5. INDUKSI MAGNETIK Setelh mempeljr modul n, dhrpkn And dpt memhm konsep nduks mgnetk secr umum. Secr lebh khusus, And dhrpkn dpt : Mendeskrpskn hsl percobn Hns Chrstn Oersted tentng pengertn nduks mgnetk. Mendeskrpskn besrny nduks mgnetk sektr kwt berrus lstrk. Mendeskrpskn gy mgnetk pd kwt berrus dn mutn bergerk. A. Medn Mgnetk Kemgnetn, sepert hlny kelstrkn, tdk dpt dlht, tetp efekny dpt dlht dn drskn. Mgnet dpt menrk beberp logm sepert bes dn bj. Zt yng mengndung bes, sepert serbuk bes, kn tertrk pd mgnet btng dn berjjr untuk menunjukkn rh grs gy dr medn mgnetk tersebut. hn yng dpt dtrk mgnet, dpt djdkn mgnet. Jk And meletkkn sebuh pku bj dekt mgnet, pku bj tersebut kn menjd mgnet dn tetp menjd mgnet meskpun And sudh menjuhkn dengn mgnet slny. Hl yng sm dpt terjd pd bes, nmun pku bes kn lebh cept kehlngn sft mgnetny pbl mgnet sudh djuhkn. hn yng mmpu menympn sft mgnet secr permnen (tetp) dsebut mgnet tetp (mgnet permnen). Sedngkn bhn yng menympn sementr sft mgnet dsebut mgnet sementr. Ap yng dmksud dengn medn mgnet? Pengertn medn mgnet dlh hmpr sm dengn pengertn medn lstrk, ytu sutu derh tu rung d sektr mgnet yng msh dpengruh oleh gy mgnet. Arh medn mgnet dlh ke lur dr kutub utr mgnet dn menuju kutub seltn mgnet. Medn mgnetk dgmbrkn oleh grs-grs gy mgnetk sepert dtunjukkn pd gmbr berkut. S U Gmbr 5.1. Arh medn mgnetk ke lur dr kutub utr dn menuju kutub seltn. Medn Mgnet oleh Arus Lstrk Hubungn ntr sft lstrk dn sft mgnet pertm kl dtemukn oleh seorng lmuwn fsk bernm Hns Chrstn Oersted. Oersted menemukn bhw ketk komps dletkkn Induks Mgnetk 31
dekt dengn kwt penghntr (kwt berrus lstrk), jrum komps tb-tb menympng dr rh semul. Sementr jrum komps dpt menympng pbl berd dlm medn mgnet. Oersted menympulkn bhw rus lstrk dpt menghslkn medn mgnetk. Medn mgnetk yng dhslkn rus lstrk n dsebut medn mgnet nduks. Orents rh medn mgnetk pd kwt berrus lstrk dlh mengkut kdh tngn knn sepert dtunjukkn sepert pd gmbr. Gmbr 5.2. Arh medn mgnetk dn rh rus lstrk pd kwt lurus. Pd gmbr 2 d ts, jk rh rus lstrk kt mslkn dengn bu jr tngn knn kt, mk rh medn mgnetk kn mengkut keempt jr yng melngkr (berlwnn dengn rh jrum jm). Dn seblkny, jk rh rus lstrk ke bwh, mk rh medn mgnetk serh jrum jm. Medn Mgnetk oleh Kwt Lurus errus Lstrk Untuk menentukn kut medn lstrk d sektr kwt lurus berrus lstrk, perhtkn gmbr berkut n. I P Gmbr 5.3. Medn mgnetk d ttk P yng berjrk dr kwt lurus berrus lstrk. esr medn mgnetk d ttk P yng berjrk sejuh dr kwt lurus berrus lstrk sepert pd gmbr d ts dlh dnytkn sebg : µ = (5.1) 2π Keterngn : : Kut Medn Mgnetk (Wb/m 2 tu Tesl, dsngkt T) : Kut rus lstrk (Ampere, dsngkt A) : Jrk sutu ttk ke kwt lurus berrus (meter, dsngkt m) µ : Permeblts mgnetk, besrny 4π 1-7 Wb/Am 32 Induks Mgnetk
Medn Mgnetk oleh Arus Lstrk pd Kwt Melngkr Tnjulh sebuh kwt melngkr dengn jr-jr dn dlr rus lstrk pd gmbr berkut. O Gmbr 5.4. Medn mgnetk d ttk O yng berjrk dr kwt melngkr berrus lstrk. esrny medn mgnetk d ttk O yng terletk d pust lngkrn kwt dlh : µ o = (5.2) 2 Keterngn : : Kut Medn Mgnetk (Wb/m 2 tu Tesl, dsngkt T) : Kut rus lstrk (Ampere, dsngkt A) : Jrk sutu ttk O ke kwt melngkr berrus (meter, dsngkt m) µ : Permeblts mgnetk, besrny 4π 1-7 Wb/Am Medn Mgnetk oleh Arus Lstrk pd Solenod Solenod dlh kwt berbentuk kumprn yng terdr ts bnyk lltn. Perhtkn gmbr d bwh n. P O l Gmbr 5.5. Medn mgnetk d ttk O dn P pd solenod. esr medn mgnetk d pust solenod (d ttk P) dlh : µ.. N P = (5.3) l esr medn mgnetk d ujung solenod (d ttk O) dlh : 1 µ.. N O = (5.4) 2 l Keterngn : : Kut Medn Mgnetk (Wb/m 2 tu Tesl, dsngkt T) Induks Mgnetk 33
: Kut rus lstrk (Ampere, dsngkt A) l : Pnjng solenod (meter, dsngkt m) N : nykny lltn solenod µ : Permeblts mgnetk, besrny 4π 1-7 Wb/Am Medn Mgnetk oleh Arus Lstrk pd Torod Torod dlh solenod yng melngkr sepert tmpk pd gmbr berkut. P Gmbr 5.6. Medn mgnetk d ttk P pd torod. esr medn mgnetk d P dlh : µ.. N P = (5.5) 2 π Keterngn : : Kut Medn Mgnetk (Wb/m 2 tu Tesl, dsngkt T) : Kut rus lstrk (Ampere, dsngkt A) : Jr-jr torod (meter, dsngkt m) N : nykny lltn torod µ : Permeblts mgnetk, besrny 4π 1-7 Wb/Am I. Gy Mgnetk (Gy Lorentz) Hsl ekspermen Oersted menunjukkn bhw kwt berrus lstrk menglm gy ketk berd dlm medn mgnetk. esrny gy mgnetk sendr dseldk oleh Hendrk Antoon Lorentz, sehngg gy mgnetk dsebut jug sebg Gy Lorentz. Menurut Lorentz, besrny gy mgnetk pd kwt berrus lstrk sebndng dengn medn mgnetk, kut rus lstrk pd kwt dn pnjng kwtny. Secr mtemtk dnytkn sebg : F = l sn α (5.6) Keterngn : : Kut Medn Mgnetk (Wb/m 2 tu Tesl, dsngkt T) : Kut rus lstrk (Ampere, dsngkt A) 34 Induks Mgnetk
l : Pnjng kwt yng dlr rus lstrk (meter, dsngkt m) α : Sudut yng dbentuk oleh medn mgnetk dn kut rus lstrk F : Gy Lorentz (Newton, dsngkt N) Arh gy mgnetk (Gy Lorentz) n jug mengkut turn tngn knn. Perhtkn gmbr berkut! F Gmbr 5.7. Arh gy mgnetk menggunkn kdh tngn knn. Jk bu jr kt menunjukkn rh rus, keempt jr yng ln menunjukkn rh medn mgnetk, mk rh gy lorentz F dlh rh telpk tngn knn kt. Gy Mgnetk Antrkwt errus Lstrk Untuk memhm proses terjdny gy mgnetk pd du buh kwt lurus berrus, berkut dsjkn sebuh gmbr. I 1 I 2 2 F 2 F 1 1 Gmbr 5.8. Gy mgnetk ntrkwt berrus lstrk. Kwt I 2 kn mendpt gy mgnetk F 2 kren pengruh kwt I 1 yng menghslkn medn mgnetk 1. esrny gy mgnetk F 2 kren pengruh medn mgnetk 1 dlh : µ 1 2 l2 F21 = 1 2 l2 = 2π Demkn jug dengn kwt I 1. Kwt I 1 kn mendpt gy mgnetk F 1 kren pengruh kwt I 2 yng menghslkn medn mgnetk 2. esrny gy mgnetk F 1 kren pengruh medn mgnetk 2 dlh : µ 2 1 l1 F12 = 2 1 l1 = 2π Sehngg secr umum, besrny gy mgnetk ntr kwt lurus berrus tp stun pnjng kwt ddefnskn sebg : F µ 1 2 = (5.7) l 2π Keterngn : I 1 : Kut rus lstrk pd kwt 1 (Ampere, dsngkt A) I 2 : Kut rus lstrk pd kwt 2 (Ampere, dsngkt A) l : Pnjng kwt yng dlr rus lstrk (meter, dsngkt m) : Jrk ntr kwt (meter, dsngkt m) Induks Mgnetk 35
F : Gy Lorentz (Newton, dsngkt N) µ : Permeblts mgnetk, besrny 4π 1-7 Wb/Am Gy Lorentz pd Mutn dlm Medn Mgnetk esrny gy mgnetk yng dlm oleh mutn lstrk yng bergerk d dlm sutu medn mgnetk dlh : F = q v sn α (5.8) Keterngn : : Kut Medn Mgnetk (Wb/m 2 tu Tesl, dsngkt T) q : Mutn lstrk dlm medn mgnetk (Coulomb dsngkt C) v : Keljun mutn lstrk (m/s) α : Sudut yng dbentuk oleh medn mgnetk dn keljun mutn v F : Gy Lorentz (Newton, dsngkt N) C. Tugs 1. Sebuh kwt lurus berrus lstrk sebesr 2 A. Tentukn :. Kut medn mgnetk d ttk yng berjrk 5 cm dr kwt! b. Kut medn mgnetk d ttk yng berjrk 1 cm dr kwt! c. Ap yng dpt And smpulkn dr jwbn dn b? 2. Du buh kwt lurus dn sejjr msng-msng dlr rus 2 A dn 4 A. Kedu kwt terpsh sejuh 16 cm. Tentukn :. esr dn rh medn mgnetk d ttk P yng terletk d tengh-tengh kwt bl rh rus pd kwt serh! b. esr dn rh medn mgnetk d ttk P yng terletk d tengh-tengh kwt bl rh rus pd kwt berlwnn! c. l rh rus pd kwt serh, d mnkh kt meletkkn ttk Q sedemkn sehngg medn mgnetk d ttk Q sm dengn nol? d. l rh rus pd kwt berlwnn rh, d mnkh kt meletkkn ttk Q sedemkn sehngg medn mgnetk d ttk Q sm dengn nol? e. ut kesmpuln And tentng jwbn dn b sert c dn d! 3. Du buh kwt lurus berrus serh dn sejjr terpsh sejuh 5 meter, dengn kut rus msng-msng 1 =,9 A dn 2 = 1,6 A. Ttk P berjrk 3 cm dr kwt pertm dn 4 cm dr kwt kedu. Tentukn kut medn mgnetk d ttk P! 4. Sebuh kwt melngkr dengn jr-jr 2 cm dlr rus lstrk sebesr 5 A. Tentukn kut medn mgnetk d pust lngkrn! 5. Perhtkn gmbr berkut! O 9 Ttk O dlh pust lngkrn yng dmeterny 4 cm sepert tmpk pd gmbr d smpng. Apbl kut rus yng menglr pd kwt dlh 4 A, tentukn besr dn rh kut medn mgnetk d ttk O! 36 Induks Mgnetk
6. Sebuh solenod terdr ts 1 lltn dn dlr rus sebesr 8 A. Tentukn:. kut medn mgnetk d pust solenod! b. Kut medn mgnetk d ujung solenod! 7. Torod dengn jr-jr 1 cm memlk 1 lltn. Jk kut rus yng dlrkn sebesr 3 A, tentukn besr medn mgnetk d dlm sumbu lltn torod! 8. Medn mgnetk d tengh-tengh solenod sm dengn medn mgnetk d dlm sumbu lltn torod ketk keduny dlr rus lstrk yng sm. Pnjng solenod 6,28 cm dn jr-jr torod 5 cm. Jk torod memlk 4 lltn, berpkh jumlh lltn pd solenod? 9. Sebuh kwt lurus sepnjng 25 cm dlr rus lstrk 1 A berd dlm medn mgnetk. Jk besr gy Lorentz,125 N dn sudut yng dbentuk oleh kut rus dn medn mgnetk dlh 3, berpkh besr kut medn mgnetk? 1. Du buh kwt lurus sejjr terpsh pd jrk 8 cm dlr rus 2,5 A dn 4 A dengn rh yng sm. Tentukn gy trk-menrk ntrkwt perstun pnjng! 11. Du buh kwt lurus sejjr terpsh pd jrk 8 cm dlr rus 2,5 A dn 4 A dengn rh yng berlwnn. Tentukn gy trk-menrk ntrkwt perstun pnjng! 12. Ap yng dpt And smpulkn dr jwbn nomor 2 dn 3? 13. Mutn lstrk sebesr 5µ C bergerk dlm medn mgnetk sebesr,25 T dengn keceptn 1 5 m/s. Jk rh keceptn membentuk sudut 3 terhdp rh medn mgnetk, berpkh besr Gy Lorentz yng dlm mutn tu? D. Pet Konsep M A G N E T ARUS LISTRIK INDUKSI MAGNETIK GAYA LORENTZ KAWAT LURUS ERARUS LISTRIK SOLENOIDA KAWAT MELINGKAR ERARUS LISTRIK TOROIDA TENGAH-TENGAH SOLENOIDA DI UJUNG SOLENOIDA Induks Mgnetk 37
38 Induks Mgnetk