Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Medan magnet

 

BAB
Medan Magnet

Pengertian kemagnetan

·    Sejarah kemagnetan mulai dikenal sejak peradaban kuno di Asia kecil ketika ditemukan batu-batu ( Fe3O4 ) yang memiliki sifat tari menarik

·    Daerah itu dikenal dengan nama magnesia sehingga kemudian diberi nama magnet

·    Apabila magnet digantungkan dengan benang, ternyata salah satu kutub magnet akan selalu menunjuk ke arah utara.

·    Awalnya magnet digunakan sebagai alat bantu navigasi, dan selanjutnya dalam perkembangannya magnet banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu dalam perangkat elektronik seperti tabung computer, telepon, bel listrik, mikofon, osiloskop, pengontrol tabung televisi dan lain-lain.

Magnet dapat dibuat dengan tiga cara :

a. Dengan cara menggosok

yaitu menggosok dalam satu arah dengan sebuah magnet batang. Kutub magnet yang dihasilkan di ujung daerah yang digosok selalu berlawanan dengan kutub magnet penggosoknya


b. Dengan menggunakan arus listrik 

Dengan mengalirkan arus listrik searah pada kawat yang melilit sebatang besi atau baja akan dihasilkan magnet yang lebih kuat dari pada digosok. Untuk mencari arah kutub utara pada magnet yg dihasilkan memakai genggaman tangan kanan. Arah empat jari menunjukkan arah arus, sedang arah ibu jari menunjukkan kutub utara magnet.

Perhatikan gambar di bawah ini :




 

 



atau : 



 





c. Dengan cara induksi

Induksi magnetic adalah adalah peristiwa batang besi atau baja menjadi magnet akibat sebuah magnet kuat yang berada didekatnya. Setelah dijauhkan dari magnet utama besi kehilangan sifat magnetiknya, sedangkan baja masih  mempertahankan sifat magnetiknya.

Perhatikan gambar di bawah ini :

baja dan besi sebelum di dekatkan magnet utama



 



baja dan besi setelah didekatkan magnet utama

 






baja dan besi setelah di jauhkan kembali dari magnet utama







Contoh soal :
1. Lihat gambar pembuatan magnet di bawah ini
a. berilah tanda kutub magnet ( utara atau selatan ) pada A, B, C dan D
b. apakah ujung B dan C tarik-menarik atau tolak menolak








Jawab :


















2. agar arah induksi ke hambatan R dari A menuju B, maka magnet harus di gerakkan ....










Jawab :


















TIP belajar arah :
pada saat kita mencari arah , buku yang kita baca di berdirikan bukan ditaruh meja, biar cepat faham

1. Induksi Magnetik disekitar kawat lurus berarus




ambaran selanjutnya menjadi :












Rumus :























Keterangan :

BP = induksi magnet atau medan magnet dititik P ( Tesla atau T )

a = jarak kawat ke titik P ( m )

i = kuat arus listrik ( Ampere atau A )

μo = 4π . 10-7 wb/Am

μo = permeabilitas ruang hampa

contoh soal :

1. Berapa induksi magnet pada jarak 10 cm dari pusat sebuah kawat lurus yang berarus 

6 A dan kemana arahnya

 


 







2. Berapa induksi magnet pada sebuah kawat lurus yang berarus 2 A dan kemana arahnya

 


 


3. soal dua kawat
Dua buah kawat penghantar lurus sejajar dialiri arus listrik seperti tampak pada gambar. Tentukan induksi magnet di titik p  ( BP )

 



















Batas akhir tugas 14
mulai tugas 15

Menentukan letak titik P jika medan magnet di titik P sama dengan nol 
(BP = 0)

1.  Bila arah arus searah ( i1 dan i2 ke atas semua atau ke bawah semua, maka letak titik P berada di antara i1 dan i2 )










2. Bila arah arus berlawanan , maka letak titik P berada di luar dekat kawat dengan nilai arus yang lebih kecil











Contoh soal :

1. dua buah kawat berarus lurus searah dan  sejajar,  dialiri arus listrik ( lihat gambar di bawah ) jarak antara kawat 1 dan kawat 2 adalah 6 cm. Tentukan letak titik P yang induksi magnetiknya sama dengan nol (BP = 0)


























2. dua buah kawat berarus lurus berlawanan arah dan  sejajar,  dialiri arus listrik ( lihat gambar di bawah ). Tentukan letak titik P yang induksi magnetiknya sama dengan nol ( BP = 0 )

































2. induksi magnetic yang ditimbulkan oleh penghantar melingkar berarus






















Rumus :

Induksi magnetic atau medan magnet ( B ) di pusat lingkaran


Bila pada kumparan terdapat lebih dari 1 lilitan 








Induksi magnetic atau medan magnet ( B ) untuk kawat setengah lingkaran



Induksi magnetic atau medan magnet ( B ) untuk kawat melingkar dengan sudut α :















Contoh soal :

1. lihat gambar di bawah. Jika titik P adalah pusat lingkaran dan jari-jari lingkaran 4 cm. berapa besar dan arah induksi magnetic di titik P bila kuat arus yang mengalir 20 Ampere













Jawab :














2. dua buah konduktor berbentuk setengah lingkaran dengan jari-jari a = 4 cm dan b = 8 cm dialiri arus listrik I = 5A sepeti ampak pada gambar. Tentukan induksi magnetic total yang timbul dititik pusat P ( BP ) dan juga arahnya.











Jawab :



3. Lihat gambar di bawah. Jika arus yang mengalir pada kawat adalah 10 A dan jari-jari lingkaran 4π cm. tentukan besar dan arah induksi magnetic di titik P ( BP )




























4. potongan kawat A dan B diberi arus listrik seperti terlihat pada gambar di bawah. Tentukan induksi magnetic di titik p ( BP ) dan juga arahnya



















Jawab :




























Induksi magnetic atau medan magnet ( B ) di titik P yang berjarak b dari pusat lingkaran :

 




















Rumus BP di atas dapat diubah menjadi :



Contoh soal :

1. sebuah penghantar berbentuk lingkaran berjari-jari a = 8 cm dan dialiri arus listrik sebesar 12 A. tentukan medan magnet disumbu lingkaran yang berjarak 15 cm dari pusat lingkaran ( ( BP )








































akhir tugas 15
awal tugas 16

3. Induksi magnetic di pusat dan di ujung solenoida

Solenoida yaitu sebuah kawat panjang yang dililitkan di dalam sebuah helix yang terbungkus



















Keterangan :

L = panjang solenoida ( m )

N = jumlah lilitan

Bpusat = medan magnetic di pusat solenoida ( T atau Wb/m2 )

Bujung = medan magnetic di ujung solenoida ( T atau Wb/m2 )

Contoh soal :

1. Induksi magnetic di pusat solenoida yang panjangnya 40 cm adalah 4π. 10-4 Wb/m2. Jika kuat arus yang mengalir adalah 0,5 A, tentukan :

a. jumlah lilitan

b. induksi magnetic di ujung solenoida










4. induksi magnetic di sumbu Toroida

Toroida adalah solenoida yang dilengkungkan membentuk lingkaran








Keterangan:

i = kuat arus ( A )

N = jumlah lilitan toroida

R = jari-jari efektif  ( m )

Contoh soal :

1.Sebuah solenoida mempunyai panjang 25 cm dan terdiri dari 100 lilitan dialiri arus listrik sebesar 15 A. sebuah toroida yang terdiri dari 200 lilitan dengan jari-jari efektif 60 cm dialiri arus listrik sebesar i. jika hasil pengukuran induksi magnetic di pusat solenoida dan di sumbu toroida adalah sama besar, tentukan :

a. kuat arus listrik yang melalui toroida

b. besar induksi magnetic di ujung solenoida











GAYA MAGNETIK ( F )

Sebuah kawat yang diletakkan diantara kutub-kutub mangnet U ( magnet tapal kuda ) dan di aliri arus listrik searah


























Keterangan gambar :

(a) gaya pada kawat berarus yang diletakkan pada medan magnet

(b) sama tetapi arah arus dibalik

Aturan tangan Kanan :



Ketentuan arah :









Gaya magnetic ( Lorentz ) pada muatan yang bergerak dalam medan magnet dapat ditentukan sebagai berikut :



 












Rumus :

F = B. i. L. sin θ

Keterangan :

B = induksi magnetic ( T atau Wb/m2 )

i =kuat arus listrik yang melalui penghantar ( A )

L = panjang penghantar kawat( m )

θ = sudut antara arah arus i dan arah medan magnet B

F = gaya magnetic pada penghantar kawat ( N )

Contoh soal :

1. kawat lurus berarus i diletakkan diantara dua kutub magnet seperti gambar. Arah gaya magnet atau gaya Lorentz pada kawat searah dengan

A. Sumbu z positif

B. Sumbu z negatif

C.Sumbu y positif

D.Sumbu y negatif

E. Sumbu x positif

















2.sepotong penghantar berarus listrik terletak dalam medan magnet homogen seperti gambar. Arah gaya magnet yang dialami penghantar adalah searah sumbu …

A.    X+

B.    X-

C.    Y+

D.    Y-

E.    Z-




















3. suatu kawat penghantar berarus listrik diletakkan dalam medan magnet B seperti ditunjukkan pada gambar . jika arus listrik ke arah sumbu x negative, medan magnet B ke arah sumbu y positif, maka gaya Lorentz yang di alami kawat ke arah  

A.    Z-

B.    Z+

C.    Y-

D.    Y+

E.    X-

 


 
















4. sebuah kawat berarus listrik I  diletakkan di antara dua kutub magnet utara dan selatan seperti terlihat pada gambar. Arah gaya Lorentz pada kawat adalah….

A. masuk bidang kertas

B. keluar bidang kertas

C. menuju kutub utara magnet

D. menuju kutub selatan magnet

E. dari kutub utara menuju kutub selatan




















5. kawat MN diletakkan dalam suatu medan magnet homogen seperti tampak pada gambar. Jika kawat dialiri arus dari M ke N, maka kawat akan melengkung ke……

A. ke bawah

B. ke atas

C. ke samping

D. keluar bidang gambar

E. masuk bidang gambar







6. penghantar kawat lurus panjangnya 3 m, membentuk 30o dengan medan magnet homogen sebesar 2 T. hitung gaya magnetic pada kawat tersebut jika kawat dialiri arus 4 A







7. a. berapa gaya permeter pada kawat yang dialiri arus 10 A dengan arah tegak lurus terhadap medan magnet 0,8 T

    b. berapa besar gaya magnetk jika sudut antara kawat dan medan magnet 45o











akhir tugas 16

awal tugas 17

Gaya magnetic ( F ) antara dua kawat lurus berarus ( sejajar )

1. jika i1 dan i2 searah 









Jika arah kedua arus searah, maka gaya magnetic tarik menarik, sehingga dengan memakai kaidah tangan kanan , medan magnet kedua kawat berlawanan arah2jika i1 dan i2 berlawanan arah

2jika i1 dan i2 berlawanan arah









Jika arah kedua arus berlawanan arah, maka gaya magnetic tolak menolak

, sehingga dengan memakai kaidah tangan kanan , medan magnet kedua kawat searah

Rumus :

F12 = F21 = F

F = B. I . L





Keterangan :

F = gaya magnetic pada kawat / penghantar ( N )

A = jarak antara kedua kawat ( m )

L = Panjang kawat / penghantar ( m )

Contoh soal :

1. dua kawat lurus sejajar dialiri arus listrik seperti tampak pada gambar. Jika kedua kawat mengalami gaya tolak menolak dan nilai dari F/L = 16. 10-5N/m, tentukan besar kuat arus i1 dan arahnya.


















2. Terdapat 3 kawat lurus berarus listrik seperti tampak pada gambar . jika i1= 4A, i2= 2A dan i3= 6A. tentukan gaya persatuan Panjang yang dialami kawat 2 (F2/L)









jawab:











3.dua kawat lurus 1 dan 2 sejajar terpisah sejauh 6 cm. kemudian ada kawat 3 yang dialiri arus sebesar 1 A yang arahnya searah  akan mengalami gaya magnetic sebesar nol jika diletakkan di…………..









Jawab :











4. Sebuah model kawat ABCD yang berarus i2 = 20 A diletakkan pada jarak 30 cm terhadap suatu kawat lurus panjang berarus i1 = 10 A seperti terlihat pada gambar. Berapa besar gaya yang bekerja pada kawat ABCD.













Jawab :



















































Gaya magnetic pada muatan (q) yang bergerak dalam medan magnet

Dari rumus:

 F = B. I . L. sin 𝛉     di mana 𝛉 = 90o

Karena i =q/t  dan L/t = ϑ

Maka : F = q B ϑ sin θ  

Karena  B x ϑ = B ϑ sin θ  ( cross product )

Maka :       F =  q ( B x ϑ )

Keterangan :

F = gaya Lorentz atau gaya magnetic ( N )

q =muatan ( C )

ϑ = laju atau kecepatan muatan ( m/s )

α = sudut apit antara ϑ dan B

untuk muatan positif ( q = + )  gunakan kaidah tangan kanan


Keterangan :

ibu jari kanan : arah kecepatan partikel v

empat jari kanan : arah medan magnet B

telapak tangan kanan : arah gaya lorentz F

untuk muatan negatif ( q = - )  gunakan kaidah tangan kiri



Keterangan :

ibu jari kiri : arah kecepatan partikel v

empat jari kiri : arah medan magnet B

telapak tangan kiri : arah gaya lorentz F

contoh soal :

1. sebuah muatan negatif ( -q ) bergerak di dalam medan magnet homogen B seperti ditunjukkan pada gambar. Gambar yang benar mengenai gaya magnetk yang dialami muatan adalah…

 



Jawab :

karena q bermuatan negatif  , kita memakai aturan tangan kiri. Yang benar adalah jawaban E.

bila arah medan magnet B ( empat jari ) keluar bidang , arah kecepatan electron  ϑ ( ibu jari ) ke kanan maka arah gaya lorentz F ( telapak tangan ) ke atas

 













2. sebuah muatan positif bergerak memotong medan magnet homogen secara tegak lurus . gambar yang benar tentang arah gaya magnet. Kecepatan dan medan magnet adalah…











Jawab :

karena q bermuatan positif , kita memakai aturan tangan kanan. Yang benar adalah jawaban B.

bila arah medan magnet B ( empat jari ) keluar bidang , arah kecepatan electron  ϑ ( ibu jari ) ke kanan maka arah gaya lorentz F ( telapak tangan ) ke bawah


 












3. sebuah muatan listrik positif ( q+ ) bergerak dengan kecepatan ϑ dalam sebuah medan magnet homogen B seperti ditunjukkan pada gambar. Arah gaya magnet F yang dialami muatan listrik q adalah…

    A. ke atas tegak lurus arah ϑ

    B. ke bawah tegak lurus arah ϑ

    C. keluar bidang gambar

    D. ke dalam bidang gambar

    E. ke kanan searah ϑ




    





Jawab : Sama seperti nomor 2

karena q bermuatan positif , kita memakai aturan tangan kanan. Yang benar adalah jawaban B.

bila arah medan magnet B ( empat jari ) keluar bidang , arah kecepatan electron  ϑ ( ibu jari ) ke kanan maka arah gaya lorentz F ( telapak tangan ) ke bawah


 

   











4. sebuah partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan ϑ dalam suatu ruang dengan medan magnet B yang saling tegak lurus. Partikel tersebut mengalami gaya Lorentz sebesar F . Bila partikel lain bermuatan 8q dan bergerak empat kali lebih cepat dalam ruangan yang sama, maka besar gaya Lorentz yang dialami partikel kedua adalah…

    A. 12 F

    B. 14 F

    C. 16 F

    D. 28 F

    E. 32 F





















5. sebuah partikel dengan muatan sebesar 10-6 C bergerak membentuk sudut 370 terhadap medan magnet B =2 . 10-4 T yang mempengaruhinya. Jika kecepatan partikel tersebut adalah 2000 m/s, maka besar gaya Lorentz yang dialaminya adalah…

A. Nol

B. 10-8 N

C. 2. 10-8 N

D.  2,4 .10-7 N

E. 10-7 N


 










6. Sebuah kawat penghantar lurus panjang dialiri arus listrik i = 5A terletak di ruang hampa. Sebuah electron bergerak lurus sejajar dengan kawat dan berlawanan arah dengan arah arus dengan laju 4. 104 m/s. jika jarak electron ke kawat 8 mm. gaya magnet yang dialami electron besarnya…

A.    2,5 . 10-19 N menuju kawat

B.    2 . 10-19 N menuju kawat

C.      8. 10-19 N menuju kawat

D.    2 . 10-19 N menjauhi kawat

E.    8 . 10-19 N menjauhi kawat




















7. Sebuah electron q = -1,6. 10-19 C bergerak dengan kecepatan ϑ = ( 4. 103i + 3. 103 j ) m/s dalam medan magnet B = ( 0,02i + 0,04 j ) T. gaya yang dialami electron adalah ...


















Lintasan partikel yang bergerak tegak lurus garis medan magnet

Gambar:











Rumus :

ΣFs = ma

B q ϑ sin θ = mϑ2/R

Sehingga :





catatan : Sin θ = 900

Mencari frekuensi muatan ( f ) :

Dari rumus ϑ = ωR  maka 

 R = ϑ/ω

  R = ϑ/2πf

Sehingga :





Maka :





Keterangan :

R = jari-jari lintasan partikel atau muatan ( m )

m = massa partikel atau muatan ( kg )

ϑ = kecepatan linier partikel atau muatan ( m/s )

B = medan magnet ( T )

q = besar partikel atau muatan ( C )

f = frekuensi partikel atau muatan ( Hz )

V = beda potensial ( volt )

kecepatan partikel (ϑ) hubungannya dengan beda potensial listrik (V) :

energi kinetic partikel = energi potensial listrik

½ mϑ2 = q (V)






Contoh Soal :

1. Sebuah partikel dengan muatan 4 kali muatan electron yang bergerak dalam medan magnet homogen B  secara tegak lurus. Jika besar medan B adalah  5π Tesla dan frekuensi partikel 2000 Hz. Besar massa partikel adalah….




















2. Pada sebuah spektograf massa seperti tampak pada gambar. Dua buah isotop bermassa m1dan m2 dipercepat dari keadaan diam dengan beda potensial ∆V. kedua isotop tersebut memasuki medan magnet secara tegak lurus. 

Tentukan :

a. rumus hubungan antara jari-jari lintasan dengan massa m, beda potensial ∆V, muatan q dam medan magnet B

    b. perbandingan jari-jari isotop 1 dengan isotop 2


Jawab:




































 









tamat


Post a Comment for "Medan magnet"