MEDAN MAGNETIK
advertisement
MEDAN MAGNETIK Intro Medan magnet ad. ruang/daerah disekitar magnet/penghantar yg mengangkut arus Oersted (1820) arus sebuah kawat dpt menghasilkan efek magnetik yi arus mengubah arah sebuah jarum kompas Sumber medan magnet: Partikel bermuatan listrikyg bergerak; arus pd kawat elektromagnet Partikel dasar elektron memp.medan magnet instrinsik disekitarnya Definisi B (medan magnet) Jk benda uji bermuatan q0 ditempatkan dlm keadaan diam di titik P dkt magnet permanen tdk ada gaya yg bekerja pd q0 yg hanya dsebabkan ada/tdk magnet Jk q0 ditembakan dg kec v melalui P dkt magnet permanen ada gaya kesamping FB, yg tegaklurus v Jk arah v yg melalui P diubah tp besar v dipertahankan besar FB berubah tp arah selalu tegak lurus v Jk sebuah muatan uji + q0 dg kec v melalui P & jk ada gaya FB yg bekerja pd muatan bergerak tsb, mk sebuah medan magnet B ada/bekerja di titik P B didefinisikan dari gaya listrik Besarnya B: (1) B ad. besaran vektor Satuan B (SI)= tesla, T, (=weber/m2)=N/(A.m) Besarnya gaya jk sudut antara arah kecepatan v & medan magnetik B: (2) F selalu tegak lurus thd v dan jg B, karenanya F merupakan gaya ke samping thd v dan B Ke smua arah v yang lain, besar F selalu proporsional thd v sin Dr. pers (2), mk: Besar F yang bekerja thd partikel di medan listrik proporsional thd muatan dan kec. partikel Gaya magnet nol jk v=0 atau muatan nol Gaya magnet nol jk v sejajar (paralel) atau berlawanan arah (antiparalel) dg B (=0 atau 180o) Gaya magnet max jk v tegak lurus pd B (=90o) Utk semua arah vbesar F sll proporsional thd v sin F dan B selalu tegak lurus F sll tegak lurus arah gerakan kerja yg dilakukan gaya ini terhdp partikel tsb=nol Jk partikel bmuatan mll daerah yg tdpt medan listrik dna medanmagnet, mk F resultan: F=q0E+qvB (Hk. Lorentz) Aturan tangan kanan Ibu jari arah produk utk kec v yg mengarah B, dg membtk sudut diantara keduanya Gb b) utk q (+), FB searah ibu jari Gb c) utk q (-), FB berlawanan ibu jari FB pd partikel bermuatan yg bergerak dg kec v pd medan magnet B sll tegak lurus v & B FB tdk pernah paralel thd v FB tdk mengubah kec v, tp mengubah arah v Garis medan magnet (GMM) Arah medan magnet =induksi magnet dinyatakan dlm GMM Aturan: Garis singgung pd garis medan magnet di setiap titik memberikan arah B di titik tsb Garis induksi sebanding dg besar B Jarak an. garis menggbkan besarnya B; medan magnet kuat jk garis2nya dekat, & >< Semua garis melalui magnet & membtk loop tertutup GMM keluar utara GMM masuk selatan Effect magnetik eksternal terkuat diujung GMM rapat Magnet mempunyai 2 kutub dipol magnetik Kubu >< tarik menarik Gaya magnet pd kawat berarus Arus ad. kump. muatan2 yg bergerak Arus dlm kawat diangkut oleh elektron Krn medan magnet mengerahkan gaya ke samping pd muatan bergerak medan magnet tsb jg mengerahkan gaya ke samping pd kawat berarus Muatan – bergerak ekivalen berlawanan arah dg muatan +; muatan + bergerak searah arus (a) kawat vertikal tanpa arus dg ke-2 ujung tetap berada diantr. 2 kutub vertikal dg arah medan magnet keluar dr surface (b) arus keataskawat menekuk ke kanan (c) arus ke bwh kawat menekuk ke kiri •Kawat dg panjang L & elektron bergerak selama t=L/vd melalui grs xx, mk muatan yg melalui grs xx pd wkt tsb: Gaya magnetik pd kawat lurus L berarus dlm medan B yg tegak lurus thd kawat Jk medan magnet tdk tegak lurus thd kawat, mk sudut antara arah L & B; L ad. panjang kawat yang arahnya sesuai dg arah arus FB selalu tegak lurus thd L & B Contoh soal 1 Kawat tembaga lurus horisontal dilalui arus i=28 A. Tentukan besar dan arah utk medan magnetik B min agar mengimbangi gaya gravitasi thd kawat tsb. Densitas linear kawat (massa per unit panjang) ad. 46,66 g/m Jawab contoh soal 1 Arus keluar dr surface Krn kawat membw arus, gaya magnetik FB akan bekerja pd kawat jk kawat berada di medan magnet B Utk mengimbangi gaya gravitasi ke bwh diinginkan FB keatas Arah FB berhub. dg arah B & panjang kawat L Krn L arahnya horisontal, utk mendpt gaya FB ke atas B harus horisontal ke kanan Besarnya FB: Yg diinginkan FB seimbang dg Fg, mk Diinginkan besar medan magnet min max harga sin ; =90o B diatur agar tegak lurus thd kawat, agar sin =1, shg m/L ad. densitas linear kawat, mk Arah medan magnet ke kanan m ad. massa kawat Momen kakas (torque) pd sebuah loop berarus Aplikasi magnet motor Simpel motor: loop arus tunggal pd medan B Gaya + & - torque pd loop yg mdorong rotasi loop pd pusat aksis Loop segiempat dg sisi a & b, berarus i melalui medan magnet B seragam Loop ditempatkan pd medan magnet shg sisi panjang (1,3) tegak lurus thd arah medan yi. msk surface, tp sisi 2,4 tdk tegak lurus Arah loop pd medan magnet dinyatakan sbg vektor normal n yg tegak lurus thd permukaan loop Utk menentukan arah vektor normal naturan tangan kanan jari2 ditekuk menunjukan arah arus pd suatu titik di loop; ibu jari yg diregangkan menunjukan arah vektor n Loop dilihat dr arah samping (sisi 2) sudut an. vektor normal n dg arah medan magnet B loop berotasi sesuai arah panah Gaya total loop ad. resultan gaya dr 4 sisi Sisi 2 mengarah sesuai arah arus & besarnya b Sudut an L & B utk sisi 2 ad. 90o- Besar gaya pd sisi 2: F4=F2 tp dg arah kebalikan, krnya saling menghilangkan Krn garis kerja 2 & 4 mll pusat loop resultan momen kakas=nol Utk sisi 1&3 L tegak lurus B, shg F1 & F3 masing2 ad. iaB F1 &F3 arah kebalikantdk menggerakan loop Tp ke2 gaya tdk memp garis kerja yg sama shg memp. momen kakas resultan Momem kakas memutar loop vektor normal n berimpit dg arah medan B Besar momen kakas krn F1 &F3, ’ = Jk loop terdir dr N loop koil yg terikat erat, mk: = N ’ = Niab B sin = (NiA) B sin dimana A (=ab) ad. luas area yg dikitari koil Koil berarus yg dtempatkan pd medan magnet akan cenderung berputar shg arah loop normal sama dg arah medan magnet Momen dipol magnetik () pd koil Torque memutar koil berarus jk berada di medan magnetkoil berfungsi sbg magnet batang di medan magnet Koil berarus dipol magnetik Utk menentukan torque pd koil krn medan magnetmomen dipol magnet pd koil Arah sesuai vektor normal n thd permukaan koil Menentukan arah tepatkankan koil pd tangan kanan; arah arus arah jari; ibu jari yg diregangkan arah Besar Satuan = A.m2 N=jml loop koil; A=luas yg dibatasi oleh tiap loop koil Torque pd koil krn medan magnet Sudut antara dan B Dipol magnetik di medan magnet eksternal memp. energi potensial magnetik yg tergantung arah dipol di medan listrik Arah energi magnetik dipol max & min pd medan magnet luar B Arah i menentukan arah momen dipol magnetik (aturan tangan kanan vektor normal) Energi dipol magnetik min pd saat arah momen dipol sejajar dg medan magnet Energi dipol magnetik max pd saat arah momen dipol berlawanan dg arah medan magnet U dlm Joule (J) B dlm tesla (T) dlm (J/T) atau (A.m2) Jk momen kakas yg bekerja (krn agen dr luar) merotasi dipol magnetik dr arah i ke arah f Wa dilakukan thd dipol oleh torque tsb Jk dipol stationari seblm & sesdh perub.arah, mk Contoh soal 2 Koil dg 250 loop, A 2,52 x10-4 m2 serta arus 100 A diletakan diam pd medan magnet seragam B=0,85 T dg momen dipol magnet awal ad. sejajar dg B. 1)Tentukan arah arus pd koil 2) Brp kerja torque yg diaplikasikan oleh agen dr luar thd koil utk merotasi 90o dr posisi semula shg tegak lurus thd B & koil pd posisi diam kembali Jawab contoh soal 2 1) Aturan tangan kanan bayangkan menggenggam koil dg tangan kanan dan ibu jari direnggangkan keluar. Ibu jari menunjukan arah . Arah jari yg menggenggam koil ad. arah arus di koil. Krnnya pd kawat dekat sisi koil, arus mengalir dr atas ke bawah 2) Wa dilakukan oleh torque sama dg perub.energi potensial koil krn perub. arah Krn mk