LATIHAN MEDAN MAGNET 1
advertisement
LATIHAN MEDAN MAGNET 1 1. Dua buah kawat penghantar lurus sejajar dilairi arus listrik seperti tampak pada gambar. Tentukanlah letak titik P yang induksi magnetiknya sama dengan nol ! 2. Dua buah kawat sejajar dialiri arus I1 = 0,9 A dan I2 = 1,6 A tegak lurus bidang datar dengan arah yang sama. Jarak antara kedua kawat 5 cm. Jika sebuah titik P berada 3 cm dari kawat berarus I1 dan 4 cm dari kawat I2, maka besar induksi magnetik dititik P adalah ! 3. Empat penghantar panjang yang sejajar dialiri arus listrik yang sama besar I = 5 A. Titik pusat keempat kawat membentuk bujur sangkar seperti tampak pada gambar. Arah arus pada titik A dan B adalah masuk bidang kertas (ditunjukkan oleh tanda ) dan dititik C dan D keluar dari bidang gambar (ditunjukkan oleh tanda ). Tentukanlah besar induksi magnetik dititik P yang terletak dipusat bujur sangkar dan nyatakan arahnya! 4. Penghantar seperti yang tampak pada gambar adalah sangat panjang dan dialiri kuat arus listrik I. Tentukanlah besar dan arah induksi magnetik di titik P! 5. Penghantar ABC dengan bentuk seperti yang tampak pada gambar, dialiri arus listrik I = 10 A. Berapakah besar dan ke mana arah induksi magnetik di titik D? LATIHAN 2 1. Titik A adalah pusat lingkaran yang jari – jarinya 2 cm. Berapa besar induksi magnetik dititik A bila kuat arus yang mengalir 40 A? 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Dua buah konduktor berbentuk setengah lingkaran dengan jari – jari a = 5 cm dan b = 10 cm dialiri oleh arus listrik I = 4 A seperti tampak pada gambar. Hitunglah besar induksi magnetik total yang timbul di titik pusat (A)! Suatu penghantar yang dialiri arus listrik I = 3 A ditekuk hingga memiliki bentuk seperti pada gambar. Jika sudut APB = 300 dan panjang penghantar PABP adalah 1,2 m, tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P! Arus listrik sebesar I = 20 A mengalir melalui penghantar yang bentuknya seperti tampak pada gambar. Bila a = 30 mm dan b = 50 mm, tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P, pusat kedua busur lingkaran ! Suatu penghantar ditekuk sedemikian sehingga bentuknya seperti tampak pada gambar. Titik P adalah pusat kedua busur lingkaran. Tentukanlah besar induksi magnetik di titik P! Kawat penghantar yang ditekuk sehingga bentuknya seperti pada gambar dialiri arus listrik I ampere. Titik P adalah pusat busur lingkaran yang berjari – jari a meter. Tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P! Suatu penghantar yang membentuk loop seperti tampak pada gambar dialiri arus listrik I ampere. Titik P adalah pusat busur lingkaran yang berjari – jari a meter. Tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P! Kawat berupa lingkaran dengan jari – jari a = 6 cm terdiri dari 100 lilitan dialiri arus listrik sebesar 40 A. Tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P yang terletak di sumbu lingkaran pada jarak b = 8 cm dari titik pusat O seperti tampak pada gambar ! 9. Dua buah konduktor berbentuk lingkaran dengan jari – jari yang sama 10 cm dipasang berhadapan pada jarak 10 cm. Bila konduktor dialiri arus I = 20 A, tentukanlah besar induksi magnetik total yang terjadi di titik P! 10. Dua buah konduktor berbentuk lingkaran dipasang berhadapan secara sejajar dengan jarak 8 cm satu sama lain. Kedua konduktor memiliki jari-jari yang sama, 6cm dan dialiri oleh arus listrik yang sama besarnya 3 A. Hitunglah besar induksi magnetik dipusat lingkaran salah satu kawat bila (a) arah arus pada kedua konduktor sama dan (b) arah arus pada kedua konduktor berlawanan ! 4. LATIHAN 3 1. Suatu solenoida yang cukup panjang mempunyai panjang 25cm, jari – jari 1 cm dan terdiri dari 75 lilitan. Bila solenoida dialiri arus 2 A, hitunglah induksi magnetik di tengah – tengah (pusat) dan diujung solenoida. 2. Sebuah solenoida yang panjangnya 20 cm mempunyai 200 lilitan. Induksi magnetik dipusat solenoida 2 x 10-4 T. Hitunglah kuat arus listrik yang mengalir pada kawat solenoida tersebut ! 3. Sebuah toroida terdiri dari 1000 lilitan dan berjari – jari 12 cm. Pada toroida mengalir arus listrik 15 A. Hitunglah besar induksi magnetik di dalam toroida tersebut ! 3. Sebuah toroida berjari – jari 30 cm dialiri arus listrik sebesar 0,9 A. Jika induksi magentik di sumbu toroida 24 x 10-6 T, tentukanlah banyaknya lilitan toroida tersebut ! LATIHAN 4 1. 2. Sebuah kawat yang panjangnya 20 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetik. Jika rapat fluks magnetiknya 0,1 tesla dan arus yang mengalir melalui kawat 30 A tentukanlah gaya Lorenz yang dialami kawat ! Sepotong kawat sepanjang 2 m memiliki massa 37 gram. Kawat terentang horizontal memotong medan magnet 0,075 T yang juga horizontal tetapi membentuk sudut 400 terhadap kawat. Berapakah kuat arus yang harus mengalir dalam kawat untuk mengimbangi gaya gravitasi ? Kawat listrik yang sangat panjang membentang sepanjang khatulistiwa, sedangkan medan magnet bumi mengarah horizontal dari selatan ke utara dengan induksi magentik B = 0,5 G (ingat : 1 G (gauss) = 10-4 T). Jika kawat listrik dialiri arus 500 A dari barat ke timur, tentukan gaya magnet pada kawat sepanjang 1 km. LATIHAN 5 1. Dua buah penghantar lurus yang sejajar memiliki jarak 5 cm satu sama lain. Kedua penghantar dialiri oleh arus listrik yang sama besar 2. 3. 4. sehingga terjadi gaya magnetik per satuan panjang antara kedua penghantar sebesar 10-4 N. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir pada masing – masing kawat ? Sebuah model kawat ABCD yang berarus I2 = 25 A diletakkan pada jarak tertentu terhadap suatu kawat lurus panjang berarus I1 = 10 A seperti tampak pada gambar. Berapa besar gaya yang bekerja pada kawat ABCD? Sebuah kawat alumunium sepanjang 1,6 m bermassa 0,2 kg terletak di atas rel penghantar seperti pada gambar. Induksi magentik B = 0,05 T dan koefisien gesek statik antara kawat alumunium dengan rel s = 0,45.(a) Berapakah kuat arus listrik yang diperlukan agar kawat alumunium tepat akan bergerak ? (b) Ke mana arah kawat akan bergerak ? Sebatang tembaga yang panjangnya 0,85 m dihubungkan dengan pegas dan kawat, terletak di atas permukaan meja yang licin seperti pada gambar. Induksi magnetik B 0,16 T dan konstanta gaya pegas k = 75 N/m. (a) Ke mana arah arus listrik pada batang PQ agar pegas meregang ? (b) Jika kuat arus pada PQ adalah 12 A, berapakah peregangan pegas ? 2. 3. 4. 5. LATIHAN 6 1. Sebuah elektron (q = - 1,6 x 0-19 C) bergerak di dalam suatu medan magent serba sama dengan induksi magnetik 0,2 tesla. Arah gerak elektron membentuk sudut 600 terhadap arah garis medan 6. magnetik. Jika elektron mengalami gaya magnetik sebesar 64 3 x 10-14 N, berapakah besar kecepatannya ? Sebuah proton (q = 1,6 x 10-19 C) bergerak dengan kecepatan 3 x 105 m/s melalui suatu medan magnetik yang serba sama dengan induksi magnetik B = 0,2 T dalam arah sumbu z positif seperti pada gambar. Jika proton bergerak pada bidang x dan membuat sudut 300 terhadap sumbu z positif, tentukan besar dan arah gaya Lorenz yang bekerja pada proton ! Sebuah proton ditembakkan sepanjang sumbu X positif dengan kecepatan 6,0 x 104 m/s. Gerak proton melintasi medan magnetik 0,035 T. Tentukan besar dan arah gaya yang bekerja pada proton itu jika garis – garis gaya magnetik berarah ke(a) sumbu X negatif, (b) sumbu Z positif, (b) sumbu Y negatif! Sebuah partikel bermuatan +10C bergerak dengan kecepatan 5000 m/s sejajar dengan kawat yang dialiri arus listrik sebesar 5 A pada jarak 2 cm dari kawat. Tentukan besar dan arah gaya magnetik yang dialami oleh partikel ! Sebuah proton (m = 1,67 x 10-27 kg, q = 1,6 x 10-19 C ) memasuki suatu daerah medan magnetik dengan kecepatan 106 m/s tegak lurus medan magnetik tersebut. Berapa besar induksi magnetik dari medan magentik itu bila jari – jari lintasan proton 4 cm? Sebuah proton bergerak memasuki medan magnetik secara tegak lurus sehingga lintasannya berbentuk lingkaran dengan jari – jari 20 cm. Diketahui besar induksi magnetik B =0,05 T, massa proton 1,67 x 10-27 kg, dan muatan proton 1,6 x 10-19 C. Tentukanlah (a) besar momentum proton dan (b) energi kinetik proton dalam satuan eV! 7. Sebuah siklotron digunakan untuk mempercepat proton hingga memiliki energi kinetik 5 MeV dalam suatu gerak melingkar. Medan magnet dalam siklotron yang tegak lurus arah kecepatan proton memiliki induksi magnetik B = 2 T. Tentukan (a) jari – jari lintasan dan (b) frekuensi gerak melingkar proton (frekuensi ini dinamakan juga frekuensi siklotron) 8. Seberkas partikel alfa (m = 6,4 x 1027 kg, q=3,2 x 10-19 C ) semula dalam keadaan diam, kemudian dipercepat oleh beda potensial 40 kV. Partikel itu melewati medan magnet B = 1 T secara tegak lurus. Berapakah jari – jari lintasan partikel alfa tersebut ? 9. Lintasan partikel didalam sebuah spektrometer massa dengan kuat medan magnet homogen B = 0,2 Wb/m2 berbentuk busur lingkaran, dengan B tegak lurus bidang lingkaran seperti tampak pada gambar. Ion Ca2+(nomor massa Ca = 40) dipercepat melalui medan listrik dengan beda potensial V = 250 volt sehingga memiliki jari – jari lintasan di dalam medan magnet sebesar r = 5 cm. Bila beda potensial V diubah menjadi 1000 volt, maka ion M+ yang memiliki jari – jari lintasan yang sama (r = 5 cm) memiliki nomor massa ! 10. Pasa gambar tampak bahwa partikel bermuatan q bergerak di dalam medan listrik (E = 50 kV/m) dan medan magnet (B = 0,2 T). Berapakah besar kecepatan partikel agar tidak mengalami pembelokan ? (alat ini dinamakan velocity selector). LATIHAN 7 1. 2. 3. 4. 5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan spin elektron? Sebutkan apa saja yang mentukan kemagnetan suatu bahan? Jelaskan apa yang dimaksud dengan domain magnet ? Sebutkan perbedaan bahan feromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik? Apakah yang dimaksud dengan suhu Curie? EVALUASI BAB 8 1. Sebuah kawat lurus panjnag dialiri oleh arus listrik I sehingga menimbulkan induksi magnetik B di sekitar kawat tersebut. Grafik hubungan antara B dengan jarak a terhadap kawat untuk nilai I yang konstan adalah …. A. B. C. D. E. 2. Sebuah penghantar yang dialiri oleh arus listrik I menimbulkan induksi magnetik B pada suatu titik yang berjarak a dari penghantar seperti tampak pada gambar. Jika kuat arusnya diperbesar menjadi 2I, dan jarak dari penghantar menjadi 3a, maka induksi magnetiknya menjadi …. 5. 2 B 3 3 B. B 2 A. 3. C. 2B. D. 3B. E. 6B. Dua kawat lurus sejajar, kawat pertama dialiri arus I = 2 ampere ke atas seperti pada gambar. Agar induksi magnetik di titik P sama dengan nol, maka arus yang mengalir pada kawat kedua adalah …. A. 6 A ke atas. B. 6 A ke bawah. 6. 2 A ke atas. 3 2 D. A ke bawah. 3 3 E. A ke atas. 2 C. 4. Dua kawat yang lurus dan panjang terpisah pada jarak 2a. Kedua kawat dialiri arus sama besar dengan arah yang berlawanan. Induksi magnetik di tengah – tengah antara kedua kawat adalah B. Induksi magnetik di titik yang berjarak a dari kawat pertama dan berjarak 3 a dari kawat kedua adalah …. A. 0 1 B. 3 1 C. B. 2 7. B. D. 2B. 8. E. 3B. Segitiga ABC sama kaki dan siku – siku di titik C. Arus listrik mengalir pada titik A dan B secara tegak lurus pada bidang gambar sesuai dnegan tanda dan dengan IA = IB = 5 A. Tentukanlah besar induksi magnetik dititik C bila AC = BC = 2 cm dan 0 = 4 x 10-7 Wb/A.m. A.5 x 10-5 T. B. 5 x 10-9 T. C. 10-4 T. D. 5 x 10-5 2 T. E. 5 x 10-9 2 T. Tiga potong kawat diletakkan horizontal. Ketiganya saling menyinggung sehingga terbentuk segitiga sama sisi seperti pada gambar. Titik P berada dipusat segitiga tersebut. Bila kuat medan magnetik di P oleh sebuah kawat saja adalah B, bagaimana kuat medan dan arah medan magnetik di P oleh ketiga kawat diatas? A.Kuat medan B, dan arah ke atas. B.Kuat medan 2B, dan arah ke atas. C.Kuat medan B, dan arah ke bawah. D.Kuat medan 2B, dan arah ke bawah. E.Kuat medan 3B, dan arah ke bawah. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran terdiri atas 20 lilitan. Jari – jari lingkaran = 10 cm. Agar induksi magnetik dipusat lingkaran sama dengan 4 x 10-3 T, besar arus listrik yang mengalir haruslah …. A. 1 A. B. 5 A. C. 10 A. D. 50 A. E. 100 A. Arus listrik mengalir pada kawat tidak berhambatan seperti pada gambar. Jika jari – jari lingkaran adalah a, tentukan besarnya induksi magnetik di titik pusat lingkaran…. A.nol. B. C. 0 I 2a 0 I 2a I D. 0 4a 0 I E. 9. 4a Besarnya induksi magnetik di pusat lingkaran adalah …. (0 = 4 x 10-7 Wb/A.m ; = 3,14) A.2,14 x 10-5 T. B.4,14 x 10-5 T. C.5,28 x 10-5 T. D.7,28 x 10-5 T. E. 12,56 x 10-5 T. 10. Arus listrik sebesar 2 A mengalir dalam penghantar berbentuk lingkaran berjari – jari 3 cm, dan terletak pada bidang horizontal. Titik P terletak pada sumbu lingkaran pada jarak 4 cm dari pusatnya. Jika dilihat dari P, arah arus sesuai dengan arah putaran jarum jam, maka besar dan arah induksi magnetik di titik P adalah …. A.2,50 x 10-5 T ke atas. B.3,01 x 10-7 T ke bawah. C.4,50 x 10-7 T ke bawah. D.3,14 x 10-7 T ke atas. E. 2,88 x 10-6 T ke bawah. 11. Suatu solenoida yang panjangnya 2 m dan terdiri dari 800 lilitan. Dan jari – jari 2 cm dialiri arus istrik sebesar 0,5 A. Tentukan besar induksi magnetik di ujung solenoida! A.4 x 10-8 T. B. 8 x 10-7 T. C. 4 x 10-5 T. D. 8 x 10-5 T. E. 2 x 10-4 T. 12. Sebuah solenoida mempunyai panjang 20 cm dan teridri dari 50 lilitan. Jika induksi magnetik di tengah – tengah solenoida 2 x 10-4 T, maka kuat arus yang mengalir pada solenoida …. A.2 x 10-2 A. B.4 x 10-2 A. C.2 A. D.4 A. E.10A. 13. Dalam solenoida panjang mengalir arus yang tetap.Besar induksi magnetik di titik pusatnya adalah B. Jika solenoida direnggangkan sehingga panjangnya dua kali semula, induksi magnetik di titik pusatnya menjadi …. A. B. B 2 B 2 C.B. D.B 2 E.2B. 14. Sebuah kawat lurus panjang terletak tepat pada poros panjang solenoida. Medan magnetik pada solenoida diketahui 4 mT. Jika kawat lurus dialiri arus 60 A, maka medan paduan pada titik 3 mm dari poros solenoida adalah ….(dalam mT). A.4 B.4 2 C.4 3 D.8 E.0 15. Toroida dengan jari – jari 5 cm terdiri dari 750 lilitan. Berapakah arus yang mengalir pada toroida agar induksi magnetik yang terjad di dalam toroida 1,8 x 10-3 T? A.0,3 A. B.0,6 A. C.1,0 A. D.1,8 A. E.2,5 A. 16. Sepotong kawat penghantar yang panjangnya l terletak dalam medan magnetik yang induksi magnetiknya B. Kawat penghantar tersebut dialiri arus listrik sebesar I dengan arah tegak lurus dengan arah garis medan magnetik sehingga kawat mengalami gaya F. Jika panjang kawat diperpendek setengah kali semula dan kuat arus diperbesar dua kali semula, tentukanlah besar gaya yang dialami oleh kawat ! 1 4 1 B. F 2 A. F C.F. D.2F. E.4F 17. Sepotong logam penghantar yang panjangnya 0,2 m dan massanya 0,08 kg digantungkan ke atap ruangan ,melalui dua utas tali tanpa bobot sehingga logam penghantar tergantung horizontal seperti tampak pada gambar. Di dalam ruangan terdapat medan magnetik dari atap ke lantai dengan induksi magnetik B = 75 mT. Bila kuat arus yang mengalir I = 40 A, maka logam penghantar akan menyimpang sehinggga membentuk sudut terhadap vertikal. Tentukanlah besar sudut ! A.300. B.370. C.450. D.530. E.600. 18. Pada dua buah kawat sejajar yang masing – masing dialiri arus listrik yang sama besar, timbul gaya yang besarnya 2 x 10-7 newton. Jarak antara kedua kawat itu 1 meter. Berapakah besar arus yang mengalir dalam setiap kawat ? 1 8 1 B. A. 4 1 C. A. 2 A. A. D.1 A. E.2 A. 19. Suatu kawat horizontal AB yang panjang terletak di atas meja. Kawat CD sepanjang 30 cm terletak vertikal di atas kawat AB dengan ujung C dan D bebas bergerak seperti tampak pada gambar. Arus listrik yang mengalir melalui sistem kawat adalah I = 50 A dengan arah yang sesuai dengan notasi pada gambar. Jika kawat CD memiliki massa per satuan panjang 5 x 10-3 kg/m dan kawat CD dalam keadaan seimbnag, berapakah ketinggian h? A.0,5 cm. B.1 cm. C.2 cm. D.2,5 cm. E.5 cm. 20. Pada gambar tampak tiga kawat lurus, panjang, dan sejajar. Hitung gaya yang dialami bagian kawat C sepanjang 25 cm ! A.0,7 mN ke kanan. B.0,7 mN ke kiri. C.0,3 mN ke kanan. D.0,3 mN ke kiri. E.0,5 mN ke kanan. 21. Pada gambar tampak bahwa kawat lurus pq sangat panjang dan dilalui arus listrik I1 = 10 A dan kawat empat persegi panjang abcd dilalui arus I2 = 5 A. Resultan gaya yang dialami kawat empat persegi panjang abcd dalam mikronewton adalah …. A.20. B.60. C.120. D.180. E.220. (UMPTN ’94) 22. Kawat A,B, dan C seperti pada gambar, masing – masing dialiri oleh arus listrik yang sama besar dengan arah keluar dari bidang gambar (perhatikan tanda ). Besar gaya persatuan panjang yang dialami oleh kawat C adalah …. 0 I 2 3 2a I2 2 B. 0 2a 2 0 I 2 C. a A. D. 0 I 2 a E. 0 I 2 2a 23. Sebuah partikel dengan muatan sebesar 1 C bergerak membentuk sudut 300 terhadap medan magent homogen B = 10-4 tesla yang mempengaruhinya. Kecepatan partikel tersebut 2000 m/s. Besar gaya Lorentz yang dialaminya adalah …. A.nol. B.2 x 10-6 N. C.4 x10-6. D.10-7 N. E.10-8 N. 24. Suatu partikel bermuatan 0,04 C bergerak sejajar dengan kawat berarus listrik 10 A. Jika jarak partikel kawat 5 cm, laju partikel 5 m/s dan 0 = 4 x 10-7 Wb/A.m, maka gaya yang dialami partikel adalah …. A.0 N B.2 N C.4 N D.6 N E.8 N 25. Sebuah elektron (m = 9 x 10-31 kg, dan q = 1,6 x 10-19 C) dari keadaan diam dipercepat oleh beda potensial 8 kV. Elektron kemudian masuk dalam medan magnet homogen B 3 x 10-3 tesla secara tegak lurus. Jari – jari lintasan elektron dalam medan magnet tersebut ….(dalam cm) A.18 B.16 C.14 D.12 E.10 26. Dua buah partikel massanya m1 : m2 = 2 : 1 dan muatannya q1 : q2 = 2 : 1. Kedua partikel itu bergerak melingkar dalam bidang yang tegak lurus medan magnetik homogen. Bila besar momentum kedua partikel itu sama, maka perbandingan jari – jari orbit partikel – partikel itu, r1 : r2 adalah …. A.4 : 1 B.2 : 1 C.1 : 1 D.1 : 2 E.1 : 4 27. Sebuah zarah bermuatan listrik bergerak dan masuk ke dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga lintasannya berupa lingkaran dengan jari – jari 10 cm. Jika zarah lain bergerak dengan laju 1,2 kali zarah pertama, maka jari – jari lingkarannya 20 cm. Ini berarti bahwa perbandingan antara massa per muatan zarah pertama dengan zarah kedua adalah sebagai ….. A.3 : 5 B.4 : 5 C.1 : 2 D.5 : 6 E.5 : 4 28. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan v didalam medan magnet yang induksi magnetnya B. Jika v ada dalam bidang xy membentuk sudut 600 dengan sumbu x dan B sejajar dengan sumbu y, maka lintasan elektron berbentuk …. A.Garis lurus sejajar sumbu y. B.Garis lurus sejajar sumbu x. C.Lingkaran sejajar sumbu y. D.Lingkaran sejajar sumbu x. E.Spiral dengan sumbunya sejajar sumbu y. 29. Sebuah zarah bermuatan listrik bergerak memasuki ruang yang mengandung medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan juga tegak lurus pada kecepatan zarah. Jika besar induksi magnet 0,4 T dan kuat medan listrik 8 x 104 V/m, sedangkan zarah bergerak lurus, maka kecepatan zarah adalah …. A.4 x 10-5 m/s. B.2 x 105 m/s. C.5 x 105 m/s. D.32 x 105 m/s E.5 x 106m/s. 30. Sebuah medan magnet 0,4 T ternyata dapat membelokkan gerak muatan listrik 5 coulomb yang berkecepatan 5 x 104 m/s sehingga mempunyai lintasan berbentuk lingkaran dengan jari – jari 2 cm. Berapa massa ion tersebut ? A.0,8 x 10-6 kg. B.0,8 x 10-4 kg. C.0,4 x 10-6 kg. D.0,4 x 10-4 kg. E.0,5 x 10-4 kg.
