MAGNET DAN ELEKTROMAGNETIK

Transkripsi

1 MAGET DA ELEKTROMAGETIK Standar kompetens : Menerapkan konsep magnet dan elektromagnet Maglev tran dapat melayang setngg beberapa centmeter d atas rel. Mengapa kereta ap tersebut tdak bersentuhan dengan rel? 1. Gejala Kemagnetan Gejala kemagnetan pertama kal damat dalam potongan-potongan bjh bes yang emukan d kota Magnesa (sekarang Mansa, Turk bagan barat). otongan bes n sekarang kta kenal sebaga magnet permanen. eberapa contoh gejala kemagnetan yang dapat kta amat msalnya : jka bes dsentuhkan pada magnet maka bes tersebut akan ternduks dan akan memlk sfat magnet, dengan kata lan bes berubah menjad magnet Sebuah percobaan pada sebatang magnet yang cukup rngan yang dapungkan pada permukaan ar dengan menggunakan sepotong gabus, maka magnet cenderung sejajar dengan arah utara-selatan. Hal n menunjukkan pemanfaatan magnet sebaga penunjuk arah (kompas) Adanya buah kutub magnet. Jka magnet ddekatkan dengan magnet lan maka kedua magnet akan salng tark menark (kedua ujung magnet yang tdak sejens), atau akan tolak menolak (kedu ujung magnet yang tdak sejens) jka bes ddekatkan pada magnet maka bes akan tertark, hal n menunjukkan magnet membentuk medan magnetk dalam ruang dsektarnya. Sfat kemagnetan bahan erdasarkan sfat medan magnet atomsnya, bahan-bahan dapat dkelompokkan menjad 3 golongan yatu: ahan Ferromagnetk, ahan aramagnetk dan ahan Damagnetk. Sebutkan cr-cr bahan tersebut beserta penjelasannya dan berkan contohnya mnmal 3 bahan! C. Medan Magnetk Medan magnetk merupakan ruang dsektar magnet yang dapat menyebabkan benda atau magnet lan mengalam gaya magnetk. esaran yang menyatakan medan magnetk dsebut nduks magnetk dlambangkan dengan yang merupakan besaran vektor yatu besaran yang selan memlk besar juga memlk arah. Selan dsektar magnet ternyata dsektar kawat berarus juga terdapat medan magnetk. Gejala tmbulnya medan magnet oleh arus lstrk pertama kal dseldk oleh Hans Chrstan Oersted ( ). Ia menemukan bahwa jarum kompas akan dsmpangkan oleh kawat penghantar berarus lstrk. Keterangan: (a) Kawat ketka belum dalr arus lstrk, jarum kompas bermpt dengan kawat. (b) Kawat dalr arus lstrk ke arah selatan maka jarum kompas akan menympang ke arah tmur (c) Kawat dalr arus lstrk ke arah utara maka jarum kompas akan menympang ke arah barat. 1

2 ercobaan d atas membuktkan bahwa ketka kawat dalr arus maka akan ada medan magnet yang tmbul d sektar kawat, hal n bsa dbuktkan dengan menympangnya jarum kompas. Arah medan magnet yang mbulkan dapat entukan dengan menggunakan aturan tangan kanan. Arah nduks magnetk yang mbulkan oleh arus lstrk dapat dseldk dengan pola gars-gars medan magnetk d sektar kawat berarus. Untuk memudahkan dapat dgunakan kadah tangan kanan, sepert gambar d bawah n : Genggam kawat berarus dengan tangan kanan, sedemkan sehngga bu jar menunjukkan arah arus lstrk dan keempat jar yang drapatkan menunjukkan arah putaran nduks magnetk. C. ersamaan ot-savart ϕ dl esarnya nduks magnet d sebuah ttk yang berjarak r dar sebuah elemen arus yang sangat kecl yang panjangnya dl dapat uls dalam bentuk persamaan : dl snϕ d = k r 0 k = = 10-7 weber/ampere.meter 4π 0 = permeabltas magnet dalam ruang hampa atau udara = 4π.k =1,57 x 10-7 weber/ampere.meter sehngga persamaan ot-savart dapat uls sebaga : 0 dl snϕ d = 4π r eberapa persamaan yang merupakan hasl penurunan persamaan ot-savart antara lan untuk menentukan : a. Induks magnet d dekat kawat lurus panjang berarus lstrk 0 =. πa = nduks magnet pada suatu ttk (wb/m atau tesla) 0 = permeabltas ruang hampa 4π x 10-7 wb/am a = kuat arus (A) a = jarak ttk ke kawat berarus (m)

3 b. Induks magnet d sektar arus melngkar - Induks magnet d ttk yang berada pada sumbu kawat melngkar berarus. asnθ z = r r x - Induks magnet d pusat lngkaran O. 0. = a dengan jumlah lltan kawat (tps) a y c. Induks magnet pada solenoda dan toroda - Solenoda adalah suatu lltan atau kumparan yang rapat dan tebal. Induks magnet pada ujung solenoda.. n. 0 = = l dengan n = l Induks magnet d tengah-tengah solenoda adalah banyaknya lltan per satuan panjang solenoda.. =. n = l - Toroda adalah solenoda yang dlengkungkan sehngga sumbu-sumbunya membentuk suatu lngkaran. Induks magnet pada sumbu toroda 0. =. πr dengan R = jar-jar toroda. LATIHA SOAL I : 1. erapakah nduks magnetk pada sebuah ttk yang berjarak cm dar suatu penghantar lurus dan panjang berarus lstrk 15 A?. Induks magnet dsuatu ttk yang berjarak 5 cm dar suatu kawat penghantar yang lurus dan panjang adalah 10-6 T. Htung kuat arus pada penghantar? 3. enghantar dlltkan melngkar satu kal dengan jar-jar 50 cm dan berarus lstrk 0 A. Htung nduks magnet tk yang berada : a. ada sumbu lltan dan berjarak 50 3 cm b. ada pusat lngkaran 3

4 c. ada pusat lngkaran dan terdr dar 100 lltan 4. Tentukan nduks magnet dpusat dan dsalah satu ujung Solenoda yang terdr dar 00 gulungan panjangnya 8 cm dan berarus 0,5 A! 5. Sebuah toroda mempunya 3000 lltan, dameter dalam 18 cm dan dameter luar cm. erapakah nduks magnetk d dalam toroda, apabla dalr arus 5 ampere? E. Gaya Lorentz Gaya Lorentz adalah gaya nteraks antara arus atau muatan lstrk yang bergerak dengan medan magnet homogen yang mempengaruhnya, salah satu contoh perstwa tmbulnya gaya lorentz adalah jka kawat berarus dletakkan sedemkan hngga memotong gars-gars nduks magnetk yang dhaslkan pasangan kutub utaraselatan Arah gaya lorentz dapat entukan dengan kadah tangan kanan, sepert gambar d bawah n. θ F esarnya gaya magnetk pada penghantar yang panjangnya l dan dalr arus dengan membentuk sudut θ terhadap medan magnet homogen adalah: F =..l snθ Untuk muatan lstrk q yang bergerak dengan dengan kecepatan v dalam medan magnet homogen, gaya magnetk yang mempengaruh muatan adalah : F =.q.v snθ Keterangan : = medan magnet homogen (wb/m atau tesla) = arus lstrk (Ampere) l = panjang kawat penghantar (meter) θ = sudut (, ) atau (v, ) q = muatan lstrk (Coulomb) v = kecepatan gerak muatan (m/s) F = gaya magnetk F (ewton) enerapan S Gaya Lorentz Q Gaya lorentz dgunakan dalam pembuatan motor lstrk atau elektromotor yang berfungs mengubah energ lstrk menjad energ mekank berdasarkan prnsp kerja momen kopel. FO R U O S Kawat QRS akan berputar pada sumbu O-O oleh momen kopel τ = F.d 4

5 maka : τ = F.(S) = (..Q).(S) τ =..A la QRS membentuk sudut α dengan maka : la QRS terdr dar lltan maka : τ =...A snα τ =..A snα F. Induks Elektromagnetk dan GGL Induks Induks elektromagnetk adalah gejala terjadnya arus lstrk dalam suatu penghantar akbat perubahan medan magnet d sektar kawat penghantar tersebut. Arus lstrk yang terjad dsebut arus mbas atau arus nduks. Gejala n pertama kal dseldk oleh Mchael Faraday. U S Jarum galvanometer menympang selama magnet batang dgerakkan mendekat atau menjauh kumparan dan sebalknya kumparan yang dgerakkan mendekat atau menjauh magnet batang, yang berart arus nduks tmbul selama terjad perubahan gars-gars gaya medan magnet dalam kumparan. Sedangkan bla keduaduanya dam, jarum galvanometer tdak menympang, yang berart tdak terjad arus nduks. Dalam percobaan d atas, arus nduks tmbul karena adanya beda potensal antara ujung-ujung kumparan yang dsebut dengan gaya gerak lstrk nduks (ggl nduks) Arah arus nduks entukan dengan hukum Lenz atau kadah tangan kanan, yang berbuny : arah arus nduks dalam suatu penghantar tu sedemkan sehngga menghaslkan medan magnet baru yang melawan perubahan gars-gars gaya magnet semula yang menmbulkannya. v esarnya ggl nduks dar sebuah kawat penghantar yang dgerakkan d dalam medan magnet dnyatakan dengan persamaan : ε = -.l.v ε = ggl nduks (volt) = nduks magnet (tesla) l = panjang kawat (m) v = kecepatan gerak kawat (m/s) atau dengan persamaan : d ε = φ ε = ggl nduks (volt) = jumlah lltan 5

6 dφ = cepat perubahan fluks magnetk (wb/s) Fluks magnetk φ dpersamaankan sebaga perkalan nduks magnet (kerapatan gars gaya) dengan luas daerah A yang dlngkupnya. φ =. A LATIHA SOAL II 1. Sebuah penghantar 0 cm dalr arus 10 A. erapakah besarnya medan magnet homogen yang tegak lurus penghantar tersebut agar tmbul gaya sebesar 0,5.. Elektron bergerak dengan kecepatan 10 3 m/s dalam medan magnet yang berkekuatan 5 x 10-5 T membentuk sudut Tentukan gaya yang dalam! 3. Dua kawat lurus panjang dan sejajar, terpsah pada 1,5 m. Kedua kawat kemudan dalr arus yang sama besar dan searah, sehngga bekerja gaya tark menark sebesar /m. Htung besarnya arus lstrk yang mengalr pada masng-masng kawat? 4. erapakah GGL yang tmbul pada suatu penghantar dar 10 cm yang bergerak dengan kecepatan 6 m/ pada suatu medan magnet homogen 50 gauss ( 1 gauss = 10-4 Wb/m ). 5. Suatu penghantar bergerak dengan kecepatan 15 m/ pada suatu medan magnet homogen. erapa (T) kuat medan magnet tersebut jka GGL yang tmbul 10 - Volt, panjang kawat 10 cm. Tentukan juga fluksnya selama 10-3 s. 6. Suatu kumparan kawat dengan jar-jar 8 cm dletakkan pada medan magnet yang tegak lurus. Htung GGL mbas yang terjad pada kumparan tersebut jka medan magnet berubah 0,3 T menjad 0,8 T (kumparan terdr dar 1000 lltan) dalam waktu 0,1 detk. G. enerapan Induks Elektromagnetk Konsep nduks elektromagnetk banyak erapkan dalam beberapa peralatan lstrk, msalnya : - Arus pusar (arus Eddy) pada tungku nduks (setrka lstrk, kompor lstrk, solder lstrk, dan sebaganya) dan rem magnetk - Dnamo - Alternator - Transformator Transformator Transformator atau trafo adalah alat untuk memperbesar atau memperkecl tegangan lstrk bolak-balk berdasarkan prnsp nduks elektromagnetk. Transformator penurun tegangan dsebut trafo step down sedangkan yang menakkan tegangan dsebut trafo step up. dφ karena ε1 = V1 = 1 dφ dan ε = V = V 1 1 maka = V V 1 = tegangan pada kumparan prmer V = tegangan pada kumparan sekunder 1 = jumlah lltan pada kumparan prmer = jumlah lltan pada kumparan sekunder 6

7 Apabla pengubahan tegangan tdak menmbulkan pengurangan energ, maka transformator tersebut merupakan trafo deal, dengan daya nput pada prmer sama dengan daya output pada sekunder. 1 = V 1. 1 = V. Tetap basanya pengubahan tegangan pada transformator selalu menmbulkan kehlangan energ yang dsebabkan oleh : - emanasan joule, yatu panas yang terjad karena adanya hambatan lstrk pada penghantar berupa kumparan - emanasan arus pusar, yatu panas yang tmbul karena adanya arus pusar. Sehngga pada transformator dkenal adanya efsens yang merupakan prosentase daya output terhadap daya nput, yang uls dengan persamaan η = x100% 1 dapat juga ulskan sebaga : ηv 1. 1 = V. η = efsens trasformator 1 = jumlah lltan prmer V 1 = tegangan prmer (volt) = jumlah lltan sekunder V =tegangan sekunder 1 = daya prmer (watt) (volt) = daya sekunder (watt) 1 = arus prmer (A) = arus sekunder (A) LATIHA SOAL III 1. Sebuah transformator memlk lltan prmer 50 lltan dan lltan sekunder 50 lltan. Jka tegangan prmer 0 Volt, berapakah tegangan sekundernya?. Sebuah transformator memlk lltan prmer 100 lltan dan lltan sekunder 50 lltan. Jka tegangan sekunder 0 Volt, berapakah tegangan prmernya? 3. Sebuah transformator step down dgunakan untuk mengubah tegangan dar 0 volt menjad 4 volt. la jumlah lltan prmernya 75 lltan, berapa jumlah lltan sekundernya? 4. Sebuah transformator step up mempunya efsens 80%, jumlah lltan prmer 00 lltan dan sekundernya 400 lltan. Apabla daya yang dberkan pada prmernya 1000 watt dengan kuat arus A, htung daya dan kuat arus sekundernya 7