6 HUKUM BIOT-SAVART P Keterangan: B = induksi magnet
advertisement
S N FISIKA MEDAN MAGNET DAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK MEDAN MAGNETIK Medan magnet biasanya dinyatakan dengan garis-garis khayal yang disebut garis medan magnet atau garis gaya magnet. Garis-garis ini mempunyai arah yang keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet seperti ditunjukkan gambar di bawah ini. N S S Hal.: 2 Isi dengan Judul Halaman Terkait N Adaptif MEDAN MAGNETIK SSILAHKAN KLIK SININ Gambar ini menunjukkan bagaimana medan magnet pada magnet batang mempengarui jarum kompas. Hal.: 3 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif MEDAN MAGNETIK Ada tiga aturan garis-garis medan magnet, yaitu : a. Garis - garis medan magnet tidak pernah saling berpotongan (bersilangan). b. Garis-garis medan magnet selalu keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan serta membentuk kurva tertutup. c. Jika garis-garis medan magnet pada suatu tempat rapat, maka medan magnet pada tempat tersebut kuat, sebaliknya jika garis- garis medan magnet pada suatu tempat renggang, maka medan magnet pada tempat tersebut lemah. Hal.: 4 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI MAGNETIK U U U S S S Pada dasarnya, sumber magnet tidak hanya berupa magnet permanen, tetapi dapat juga berupa elektromagnet, yaitu magnet yang dihasilkan oleh arus listrik atau muatan-muatan listrik yang bergerak. Hasil percobaan Oersted Hal.: 5 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif HUKUM BIOT-SAVART o I BP 2 r Keterangan: P B = induksi magnet (T) o = permeabilitas ruang hampa (4 x 107 Wb/Am) I = arus listrik (A) r = jari-jari lintasan lingkaran (m) Hal.: 6 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif HUKUM BIOT-SAVART Induksi magnet di titik O dapat ditentukan dengan persamaan berikut: BO O o I 2r r Jika terdapat N lilitan kawat melingkar, maka persamaannya menjadi. Keterangan: N = jumlah lilitan BO r = jari-jari kawat (m) Hal.: 7 Isi dengan Judul Halaman Terkait o I 2r N Adaptif HUKUM BIOT- SAVART S O Sementara itu, induksi magnet pada titik S sebagai berikut: a r P BS o I r sin 2a 2 Keterangan: a = jarak antara titik p dengan titik s (m) r = jari-jari kawat ( m ) = sudut antara SP dengan SO Hal.: 8 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI MAGNET PADA SOLENOIDA Induksi magnet di tengah-tengah solenoid dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: B oi l N Source: www.societyofrobots.com Induksi magnet di kedua ujung solenoida sebagai berikut. Keterangan: B i = arus listrik ( A ) l = panjang solenoida ( m ) oi 2l N N = jumlah lilitan Hal.: 9 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI MAGNET PADA TOROIDA B Induksi magnet pada toroida dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: r o I B N 2 r Keterangan: r = jari-jari toroida ( m ) l = arus listrik ( A ) N = jumlah lilitan Source: http://rocky.digikey.com Hal.: 10 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI MAGNETIK Contoh Berapa induksi magnetik pada jarak 5 cm dari pusat sebuah kawat lurus yang berarus 3A? Penyelesaian o = 4 x 107 Tm/A I =3A r = 5 cm = 0.05 m B = …? o I B 2 r (4 10 7 Tm )(3 A) A 2 (0,05 m) 1,2 105 T Jadi, induksi magnetik yang dihasilkan adalah 1,2 x 105 T. Hal.: 11 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ Gaya Lorentz pada kawat lurus berarus listrik S Hal.: 12 N Jika kawat panjang l dialiri arus listrik I berada dalam medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet yang arahnya dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ FL B I sin Keterangan: FL= gaya lorentz (N) B = induksi magnet (T) Source :http://ima.dada.net/image/medium/4080766.jpg Ibu jari menyatakan arah arus listrik, arah jari-jari menyatakan arah induksi magnet dan hadap telapak menyatakan arah gaya Lorentz. Hal.: 13 = sudut antara B dan I I = arus listrik (A) l = panjang kawat (m) Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ Gaya Lorentz pada dua kawat sejajar berarus listrik I1 B2 I2 F1 F2 X B1 I1 F1 O I1 I 2 F1 F2 2 r I2 X B2 B1 X F2 Keterangan: r = jarak kedua kawat (m) I = arus listrik (A) l = panjang kawat (m) r Hal.: 14 r Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ Gaya lorentz pada muatan bergerak Jika sebuah muatan listrik bergerak dalam medan magnet, maka muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz yang besarnya dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: X X X X X+ X X X B v X X X vX X X X Keterangan: X X X X B = induksi magnet (T) X X X BX X Muatan positif Hal.: 15 FL B q v sin X X - X FL X FL X Muatan negatif X = sudat antara B dan v q = muatan listrik (C) v = kecepatan partikel (m/s) Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ Jika arah v sejajar dengan arah induksi magnet B, maka gaya Lorentz pada partikel bermuatan adalah nol, sehingga partikel bergerak lurus, tetapi jika arah v tegak lurus terhadap induksi magnet B maka, maka gaya Lorentz pada partikel bermuatan adalah FL = Bqv dan mengikuti lintasan lingkaran berjari-jari R. Jadi besar gaya Lorentz FL sama dengan gaya sentripetal FS. FL FS Sehingga, mv2 Bqv R mv R qB qB B Hal.: 16 Keterangan: R = jari-jari lintasan (m) m = massa partikel (kg) q = kecepatan sudut partikel (rad/s) Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ Momen gaya Lorentz Apabila suatu kawat penghantar berbentuk kumparan dengan luas penampang A dialiri arus listrik dalam medan magnet, maka kumparan tersebut akan mengalami momen gaya Lorentz. N I B A sin Keterangan: = moment gaya (Nm) I = arus listrik pada kumparan (A) B = induksi magnet (T) A = luas kumparan (m2) = sudut antara B dengan bidang kumparan Hal.: 17 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GAYA LORENTZ Contoh Seutas kawat mempunyai panjang 2 meter dialiri arus listrik sebesar 50 A. Jika kawat tersebut mengalami gaya magnet sebesar 1,5 N dalam medan magnet yang serba sama dengan B = 0,03 T, maka tentukan sudut antara B dan I? Penyelesaian FL = 1,5 N B = 0.03 T I = 50 A l =2m = …? FL B I sin 1,5 N (0,03 T )(50 A)( 2m) sin 1,5 sin 0,5 3 sin 1 (0,5) 30 o Jadi, sudut antara B dan I adalah 30o. Hal.: 18 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif SIFAT KEMAGNETAN BAHAN Berdasarkan pada bagaimana bahan bereaksi dengan medan magnet, maka bahan-bahan magnet dibedakan menjadi bahan diamagnetik, bahan paramagnetik dan bahan ferro magnetik. Bahan diamagnetik marupakan bahan yang sedikit ditolak oleh medan magnet, contohnya adalah emas, tembaga, dll. Bahan para magnetik merupakan bahan yang ditarik dengan gaya yang sangat lemah dalam medan magnet, contohnya adalah alumunium, magnesium, dll. Bahan ferromagnetik merupakan bahan yang ditarik dengan kuat dalam medan magnet. Hal.: 19 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Fluks magnet A B cos N B A Keterangan: = fluks magnet (Wb) B = induksi magnet (T) A = luas permukaan (m2) = sudut antara B dengan garis normal bidang Hal.: 20 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Hukum Faraday-Lenz’s ind N t Keterangan: Source: www.radioelectronicschool.net ind = gaya gerak listrik induksi (volt) = perubahan fluks magnet (Wb) N = jumlah lilitan t = selang waktu (s) Hal.: 21 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKSI ELECTROMAGNETIK Contoh Sebuah kumparan mempunyai 100 lilitan dan dalam waktu 0,01 s menimbulkan perubahan fluk magnetik sebesar 10-4 Wb, hitung gaya gerak listrik induksi pada ujung-ujung kumpatan? Penyelesaian N = 100 d = 10-4 Wb dt = 0,01 s ind = …..? ind d N dt 10 4 Wb 100 0,01 s 1 volt Jadi, gaya gerak listrik induksi pada ujungujung kumparan adalah 1 volt. Hal.: 22 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GENERATOR LISTRIK ind N A B cos t Keterangan: N = jumlah lilitan B = induksi magnet (T) Source: http://members.shaw.ca/len92/acdc_inside_generator.gif A = luas bidang kumparan (m2) = kecepatan sudut (rad/s) t = waktu (s) Hal.: 23 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GENERATOR LISTRIK Skema generator AC 2 1 5 4 3 Source: http://www.ncert.nic.in/html 1. cincin 2. kumparan 3. rangkaian luar 4. sikat 5. Rotor luar Hal.: 24 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif GENERATOR LISTRIK Skema generator DC 1 3 2 1. sikat 2. pelindung 3. komutator Hal.: 25 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKTANSI Nilai gaya gerak listrik induksi diri yang terjadi pada rangkaian atau kumparan tergantung pada laju perubahan arus. I i L t Keterangan: ind = gaya gerak listrik insduksi diri (volt) I = perubahan arus listrik (A) L = induktansi t = selang waktu (s) Hal.: 26 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif INDUKTANSI Contoh Sebuah kumparan mempunyai induktansi 5 H dan sebuah resistor yang mempunyai hambatan 20 W. Keduanya dipasang pada sumber tegangan 100 volt. Hitung energi yang tersimpan pada kumparan jika arus mencapai nilaimaksimum? Penyelesaian = 100 volt R = 20 W Arus maksimum I R 100 volt 5A 20 W L=5H sehingga W = ….? W 1 1 L I 2 (5 H )(5 A) 2 2 2 63 J Jadi, energi yang tersimpan pada kumparan adalah 63 J Hal.: 27 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif TRANSFORMATOR Keterangan: Vp = tegangan primer (volt) Ip = arus listrik primer (A) Vs = tegangan sekunder (volt) Is = arus listrik sekunder (A) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Hal.: 28 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif TRANSFORMATOR Efisiensi transformator P1 x100% P2 Keterangan : = transformator P1 = daya primer (watt) P2 = daya sekunder (watt) Hal.: 29 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif LATIHAN 1. Salah satu kutub sebuah magnet digerakkan masuk ke dalam sebuah kumparan. Arah arus induksi yang timbul pada kumparan berlawanan dengan arah putaran jarum jam. a. kutub apa yang dimasukkan? b. bagaimana arah arus induksi jika magnet ditarik keluar? 2. Jelaskan prinsip kerja generator dan apa perbedaan antara generator arus bolak-balik dengan generator arus searah? 3. 8W 24 volt Hal.: 30 4H S Pada rangkaian seperti gambar di samping, tentukan tetapan waktu rangkaian dan energi yang tersimpan pada induktor, ketika arus mencapai nilai maksimum? Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif Hal.: 31 Isi dengan Judul Halaman Terkait Adaptif
