Magnet Dan Elektromagnet

MAGNET DAN ELEKTROMAGNET

RINGKASAN MATERI

v      Percobaan Oersted

Pada percobaannya Oersted menemukan hubungan antara sifat kemagnetan dan kelistrikan dengan menggunakan rangkaian sederhana yang dilengkapi magnet jarum. Dapat disimpulkan bahwa di sekitar kawat berarus listrik akan timbul medan magnetik yang besar dan arahnya bergantung pada besar dan arah arus yang mengalir. Untuk menentukan arah medan magnetik dari sebuah kawat berarus listrik dapat digunakan kaidah tangan kanan pertama yaitu arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik dan arah lipatan jari-jari yang lainnya menunjukkan arah putaran garis-garis medan magnetnya.

v      Hukum Biot-Savart

Medan magnet adalah besaran vektor. Medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus dirumuskan dengan:

B =

Dimana:      B = kuat medan magnet (Wb/m2 atau tesla)

= permeabilitas medium dari medan magnet  = 4π x 10-7 Wb/A.m

I = kuat arus listrik (A)

a = jarak titik yang diamati ke kawat (m)

v      Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar Berarus

Induksi magnet di pusat lingkaran dirumuskan dengan:

B =

Sedangkan untuk suatu kumparan tipis dengan N buah lilitan:

B =

v      Medan Magnet di Pusat dan di Ujung Solenoida

Induksi magnet di tengah solenoida:

B = µ0In

Dimana:      n = jumlah lilitan per satuan panjang

Induksi magnet di ujung solenoida:

B =

v      Induksi Magnet pada Sumbu Toroida

Induksi magnet pada sumbu toroida:

B = µ0In

v      Gaya Lorentz

Gaya Lorentz dirumuskan dengan:

F = B I l sinθ

Dimana:      F = gaya Lorentz (N)

B = medan magnet

I = kuat arus

l = panjang kawat penghantar

θ = sudut yang dibentuk kawat penghantar terhadap B

Untuk muatan yang bergerak dalam medan magnet akan mengalami gaya Lorentz sebesar:

F = q v B sin θ

Dimana:      q = besarnya muatan (C)

v = kecepatan muatan

θ = sudut antara arah gerakan muatan terhadap medan B

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan kedua yaitu :

-        Telapak tangan kanan dibuka, jari-jari dirapatkan kecuali ibu jari.

-        Ibu jari sebagai arah arus, jari-jari lainnya adalah arah induksi magnet

-        Arah telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz

-        Sudut θ adalah sudut yang dibentuk oleh ibu jari dengan jari-jari lainnya.

Untuk muatan yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet akan membentuk lintasan berupa lingkaran sehingga gaya Lorentz yang mempengaruhinya akan sama besarnya dengan gaya sentripetal yang dialami sehingga diperoleh jari-jari lintasan yang besarnya:

R =

Dimana:      q = besarnya muatan (C)

v = kecepatan muatan (m/s)

m = massa muatan/partikel (kg)

B = medan magnet homogen

R = jari-jari lintasan (m)

Gaya Lorentz pada dua kawat sejajar dirumuskan dengan:

=

Dimana:      I = kuat arus yang mengalir pada masing-masing kawat

l = panjang kawat

a = jarak kedua kawat

v      Sifat Kemagnetan Suatu Bahan

Berdasarkan sifat magnetnya, benda yang ada di sekitar kita dapat digolongkan menjadi benda magnetik dan nonmagnetik. Sifat ini muncul sebagai akibat dari susunan magnet elementer yang terdapat di dalam benda tersebut.

v      Kuat Medan Magnetik dalam Kumparan

Jika pada sebuah solenoida dialirkan arus listrik maka dalam solenoida tersebut akan timbul induksi magnet atau kuat medan magnet.

v      Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya arus dan tegangan yang dibangkitkan melalui perubahan medan magnet terhadap waktu.

Arah arus induksi dalam suatu penghantar dapat ditentukan dengan hukum Lenz yang berbunyi: arah arus induksi dalam suatu penghantar sedemikian rupa sehingga menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan garis gaya yang menimbulkannya.

v      Gaya Gerak Listrik Induksi (GGL Induksi)

GGL induksi timbul karena adanya suatu penghantar berarus listrik yang digerakkan di dalam medan magnet. Energi listrik yang ditimbulkan adalah:

W = I ε t

Dan besarnya ggl induksi dirumuskan dengan:

ε = – B l v

dimana:      ε = ggl induksi (volt)

W = energi listrik (J)

t = waktu (s)

B = medan magnet (tesla)

l = panjang penghantar (m)

v      Fluks Magnetik

Fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang dilingkupi oleh luas daerah tertentu dalam arah tegak lurus.

φ = B A

dengan A = l s

dimana:      φ = fluks magnet (Wb)

B = rapat garis gaya magnet atau medan magnet (Wb/m2)

A = luas daerah yang melingkupi medan magnet B (m2)

Besarnya ggl induksi jika dihubungkan dengan fluks magnet dirumuskan dengan hukum Faraday yang berbunyi:

Besar ggl induksi yang terjadi dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupinya. Secara matematis:

ε = -

dimana:      Δφ = perubahan fluks magnet (Wb)

Δt = selang waktu (s)

Untuk kumparan dengan N jumlah lilitan:

ε = -N

Tanda negatif menunjukkan persesuaian arah dengan hukum Lenz

SOAL-SOAL

  1. Tentukan besar induksi magentik pada jarak 5 cm dari pusat sebuah kawat lurus berarus listrik 30 A! (µo = 4π x 10-7 Wb/A.m)
  2. Tentukan besar induksi magnetik pada jarak 15 cm dari pusat sebuah penghantar lurus berarus 45 A!
  3. Dua buah kawat lurus dialiri arus sebesar 3 A dan saling berlawanan arah. Jarak keduanya adalah 0,5 m. Sebuah titik P berada di antara kedua kawat tersebut pada jarak 0,4 m dari salah satu kawat. Tentukan besar induksi magnetik di titik P!
  4. Dua kawat lurus sejajar terpisah pada jarak 20 cm dan setiap kawat berarus  15 A. Sebuah titik A sebidang dengan kawat-kawat tersebut, berada 4 cm jauhnya dari salah satu kawat dan 16 cm dari kawat lainnya. Tentukan induksi magnetik di titik A jika arus dalam kawat-kawat itu:
    1. Searah
    2. Berlawanan arah
  5. Induksi magnetik di pusat kawat lingkaran berarus listrik 7,5 A dan terdiri atas 4 lilitan adalah 2π x 10-5 tesla. Berapa cm jari-jari kawat tersebut?
  6. Sebuah kumparan lingkaran berdiameter 40 cm, terdiri atas 150 lilitan kawat. Besar induksi magnetik di pusat kumparan 2,5 x 10-3 tesla. Tentukan arus yang melalui kumparan itu!
  7. Sebuah solenoida yang panjangnya 60 cm dan diameternya 2 cm terdiri atas 2400 lilitan. Jika solenoida dialiri arus 5 A, berapakah besar induksi magnetik:
    1. Di pusat solenoida
    2. Di ujung solenoida
  8. Suatu solenoida yang panjangnya 2 meter memiliki 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Solenoida itu dialiri arus sebesar 0,5 A. Tentukan besar induksi magnetik:
    1. Di pusatsolenoida
    2. Di ujung solenoida
  9. Sebuah toroida jari-jari efektif 30 cm dialiri arus listrik 0,9 A. Dengan teslameter dapat diukur induksi magnetik di sumbu toroida sebesar 21 x 10-6 Wb/m2. Berapa banyak lilitan toroida itu?
  10. Seutas kawat yang panjangnya 2 m dialiri arus listrik sebesar 50 A. Kawat diletakkan dalam medan magnetik serba sama 0,03 tesla yang membuat sudut 30o terhadap kawat. Berapa besar gaya yang bekerja pada kawat?
  11. Dua utas kawat panjang dan sejajar terpisah 0,3 m satu dengan yang lainnya. Kedua kawat dialiri arus yang searah masing-masing 30 A dan 20 A. Tentukan gaya yang bekerja pada kawat per 1 m panjang kawat!
  12. Dua penghantar lurus panjang dan sejajar terpisah 90 mm satu sama lain dialiri arus masing-masing 2 A dan 4 A dalam arah yang sama. Tentukan gaya yang dialami tiap-tiap kawat per 0,2 m panjang kawat!
  13. Sebuah elektron bergerak di dalam suatu gaya magnet serba sama sebesar 0,2 T. Arah gerak elektron membuat sudut 60o terhadap arah medan magnetik. Berapa besar kecepatan gerak elektron bila elektron mengalami gaya sebesar 64 x 10-14 N? (muatan 1 elektron = 1,6 x 10-19 C)
  14. Sebuah elektron yang kecepatannya kali cepat rambat di udara memotong tegak lurus medan magentik homogen dengan induksi magnetik 1/8 x 10-3 Wb/m2. Berapakah besar gaya Lorentz yang bekerja pada elektron itu? (muatan 1 elektron = 1,6 x 10-19 C dan c = 3,8 x 108 m/s)
  15. Induksi magnet homogen B = 2 x 10-2 Wb/m2 tegal lurus masuk bidang kertas. Kawat PQ panjangnya 0,5 m digerakkan dengan kelajuan 100 m/s. Tentukan besarnya ggl induksi yang timbul pada kawat PQ!
  16. Suatu kumparan dengan 500 lilitan diberikan medan magnet. Apabila terjadi perubahan fluks magnet sebesar 2 x 10-3 weber dalam waktu 1 sekon, tentukan besarnya gaya gerak listrik induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan itu!
  17. Sebuah transformator step down mempunyai efisiensi 80%. Jumlah lilitan primernya 1000 lilitan dan lilitan sekundernya 500 lilitan. Apabila daya yang diberikan pada primernya 2000 watt dan kuat arus 4 ampere, tentukanlah:

a.  daya pada sekundernya

b.  kuat arus pada sekundernya

  1. Kawat PQ panjangnya 0,5 m berada dalam induksi magnet B = 0,5 Wb/m2. Kawat PQ digerakkan dengan kecepatan v = 4 m/s. Apabila hambatan R = 10 ohm tentukan kuat aurs yang lewat pada R!
  2. Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000. Fluks magnet yang menembus penampang kumparan tersebut selalu berubah sebesar 0,05 weber dalam waktu 1 sekon. Berapa besar ggl induksi yang dapat dihasilkan oleh kedua ujung kumparan tersebut?
  3. Sebuah transformator dengan tegangan primer 220 volt dan tegangan sekunder 22 volt. Arus pada primernya 0,1 ampere. Apabila efisiensi transformator tersebut sebesar 60% tentukanlah arus pada sekundernya!

Sumber:

  1. Pintar Fisika 3, Kamajaya dan Djatirman, Ganeca Exact, tahun 2003
  2. Pintar Fisika 2, Kamajaya, Ganeca Exact, tahun 2003
  3. Fisika 3 A, Marthen Kanginan, Erlangga tahun2004
  1. Belum ada komentar.
  1. No trackbacks yet.

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: