir 400 mA.

6. Sebuah coil tunggal berbentuk empat persegi dilalui arus 10 A, panjang ab adalah 10 cm dan sisi lainnya 20 cm. Diletakkan dalam medan magnetik sehingga sudut yang diapit induksi magnetik dengan bidang coil 600 B = 0,25 W/m2.

clip_image126

a. Berapa gaya Lorentz yang bekerja pada kawat a yang panjangnya 20 cm.

b. Berapa momen koppel yang dapat menahan coil dalam posisi tersebut.

7. Sebuah coil terdiri dari 50 gulungan kawat berbentuk bangun persegi panjang dengan ukuran 4 cm dan 5 cm.

Coil ini dipasang vertikal dan dapat berputar pada sumbu yang sejajar dengan sisi pendek. Medan magnet yang induksi magnetiknya 2 W/m2, arah induksi magnetiknya sejajar dan sebidang dengan coil. Berapa besar momen koppel untuk menahan jika :

a. Coil belum berputar ?

b. Coil sudah berputar 600 ?

Kuat arus yang mengalir 0,3 A.

8. Partikel yang bermuatan 10-6 C berada dalam medan listrik yang kuat medannya 2 V/cm. Massa partikel 0,02 gram.

a. Berapa percepatan yang diperoleh partikel ?

b. Berapa perubahan energi kinetiknya setelah bergerak 4 cm.

c. Berapa kecepatannya jika kecepatan awal sama dengan nol.

9. Elektron-elektron yang kecepatannya 4.104 m/det bergerak dalam medan magnet. Arah gerak elektron selalu tegak lurus arah medan magnet. Besar induksi magnetiknya 10-6 W/m2.

a. Berapa besar gaya Lorentz pada elektron.

b. Berapa jari-jari lintasannya ?

c. Berapa percepatan centripetalnya ?

Massa elektron + 9.10-31 Kg.

10. Didalam medan listrik yang kuat medannya 8.10-8 V/m bergerak elektron-elektron dengan kecepatan 4.104 m/s.

clip_image127

a. Kearah manakah simpangan elektron dalam listrik.

b. Agar lintasan elektron tetap lurus, harus dipasang medan magnet kemana arah

induksi magnetiknya?

c. Berapa besar induksi magnetik untuk keperluan tersebut?


sumber
http:///basicsphysics.blogspot.com
http://uanipa2010.blogspot.com/2009/11/medan-magnet.html/

4 comments:

Anonymous said...

soalnya aja mas,mbak ?
jawabannya gak ada? supaya ada contohnya.
itu aja yg kurang mas,mbak

yang lain udh top. like this yo :D

fadilla nurshafira said...

jawabannya dong

Rizki Fabeanda Tiawan said...

terimakasih banyak mas/mba..
blog ini bnyak membantu saya dalam pembuatan ppt

Linda said...

Sip...sgt membantu, thx.

Post a Comment