I B a. Listrik Magnet/ hal : 22

Transkripsi

1 Stndr Kompetesi : Menerpkn konsep kelistrikn dn kemgnetn dlm berbgi penyelesin mslh dn produk teknologi. Kompetensi Dsr : Menerpkn induksi mgnetik dn gy mgnetik pd beberp produk teknologi. ndiktor Memformulsikn induksi mgnetic di sekitr kwt berrus listrik (hukum Biot Svrt) Memformulsikn hukum Ampere Mengpliksikn hukum Biot Svrt dn hukum Ampere untuk menentukn kut medn mgnet oleh berbgi bentuk kwt berrus listrik Memformulsikn gy mgnet (Lorent) pd kwt berrus yng berd dlm medn mgnet tu prtikel bermutn yng bergerk dlm medn mgnet. Mengpliksikn gy Lorent pd persoln fisik sehri-hri. PENDALAMAN MATE A. Hukum Coulomb A. PENGETAN MEDAN MAGNET Medn mgnet dirtikn sebgi derh (rung) disekitr mgnet yng msih dipengruhi oleh gy mgnet. Mgnet sering dirtikn sebgi bend yng dpt menrik bend lin. Jik sepotong besi ditemptkn dekt mgnet lm, mk besi kn mempunyi sift mgnet seterusny, dn jik besi mgnet ini digntung bebs, mk besi mgneti kn menemptkn diri dlm rh utr-seltn. Kutub mgnet yng mengrh utr disebut kutub seltn dn kutub mgnet yng mengrh ke seltn disebut kutub utr. Hl ini disebbkn kutub mgnet bumi berlwnn dengn rh dengn kutub bumi. Besrn yng menytkn tentng medn mgnet di sebut nduksi Mgnet (diberi lmbng B). nduksi mgnet sering disebut rpt fluks mgnet, kut medn mgnet tu intensits medn mgnet. nduksi mgnet merupkn besrn Vektor yng memiliki nili dn rh. Du kutub mgnet sejenis yng sling didektkn kn tolk menolk, dn du kutub mgnet tk sejenis kn sling trik menrik. Frdy menggmbrkn rh gy ngnetik dengn gris gy mgnet. Gris gy megnetik ke lur dri kutub utr dn msuk ke kutub seltn. Arh medn mgnet di sutu titik pd gris gy mgnet merupkn gris singgung pd titik tersebut. MEDAN MAGNET D SEKTA KAWAT LUUS BEAUS LSTK Besrny medn mgnet di sutu titik di sebut induksi mgnet tu kut medn mgnet. Pd thun 180 Oersted menemukn bhw rus listrik yng menglir dlm kwt konduktor dpt menghsilkn efek mgnetic. Dri percobn Oersted, jik jrum komps diletkkn di ts kwt berrus listrik, mk jrum komps kn menyimpng. ni membuktikn bhw di sekitr kwt berrus listrik terdpt medn mgnet. Kut medn mgnet di sekitr kwt berrus sebnding dengn besrny kut rus litrik dn berbnding terblik pd jrk sutu titik dengn kwt. Arh medn mgnet di sekitr kwt lurus berrus listrik dpt dinytkn dengn kidh tngn knn. Jik kit menggenggm kwt, mk ibu jri menggmbrkn rh rus listrik, dn liptn keempt jri lin merupkn rh induksi mgnet. Dri percobn Oersted, Biot dn Svrt menemukn hukum Biot-Svrt. Menurut Biot- Svrt, Besrny induksi mgnet di titik P yng berjrk dri kwt lurus pnjng berrus listrik dlh : B = nduksi mgnet (Wb/m = Tesl =T) = permebelits rung hmp ( o Wb/A.m) = kut rus listrik (A) = jrk titik terhdp kwt (m) C. MEDAN MAGNET PADA PUSAT AUS MELNGKA Perhtikn gmbr kwt melingkr berrus listrik berikut :.. r Sebuh titik P berjrk dri pust kwt melingkr berrus listrik () berjri-jri (). Jrk titik P dengn keliling kwt = r. Besrny induksi mgnet di titik P dlh : P P Listrik Mgnet/ hl :

2 = jri-jri kwt melingkr (m) = sudut pit di titik P r = jrk titik P ke keliling kwt r...sin B o. r = jrk titik P dengt pust lingkrn Besrny induksi mgnet di pust lingkrn kwt ( = 0, = r, α = 90 ) dlh :. D. HUKUM AMPEE Hukum Biot-Svrt sngt bik digunkn untuk menggmbrkn hubungn ntr medn mgnet dengn rus pd kwt lurus pnjng, nmun sulit untuk diterpkn pd lilitn kwt seperti pd solenoide dn toroide. Untuk itu Andre Mrie Ampere menyusun hukum Ampere tentng induksi mgnet sebgi berikut : Jumlh perklin ntr komponen tngnesil induksi mgnet (B) dn pnjng elemen ( L) pd sutu sirkuit tertutup sm dengn perklin ntr permebelits vkum dengn kut rus. ( B. L ). o E. MEDAN MAGNET PADA KUMPAAN BEAUS LSTK (SOLENODE) Jik sebuh solenoide pnjngny L terdiri dri lilitn sebnyk N berrus listrik, mk : Besrny induksi mgnet di pust solenoide dlh :. N. n L n N L Besrny induksi mgnet di ujung solenoide sebesr : o.. N.. n o. L Jdi besrny induksi mgnet di ujung solenoide sebesr setengh dri besrny induksi mgnet di pust solenoide. F. MEDAN MAGNET PADA TOODE Toroide dlh solenoide yng dilengkungkn sehingg sumbuny membentuk lingkrn. Besrny induksi mgnet pd sumbu toroide di rumuskn : N... N = bnyk lilitn = kut rus (A) = jri-jri lingkrn toroide (m) G. MEDAN MAGNET OLEH MAGNET BATANG Sebuh mgnet btng yng memiliki kut kutub mgnet m, kn menimbulkn medn mgnet di sekitr mgnet tersebut. Besrny induksi mgnet yng di timbulkn oleh mgnet btng dlh : k = tetpn = 10-7 Wb/A.m m = kut kutub mgnet (A.m) r = jrk titik dengn kutub mgnet (m) Du mgnet btng dengn kut kutub mgnet m 1 dn m yng sling didektkn pd jrk r kn terjdi gy mgnet sebesr : F = gy kedu kutub mgnet (N) Secr mikroskopis, sift-sift kemgnetn sutu bhn dpt dibgi dlm 3 kelompok, yitu : 1. Ferromgnetik, yitu bhn mgnetic yng sngt kut menrik gris-gris gy mgnet lur, contoh : besi, nikel, koblt dn bj.. Prmgnetik, yitu bhn mgnetic yng sngt lemh menrik gris-gris gy mgnet lur, contoh : luminium, pltin, kyu. 3. Dimgnetik, yitu bhn yng tidk menrik gris-gris gy mgnetic lur, bhkn sedikit menolk, contoh : tembg, ems, seng, bismuth, grm dpur. Contoh Sol Hitunglh besrny induksi mgnet pd sutu titik yng berjrk 10 cm dri sebuh kwt sngt pnjng yng diliri rus listrik 5 A! Jwb : =.. k. m r k. m F.m r ,1 Uji Kompetensi 10 Tesl 1. Hitunglh besrny induksi mgnet pd sutu titik yng berjrk 8 cm dri sebuh kwt sngt pnjng yng diliri rus listrik 4 A!. Du kwt konduktor A dn B diletkkn pd jrk 1 cm stu sm linny, berrus listrik msing-msing A dn 4 A. Arh kedu rus Listrik Mgnet/ hl : 3

3 listrik sm. Tentukn besrny induksi mgnet di titik P yng terletk di tengh-tengh kedu kwt! 3. Du kwt konduktor P dn Q diletkkn pd jrk 0 cm stu sm linny, berrus listrik msing-msing 1 A dn A. Arh kedu rus listrik berlwnn rh. Tentukn besrny induksi mgnet di titik X yng terletk di tenghtengh kedu kwt! 4. Du kwt A dn B berjrk 15 cm berrus listrik 8 A dn 4 A dengn rh sm. Tentukn letk titik P yng mempunyi induksi mgnet sm dengn nol! 5. Sebuh kwt berbentuk lingkrn berjri-jri 3 cm menglir rus 5 A. Hitunglh induksi mgnet :. di pust lingkrn kwt b. di titik P yng berjrk 4 cm dri pust lingkrn kwt. 6. nduksi mgnet di pust lingkrn kwt T. Jik jri-jri lingkrn kwt 0 cm dn bnyk lilitn kwt 40 buh, berp kut rus yng menglir? 7. Kwt di bentuk 4 1 lingkrn kwt dengn jrijri 3 m diliri rus 6 A. Hitung besrny induksi mgnet di pust lingkrn kwt! 8. Sebuh solenoide memiliki 5 lilitn per cm pnjng. Pd st diliri rus listrik 0,8 A, tentukn induksi mgnet pd sebuh titik yng berd di :. tengh-tengh b. ujung solenoide 9. Sebuh toroide berjri-jri efektif 40 cm di liri rus listrik 0 A dn memiliki 60 lilitn. Hitung besrny induksi mgnet di sumbu toroide! 10. Sebuh solenoide pnjngny 5 cm dengn 10 lilitn di liri rus sebesr 15 A. Besrny induksi mgnet di pust solenoide ternyt sm dengn induksi mgnet pd sumbu sebuh toroide yng berjri-jri 60 cm dengn 0 lilitn. Tentukn :. kut rus yng mellui toroide b. induksi mgnet di pust dn di ujung solenoide H. GAYA LOENTZ Gy Lorentz dlh gy yng ditimbulkn oleh medn mgnet pd rus listrik. Arh gy lorent tegk lurus terhdp rh rus listrik dn rh medn mgnet. Arh gy Lorent dpt ditentukn dengn turn tngn knn. bu jri menggmbrkn rh rus listrik, jri telunjuk menunjukkn rh medn mgnet dn jri lin rh gy Lorent. Gy Lorentz Yng Dilmi Sebuh Kwt Lurus Bil sebuh kwt pnjngny L berrus listrik diletkkn di dlm medn mgnet homogen B mk kwt kn menglmi gy Lorentz. Jik kwt penghntr membentuk sudut terhdp rh medn mgnet, mk induksi mgnet yng dilmi kwt sebesr : F. L.sin F = gy Lorentz (N) = kut rus listik (A) L = pnjng kwt (m) = sudut ( o ) Gy Lorent pd Kwt Sejjr Berrus Listrik Du kwt pnjng sejjr berjrk r yng diliri rus listri 1 dn kn sling berinterksi. Jik rh kedu rus listrik sm, mk kn terjdi gy lorent yng berup gy trik menrik. Seblikny jik kedu rh rus berlwnn, gy lorent kedu kwt kn sling tolk menolk. F Dn Besrny gy Lorentz yng ditimbulkn oleh kedu kwt sejjr dlh : F 1... r 1 dn = kut rus kwt 1 dn (A) r = jrk kedu kwt (m) Gy Lorentz Yng dilmi Mutn Sebuh prtikel bermutn listrik yng bergerk dengn keceptn v di dlm medn mgnet B, kn menglmi gy Lorent. Jik rh gerk prtikel terhdp rh medn mgnet membentuk sudut, mk gy Lorentz yng dilmi prtikel sebesr sebesr : F. v.sin F = gy Lorentz (N) = mutn listrik (C.) v = keceptn prtikel (m/s) = sudut Jik rh gerk prtikel dn rh induksi mgnet tegk lurus ( = 90 o ), mk prtikel kn bergerk melingkr dengn jri-jri. Prtikel tersebut kn menglmi du gy segligus, yitu gy Lorentz dn gy sentripetl yng besrny sm. Gy Lorentz dpt dipliksikn dlm pembutn perltn seperti motor listrik, glvnometer dn siklotron (lt untuk menghsilkn prtikel berenergi tinggi) F lorent F v. v v. B sentripetl = jri-jri lintsn prtikel (m) m = mss prtikel (Kg) F Listrik Mgnet/ hl : 4

4 *) msss elektron = 9,1 x Kg. MOMEN KOPEL PADA KUMPAAN Jik sebuh kumprn berrus listrik diletkkn di dlm medn mgnet, mk kumprn kn menglmi momen kopel (momen puntir = Torsi) sehingg kumprn dpt berputr. Peristiw ini dpt diterpkn pd perrltn listrik seperti glvnometer dn motor listrik Perhtikn kumprn persegi pnjng yng terletk di dlm medn mgnet berikut : Q P Sebuh kumprn yng lusny A (PQS) terdiri dri N buh lilitn dn berrus listrik yng terletk di dlm medn mgnet B dengn posisi rh norml bidng kumprn terhdp rh medn mgnet membentuk sudut (pd gmbr tersebut = 90 ), mk kumprn kn menglmi momen puntir (torsi) sebesr: = momen puntir (Nm) N = bnyk lilitn kumprn = kut rus kumprn (A) B = kut medn mgnet (T) A = lus kumprn (m ) = sudut ntr norml bidng kumprn dengn rh medn mgnet. Sebuh prtikel bermutn.10-6 C bergerk secr tegk lurus dlm medn mgnet 0,06 T, sehingg lintsnny melingkr dengn jri-jri 60 c Tentukn momentum yng dimiliki prtiekl tersebut! Jwb : v. B v Contoh Sol p v. 0, p 7,.10 p momentum 8 kgm/ s N.. A. sin Uji Kompetensi 6 S.0,6 1. Sebuh kwt penghntr pnjngny 10 cm diliri rus 10 A ditemptkn secr pd medn mgnet 10 T. Tentukn besrny gy B lorent yng dilmi kwt, jik posisi kwt terhdp medn mgnet :. tegk lurus b. miring 30 o c. sejjr. Du kwt sejjr berjrk 0 cm menglir rus listrik sm besr tetpi berlwnn rh. Kedu kwt terjdi gy lorent sebesr N/ Tentukn besrny kut rus listrik yng menglir pd msing-msing kwt! 3. Prtikel bermutn positif 1, C bergerk verticl ke ts dengn keceptn m/s dlm medn mgnet dn menerim gy ke brt sebesr N. Tentukn besr dn rh medn mgnet yng mempengruhi prtikel tersebut! 4. Sebuh proton bermutn 1, C bermss 1, Kg bergerk ke bwh dlm medn mgnet homogen yng besrny 1,5 T ke utr. Jik proton dipercept dengn bed potensil Volt, tentukn besr dn rh gy lorent yng dilmi proton tersebut! 5. Sebuh proton bermutn 1, C bermss 1, Kg bergerk dengn keceptn 1, m/s tegk lurus medn mgnet homogen 0,05 T. Tentukn jri-jri lintsn proton! 6. Elektron bermutn 1, C dn bermss 9, kg bergerk dlm lintsn lingkrn dengn jri-jri 1, cm tegk lurus terhdp medn mgnet homogen. Jik keceptn electron 10 7 m/s, hitung jumlh fluks mgnet yng dilingkri lintsn tersebut! 7. Sebuh kumprn berbentuk persegi dengn sisi 30 cm terdiri dri 80 lilitn diliri rus 6 A dn ditemptkn tegk lurus pd medn mgnet, sehingg kumprn menglmi torsi sebesr 0, N. Tentukn besrny induksi mgnet tersebut! 8. Sebuh prtikel bermss 0,5 grm bermutn, C bergerk dengn keceptn m/s. Tentukn besr dn rh medn mgnet minimum yng dpt membut prtikel tersebut tetp bergerk dengn rh horizontl! EVALUAS 1. Sebuh kwt diliri rus listrik dri brt ke timur. Arh medn mgnet di titik yng terletk di ts kwt dlh. utr b. seltn c. ts d. bwh e. brt dy. Berdsrkn hukum Biot-Svrt, pernytn yng benr dlh. besr induksi mgnet berbnding lurus dengn kut rus listrik dn berbnding terblik dengn pnjng penghntr b. besr induksi mgnet berbnding terblik dengn kut rus listrik dn berbnding lurus dengn pnjng penghntr c. besr induksi mgnet berbnding lurus dengn kut rus listrik dn pnjng penghntr d. besr induksi mgnet berbnding terblik dengn kut rus listrik dn pnjng penghntr Listrik Mgnet/ hl : 5

5 e. besr induksi mgnet berbnding lurus dengn kut rus listrik dn berbnding terblik dengn kudrt jrk titik dengn penghntr 3. Jrk titik P dri penghntr yng berrus 15 A gr induksi mgnetikny T dlh cm. 10 b. 15 c. 5 d. 50 e Du kwt A dn B sejjr berjrk 40 cm diliri rus sm 5 A dengn rh sm. Besrny induksi mgnet di titik P yng terletk ntr kedu kwt berjrk 30 cm dri kwt A dlh T. 6, b. 6, c. 6, d. 6, e. 6, Du kwt A dn B sejjr terpish sejuh 10 c Pd kwt B menglir rus 6 A ke ts. Sebuh titik X terletk 5 cm di sebelh kiri kwt A. Agr induksi mgnet di titik X sm dengn nol, mk besrny kut rus listrik di kwt A dn rhny dlh. 1 A ke ts b. 1 A ke bwh c. A ke ts d. A ke bwh e. 4 A ke ts 6. nduksi mgnet di pust lingkrn kwt T. Jri-jri lingkrn kwt 0 cm dn terdiri dri 40 lilitn. Besrny rus yng menglir pd kwt dlh. A. 0,0 b. 0, c. d. 0 e Sebuh solenoide berrus 5 A terdiri dri 100 lilitn memiliki induksi mgnet di ujung solenoide.10 - T, mk pnjng solenoide dlh cm. 1 b. 9 c. 6 d. 3 e. 8. Untuk memperbesr induksi mgnet dlm toroide dpt ditmbhkn bhn. luminium b. ems c. bj d. fiber e. oksigen pdt 9. Sebuh toroide berjri-jri 0 cm berrus listrik 10 A, memiliki induksi mgnet di sumbuny 1, T. Bnyk lilitn toroide dlh lilitn. 6 b. 36 c. 4 d. 18 e Kwt mendtr pnjngny 5 cm bermss 00 gr melyng di udr dlm kedn setimbng. Besr medn mgnet di tempt itu 0,08 T tegk lurus kwt. Besrny rus listrik dlm kwt dlh A.. 5 b. 8 c. 10 d. 1 e Sebuh kwt diliri rus listrik ke timur dn diletkkn tegk lurus dlm medn mgnet yng rhny ke utr. Arh gy Lorent yng dilmi kwt dlh ke. brt b. seltn c. ts d. bwh e. tenggr 1. Kwt berrus membentng diliri rus listrik ke brt. Sebuh electron bergerk di bwh kwt tersebut ke timur. Arh gy lorent yng dilmi electron dlh. bwh b. ts c. timur d. brt e. seltn 13. Perhtikn lt-lt berikut : 1) genertor ) glvnometer 3) Voltmeter 4) Motor listrik Alt yng bekerj berdsrkn timbulny gy mgnet dlh. 1,3 b., 4 c. 1,,3 d.,3,4 e. semu benr 14. Jik proton bergerk ke utr dlm medn mgnet ke timur, mk proton kn.. di belokkn ke timur b. dibelokkn ke brt c. dibelokkn ke ts d. dibelokkn ke bwh e. bergerk lurus 15. Lintsn sebuh electron yng bergerk dlm medn mgnet dengn keceptn sejjr rh medn dlh. lingkrn b. ellips c. gris lurus d. prbol e. heliks 16. Kwt verticl berrus 10 A ke ts. Sebuh electron berkeceptn m/s bergerk di sebelh timur kwt berjrk 1 cm kn menglmi gy Lorent sebesr N. 3, b. 1, c. 1, d e Sebuh proton meluncur dengn lju m/s memsuki medn mgnet 18 mt membentuk sudut 45 o terhdp gris gy mgnet. Proton kn menglmi gy sebesr N b c. 1, d. 1, e. 1, Proton bergerk dlm medn mgnet 0,1 T membentuk lintsn melingkr dengn rdius 5 c Energi kinetik electron dlh J. 1, b., Listrik Mgnet/ hl : 6

6 c., d. 3, e. 4, Sebuh prtikel bermss Kg dn bermutn 1, C msuk medn mgnetic 0,05 T dengn lju.10 5 m/s membentuk sudut 30 o terhdp rh medn mgnet. dius lintsnny dlh cm. 1 b. c. 4 d. 6 3 e. 6,5 0. Sebuh prtikel bermutn bermss m bergerk melingkr dlm medn mgnetic B dengn jri-jri. Besrny kut keceptn sudut prtikel dlh m. w b. w c. w m d. w e. w. Listrik Mgnet/ hl : 7