Medan Magnet

Medan Magnet
Dede Djuhana
E-mail:[email protected]
Departemen Fisika FMIPA-UI
0-0
Medan Magnet
☞ Medan magnet adalah ruang dimana gaya magnet dapat dirasakan akibat adanya muatan bergerak.
(1)
. Satuan lain adalah Gauss (
Satuan medan magnet : Tesla atau
).
☞ Studi magnetisme berkembang dari pengamatan bahwa “batu-batu”(magnetit) dapat menarik potongan
besi kecil-kecil. Fenomena magnetisme berasal dari daerah Magnesia (Asia Kecil) dimana batu-batu itu
ditemukan. Magnet alami merupakan bumi sendiri (William Gilbert 1600).
☞ Medan magnet bumi dipengaruhi oleh beberapa faktor :
Variasi setempat (local variation) disebabkan oleh perbedaan sifat-sifat magnetik dari batuan yang
membentuk kerak bumi dan adanya biji magnet terkonsentrasi
Perubahan dengan waktu Deklinasi dan iklinasi magnetik rata-rata mengalami perumahan dari tahun
ke tahun.
Interaksi dengan angin matahari seperti timbulnya badai magnetik,Van Allen Belt dan Aurora.
☞ Oersted(1820):Arus dari sebuah kawat menghasilkan efek-efek magnetik(jarum kompas bergerak).
Fisika Dasar II: Medan Magnet
1
U
KSM
magnet batang
B
KUM
S
Gambar 1: Bumi dapat dianggap sebagai magnet batang yang besar
Fisika Dasar II: Medan Magnet
2
Gaya magnet pada kawat berarus
☞ Pandang suatu kawat berarus:
l
q
A
V
d
Gambar 2: Kawat bararus menimbulkan medan magnet
☞ Gaya pada kawat berarus
(2)
ingat
, maka gaya magnet adalah
(3)
Contoh 1. Kawat membawa arus 3 A dan terletak pada medan listrik
membentuk sudut
dengan sumbu-x. Tentukan gaya magnet dari kawat tsb.
Fisika Dasar II: Medan Magnet
3
Jawab 1.
Gerak muatan dalam megan magnet
☞ Pandang muatan dalam medan magnet yang konstan
xx
x
x
x
x
x
r
x
x
x
x
r
x
F
x
x
x
q
x
Gambar 3: Muatan dalam medan magnet
☞ Gaya-gaya yang dialami oleh muatan adalah gaya sentripetal dan gaya akibat medan magnet
(4)
Fisika Dasar II: Medan Magnet
4
Jari-jari lintasan muatan dalam medan magnet adalah
(5)
Periode( ) kecepatan dan frekuensi( ) muatan
(6)
dan muatan
Contoh 2. Proton bermassa
bergerak dalam
lingkaran yang berjari-jari 21 cm
medan magnet B=4000 G. Tentukan :(a) Periode dan (b) Kecepatan
proton
Jawab 2. (a) Periode gerak, konversikan medan magnetik
(b) Kecepatan proton
Fisika Dasar II: Medan Magnet
5
jari-jari proton
☞ Gaya magnet pada partikel bergerak dalam medan magnet dapat diseimbangkan dengan gaya listrik
jika besar dan arah medan magnet dan medan listrik sesuai.
(7)
☞ Alat untuk mempercepat partikel bermuatan disebut cyclotron pertama kali dibuat tahun 1932 oleh
Ernest O. Lawrence Universitas Barkeley untuk mempercepat inti hidrogen untuk mendapat energi yang
tinggi. Generasi cyclotron yang lebih baik dinamakan synchroton.
Pengukuran nilai
oleh Thompson
☞ Thompson menunjukkan sinar-sinar dari tabung katoda dapat dibelokan oleh medan listrik dan magnet.
☞ Memperlihatkan bahwa semua pertikel memiliki perbandingan muatan per massa yang sama.
☞ Kecepatan elekron meninggalkan pelat:
(8)
Fisika Dasar II: Medan Magnet
6
☞ Penyimpangan pada daerah ini :
(9)
tetap). Waktu untuk mencapai layar adalah
Dengan demikian elektron menempuh jarak tambahan
dalam daerah bebas medan plat (kecepata
dan penyimpanga arah
adalah
(10)
☞ Simpangan total pada layar:
(11)
diukur maka nilai
Dari simpangan
dapat diketahui.
layar
Vy
pelat defleksi
y
1
vo
Vo
x 1
y
2
x2
Gambar 4: Gerak elektron dalam medan magnet
Fisika Dasar II: Medan Magnet
7
Contoh 3. Elektron lewat tidak defleksi ketika pelat Thompson dengan medan listrik 3000 v/m dan medan
magnet 1,4 G. Jika panjang pelat 4 cm dan ujung pelat 30 cm dari layar. Tentukan simpangan pada layar
apabila medan magnet dihilangkan !
Jawab 3. Kecepatan awal elektron dapat ditentukan :
Simpangan
adalah
Spektrometer Massa
☞ Spektrometer massa didesain pertama kali oleh William Aston,1910 dan kemudian oleh Kennerth
Bainbridge.Untuk digunakan mengukur isotop dan kandungannya dialam. Misal: Magnesium
memiliki perbandingan :24:25:26.
:
☞ Spektrometer massa dapat digunakan untuk mencari perbandingan massa terhadap muatannya (
.
Fisika Dasar II: Medan Magnet
8
B
r
x
V
S
Gambar 5: Prinsip Spektrometer massa
☞ Energi kinetik ion masuk dalam medan magnet sebanding dengan kehilangan energi potensial
(12)
menabrak plat fotografi.
Ion bergerak melingkar dengan jari-jari
(13)
(14)
Fisika Dasar II: Medan Magnet
9
Efek Hall
☞ Tahun 1879,E.H.Hall menyatakan dalam eksperimen adanya ”tanda-tanda pengangkut muatan di dalam
penghantar”
. Tanda pengangkut ditandai oleh perbedaan potensial
☞ Timbul perbedaan potensial Hall melintang
Hall.
☞ Jika pengangkut bermuatan positif maka titik berada pada potensial lebih tinggi dari titik
dan
lebih tinggi potensial daripada titik .
sebaliknya jika pengangkut bermuatan negatif maka titik
☞ Medan listrik Hall adalah manisfetasi dari potensial Hall
(15)
☞ Pada saat kesetimbangan gaya magnet dan medan listrik Hall
(16)
☞ Medan listrik Hall karena terhadap jumlah muatan(n)
(17)
Fisika Dasar II: Medan Magnet
10
d
d
muatan postif
muatan negatif
B
B
v
x
y
x
y
F
F
i
i
v
arah medan magnet (masuk ke dalam )
Gambar 6: Arus yang dialirkan pada sebuah pita tembaga yang berada medan magnet
(kiri)
pengangkut muatan positif (kanan) pengangkut muatan negatif
Contoh 4. Sebuah pita tembaga lebarnya 2cm, tebal=1mm ditempatkan dalam sebuah medan magnet
B=1,5 T, Jika dialirkan arus sebesar 200A. Berapakah perbedaan potensial Hall yang muncul ?
Jawab 4. Medan listrik Hall
Fisika Dasar II: Medan Magnet
11
Potensial Hall
Torsi pada sebuah loop
F1
F1
θ
b
F4
F2
b
a
B
F3
adalah
dan
, Torsi
☞ Torsi
F3
(18)
Jika ada N lilitan
=momen magnet ,A=luas
dimana
(19)
Fisika Dasar II: Medan Magnet
12