Uploaded by User51097

Modul 5 Fis 2

advertisement
Modul 5. Fisika Dasar II
I. MEDAN MAGNET
Tujuan Instruksional Khusus
Mahasiswa diharapkan dapat memahami pentingnya penggunaan Hukum Ampere
dalam menghitung besarnya induksi magnet.
II. Materi
MEDAN MAGNET
2.1 Hukum Ampere
2.2 Torsi pada Loop Arus
2.3 Efek Hall
2.4 Bahan magnet
III.Pembahasan
2.1 Hukum Amper
Pada penjelasan mengenai induksi magnet oleh kawat lurus berarus menyatakan ,
bahwa :
-
vektor B di sekitar kawat lurus berarus arahnya mengelilingi kawat tersebut
-
Besarnya vektor B di sepanjang lingkaran dengan jari-jari tertentu yang
berpusat pada kawat berharga konstan
Untuk menentukan induksi magnet
dapat menggunakan hukum Ampere.
Jika kita memiliki suatu lengkungan tertutu C yang mengelilingi suatu kawat berarus i.
hokum ampere menyatakan bahwa dalam ruang vakum integral garis adalah
diperoleh persamaan sebagai berikut :
atau
, maka
( 6.1 )
Menurut Hukum Ampere untuk menentukan B di dalam solenoida adalah sebagai
berikut :
dapat dianggap hanya terdapat di dalam solenoida dan searah dengan
sumbu solenoida (Gambar 6.1 ) .Disini i adalah arus yang terkandung di dalam
lengkunga abcda . maka
,
dapat ditulis sebagai berikut :
tegak lurus
dan
karena pada cd induksi
magnet nol. Sehingga diperoleh
sejajar
karena pada ab,
yatu sudut antaranya adalah θ sama dengan nol. Dimana
atau
.
adalah panjang garis ab . Arus i yang terkandung dalam lengkungan abcda dapat
ditentukan berikutnya. Bila sepanjang seluruh solenoida terdapat N buah lilitan yang
sama rapatnya, dan tiap lilitan dialiri arus i. Sehingga arus dalam tiap satuan panjang
solenoida adalah NI/ L. Karena lengkungan ab memiliki panjang
, maka arus i
yang terkandung didalamnya ialah :
, maka
Jika n = N/L , diperoleh persamaan untuk Solenoida adalah sebagai berikut :
(
6.2 )
B
a
d
b
c
Gambar 6.1 Medan magnet B
di dalam Solenoida
Untuk menentukan besarnya medan magnet B di dalam suatu Toroida (Gambar 6.2 )
sebagai berikut :
atau
(6.3 )
P
Gambar 6.2 Toroida berarus I , Arah
medan di dalam
kumparan berhimpit
dengan garis singgung
di setiap titik.
I masuk
I
keluar
Contoh 1 :
Solenoida tipis dengan panjang 10 cm memiliki jumlah lilitan sebanyak 400 lilitan
kawat dan membawa arus 2 Ampere. Hitung medan di dalam di dekat pusat .
Penyelesaian :
Jumlah lilitan persatuan panjang
Contoh 2 :
Sebuah kumparan datar yang terdiri dari 40 lilitan berdiameter 32 cm. Berapakah
arus yang harus melaluinya agar pada titik pusat kumparan timbul medan dengan
besar rapat fluksnya 3x10-4 W/m2 ?
Penelesaian :
atau
jadi
2.2 Torsi pada Loop Arus; Momen Magnet
Suatu arus listrik mengalir pada loop kawat tertutup yang diletakkan dalam medan
magnet ( Gambar 6.3 ). Pada loop berarus tersbut bekerja momen gaya atau torsi
magnet untuk memutar loop.
i
F1
b
F2
i
B
a
Gambar 6.3 Loop berarus dalam medan magnet
Gaya pada sisi yang segaris dengan medan magnet B bernilai nol, sedangkan sisi
yang tegak lurus dengan B besarnya sama. F1 = F2 = i b B dengan arah yang
berlawanan dan terpisah pada jarak a. Momen tersebut dapat dinyatakan sebagai
berikut :
(
6.4 )
A = luas loop
Jika A dan B membentuk Sudut q ( Gambar 6.4 ), maka momen kopel yang bekerja
pada loop berarus adalah :
(
6.5 )
disebut momen ( dipole) magnetik atau dilambangkan dengan m
Vektor
,dapat
dinyatakan dengan persamaan sebagai beikut :
(
6.6 )
Dari persamaan ( 5.5) dan ( 5.6 ) , diperoleh persamaan :
(
6.7 )
F1
m
B
F2
Gambar 6.4 Kawat segiempat berarus bersudut q terhadap B
2.3 Efek Hall
Ketika konduktor pembawa arus tertahan pada medan magnet, medan memberikan
gaya menyamping pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor. Pada
gambar 6.5 elektron-elektron bergerak ke kanan konduktor persegi panjang ,
sehingga medan magnet akan memberikan gaya ke bawah pada elektron-elektron
. Beda potensial pada permukaan R dan S akan bertambah tinggi
dan medan listrik EH memberikan gaya e EH pada muatan-muatan yang sama dan
berlawanan dengan gaya magnet. Efek ini disebut efek Hall.
x
R
x
x
x
x
+ + + + + + + + + +
FH
S
- - - - - - - - - -
x
x
x
x
x
Gambar 6.5 Efek Hall dimana muatan
negatip bergerak ke kanan
dan
muatan positip bergerak ke
kiri
R
- - - - - - - - - Å
FH
S
+ + + + + + + +
Pada kesetimbangan, gaya yang disebabkan oleh medan listrik diimbangi oleh gaya
magnet
,
sehingga
persamaan
diperoleh
sebagai
berikut
atau
:
( 6.8 )
2.4 Bahan Magnet
Sifat magnetik bahan sebagian besar berasal dari gerak orbital elektron dan besaran
yang disebut spin. Telah dibahas sebelumnya bahwa arus yang membentuk loop
menghasilkan momen magnet
m
. Akibat adanya gerak orbital electron , maka
atom-atom memiliki momen dipol magnet permanen. Besara-besaran inilah yang
menentukan sifat dari magnetik bahan.
Pada prinsip Pauli, menyatakan bahwa pada hal tertentu atom-atom bahan secara
keseluruhan tidak memiliki momen dipole magnetik permanent yang disebut bahan
diamagnetik.
Bahan Diamagnetik dibedakan menjadi dua bagian, yaitu : bahan
Paramagnetik dan bahan Feromagnetik.
Momen dipol bahan Paramagnetik berarah acak, sehingga jumlah momen dipol
magnet dalam seluruh bahan berharga nol. Sedangkan untuk bahan Feromagnetik ,
jika sebelumnya pernah mengalami medan magnet luar maka jumlah momen
magnetnya tidak nol.
Kuat lemahnya reaksi suatu bahan terhadap medan magnet luar yang mengenainya
dinyatakan dengan besaran yang disebut suseptibilitas ( kepekaan ) magnetik yang
dinyatakan dengan symbol c
m
. Jumlah momen magnet per satuan volume disebut
sebagai magnetisasi M. Besaran medan magnet dinyatakan dengan H, maka :
(6.9
)
Sifat-sifat magnetik dinyatakan sebagai berikut :
-1 < c
c
m
0 < c
c
m
> >
<
m
0
: bahan diamagnetik
= 0 : bahan non magnetik ( ruang hampa )
m
<
1
1
: bahan paramagnetik
: bahan feromagnetik
Hubungan antara induksi magnetik B dan intensitas magnet H dinyatakan oleh
persamaan :
(
6.10 )
Dari persamaan ( 5.9 ) dan ( 5.10 ) diperoleh :
atau
(6
11 )
m
adalah permeabilitas magnetik .
Contoh 3 :
Pita tembaga panjang yang lebarnya 1,8 cm dan tebal 1 mm diletakkan pada medan
magnet 1,2 Tesla. Jika arus tetap 15 Ampere melewatinya, ggl Hall diukur sebesar
1,02 m
Volt. Tentukan kecepatan alir electron dan kecepatan electron ( penghantar )
bebas ( jumlah satuan per volume ) pada tembaga.
Penelesaian :
Contoh 4 :
Suatu Toroida dengan 300 lilitan/m dialiri arus listrik sebesar 5 Ampere. Jika ruang di
dalam kumparan toroida diisi dengan besi yang mempunyai permeabilitas magnetic
sebesar 5000
. Hitunglah B , H dan M di dalam besi tersebut .
Penyelesaian:
Tugas-tugas
1.Kawat lurus sepanjang 15 cm berarus 6 A berada dalam medan homogen
yang diinduksi magnetiknya 0,4 Tesla. Berapa gaya yang diderita kawat ,
jika
kawat :
a. tegak lurus medan
b. membentuk sudut 30 o dengan medan
2. Solenoida ( dalam udara ) sepanjang 50 cm terdiri atas 4000 lilitan. Dengan
arus 0,25 A yang mengalir, Hitunglah B didalam solenoida tersebut .
3. Sebuah kumparan datar dengan lilitan berdiameter 10 cm terdiri dari 25
lilitan . Dengan arus 4 A dalam kawatnya. Berapa induksi magnetik B yang
ditimbulkan pada titik pusat kumparan ?
4. Toroida ( dalam udara ) dengan jari-jari 5 cm terdiri dari 750 lilitan .
Berapaarus yang mengalir dalam lilitan agar rapat fluks pada titik lingkaran
Toroida sebesar 1,8x10- 3 Tesla ?
Daftar Pustaka
1. Giancoli,' Fisika 2 ‘
, Penerbit Erlangga,edisi ke lima, Jakarta,2001
2. Drs.Soeharto,' Fisika Dasar II ‘
, Pt Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1995
3. Frederick J.Bueche,'Fisika', Edisi ke delapan, Erlangga,1997
Download
Random flashcards
Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Nomor Rekening Asli Agen De Nature Indonesia

2 Cards denaturerumahsehat

Tarbiyah

2 Cards oauth2_google_3524bbcd-25bd-4334-b775-0f11ad568091

PENGANTAR ILMU EKONOMI

2 Cards junianto97

Create flashcards