Salam dunia Pendidikan......
MEDAN MAGNET
• Adanya medan magnet di dalam ruang dapat ditunjukkan
dengan mengamati pengaruh yang ditimbulkan.
- Bila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik maka benda tersebut mengalami gaya.
- Bila di ruang terdapat partikel/benda bermuatan, maka benda tersebut mengalami gaya.
• Medan magnet merupakan besaran vektor,
adapun kuat/lemahnya medan tersebut ditunjukkan oleh intensitas
magnet (H).
• Efek medan magnet disebut induksi magnetik (B),
juga merupakan besaran vektor.
• Hubungan antara H dan B :
B = mo H
dengan
:B = induksi magnetik, satuan dalam SI = Weber/m2 atau Tesla
H = intensitas magnet
mo = permeabilitas = 4p x 10-7 Wb/A.m (udara)
GARIS GAYA DAN FLUKS MAGNETIK
f =
B A cos q
f = fluks magnetik (weber)B = induksi magnetik A = luas bidang yang ditembus garis gaya magnetik q = sudut antara arah garis normal bidang A dan arah B |
Catatan:
- Bila
arah garis induksi magnetik tegak lurus pada bidang gambar,
maka arah tersebut dinyatakan dengan:
tanda .......................................... bila mendekati pembaca
tanda xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx bila menjauhi pembaca
- Rapat
garis gaya di suatu titik menyatakan besaran induksi magnetik
(B) di titik itu.
TIMBULNYA MEDAN MAGNET
- MEDAN MAGNET OLEH BENDA MAGNETIK
Suatu magnet (misalnya magnet batang) akan menimbulkan medan magnet di sekitarnya. Arah garis magnetiknya adalah dari kutub U menuju ke kutub S.
Gbr. Medan Magnet Oleh Benda Magnetik
- MEDAN
MAGNET OLEH MUATAN BERGERAK
Oersted: perpindahan muatan listrik (arus listrik) akan menimbulkan medan magnet di sekitarnya.
Gbr. Medan Magnet Oleh Muatan BergerakArah medan magnet B ditentukan dengan kaidah sekrup putar kanan atau tangan kanan
Besarnya induksi magnetik B di suatu titik yang ditimbulkan oleh suatu kawat berarus I (HUKUM BIOT SAVART) adalah:
B = k [(I l sin q) / r2]
k = 10-7 = mo / 4p
- MEDAN
MAGNET OLEH KAWAT LURUS BERARUS
Kawat penghantar yang sangat panjang den lurus terletak pada sumbu-x serta dialiri arus listrik L. Arah B pada beberapa titik di sumbu-y dan z terlihat pada gambar (mengikuti kaidah tangan kanan) sedangkan besarnya adalah:
Gbr. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus BerarusB = (mo I)/(2 p a)
a = jarak suatu titik terhadap kawat
- MEDAN
MAGNET OLEH KAWAT MELINGKAR BERARUS
Sebuah kawat penghantar berbentuk lingkaran (jari-jari = a) dialiri arus I maka besarnya induksi magnetik di pusat lingkaran O:
Gbr. Medan Magnet Oleh Kawat Melingkar BerarusB = mo I / 2a
B = N mo I / 2a
N = jumlah lilitan
Besar induksi magnetik di titik P:B = mo I sin q / 2r2
- MEDAN
MAGNET OLEH SOLENOIDA DAN TOROIDA
SOLENOIDA adalah kumparan kawat berbentuk tabung panjang dengan lilitan yang sangat rapat.
Gbr. Medan Magnet Oleh Solenoida
Induksi magnetik di tengah solenoida:
Bo = m I n = m I N / L
m = permeabilitas bahan = mo. km
km = permeabilitas relatif
Induksi magnetik di ujung solenoida:
Bp = m I n / 2 = m I N / 2L = Bo/2
TOROIDA adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya berbentuk lingkaran.
Gbr. Medan Magnet Oleh ToroidaInduksi magnetik di sumbu toroida:
Bo = m I n = m I N / 2 p Rn = jumlah lilitan per satuan panjang = N/L
L = 2 p R = panjang keliling lingkaran
PENGARUH MEDAN MAGNET
- PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP MUATAN BERGERAK
Sebuah partikel bermassa m bermuatan listrik q yang bergerak dengan kecepatan v di dalam medan magnet dengan induksi magnetik B. akan mengalami Gaya Lorentz F sebesar
F = q v B sin q
q = sudut yang dibentuk oleh arah gerak muatan dengan arah induksi magnetik
Bila q = 90º (v ^ B) maka F = q v B. Karena F selalu tegak lurus terhadap v. maka lintasan partikel bermuatan merupakan lingkaran dengan jari-jari R sebesar:
R = mv/q.B
dengan v = w R ® w = 2pf = 2p/T
- PENGARUH
MEDAN MAGNET TERHADAP KAWAT BERARUS
Melalui kawat lurus yang terletak di sumbu-y mengalir arus I. Bila kecepatan muatan-muatan positif adalah v dan jumlah muatan yang mengalir adalah q selama waktu t, maka Gaya Lorentz F:
F = l I B sin q
Gbr. Pengaruh Medan Magnet Terhadap Kawat Berarus
Penentuan arah gaya Lorentz mengikuti kaidah tangan kanan. Jika keempat jari dikepalkan dari arah v ke B atau dari arah I ke B. maka ibu jari menunjukkan arah gayanya.
-
GAYA ANTAR KAWAT LURUS PARALEL
Gbr. Gaya Antar Kawat Lurus Paralel
• Bila I1 dan I2 berlawanan arah, kedua
kawat saling tolak
• Bila I1 dan I2 searah, kedua kawat
saling tarik.
F1/l = F2/l = mo I1 I2 / 2pd
- MOMEN
KOPEL PADA KUMPARAN
Bila suatu kawat penghantar berbentuk kumparan dengan luas penampang A, jumlah lilitan N. dialiri arus I dan berada dalam induksi magnetik B. maka terjadi momen kopel t sebesar:
t = N I B A sin q satuan N.m
Satuan induksi magnetik :
• mks: wb / m² atau maxwell / m² atau tesla.
• cgs : Gauss atau Oersted.
1 Gauss= 1 Oersted= 10-4 Wb/m²
SIFAT MAGNETIK BAHAN
Medan magnet suatu bahan ditimbulkan oleh arus listrik, sedangkan arus listrik ditimbuLkan akibat aliran/gerak elektron.
- BAHAN DIAMAGNETIK
•Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah nol. •Jika solenoida dirnasukkan bahan ini, induksi magnetik yang timbul lebih kecil. •Permeabilitas bahan ini: m < mo.
Contoh: Bismuth, tembaga, emas, perak, seng, garam dapur.
- BAHAN PARAMAGNETIK
•Bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom/molekulnya adalah tidak nol. •Jika solenoida dimasuki bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik yang lebih besar. •Permeabilitas bahan: m > mo.
Contoh: aluminium, magnesium, wolfram, platina, kayu
- BAHAN FERROMAGNETIK
•Bahan yang mempunyai resultan medan magnetis atomis besar. •Tetap bersifat magnetik ® sangat baik sebagai magnet permanen •Jika solenoida diisi bahan ini akan dihasilkan induksi magnetik sangat besar (bisa ribuan kali).Permeabilitas bahan ini: m > mo.
Contoh: besi, baja, besi silikon, nikel, kobalt.
1. Suatu kawat lingkaran dengan jejari 3 cm.Hitung induksi magnetik di titik P yang berjarak 4 cm dari pusat lingkaran jika arus 5 A mengalir pada kawat ! |
r = Ö(3² + 4²) = 5 cm = 0,05 m
Bp = mo I a sin q /2r² = (4p x 10-7 . 5 . 0,03 . 3/5) / (2 x 0,05²)
Bp = 1.44p.10-5Wb/m2
2. Sebuah partikel bermuatan q setelah dipecepat dalam beda potensial V memasuki medan magnet homogen dengan induksi magnetik B. Jika partikel itu bergerak melingkar dalam medan magnet tersebut dengan jari-jari R. hitunglah perbandingan antara muatan dan massa (q/m) partikel tersebut !
Jawab:
Partikel yang bergerak dalam beda potensial V akan memiliki dua jenis energi yaitu:
EK = ½ m v
E = q .V
½ m v² = q . V ® v = Ö(2 q V/m) ........(1)
Partikel bergerak melingkar dalam medan magnet,
maka : R = m v / b q .........(2)
Gabungkan persamaan (1) dan (2), maka:
R= m/Bq Ö(2qV/m) , sehingga q/m = 2 V/R²B²
IMBAS ELEKTROMAGNETIK
- GGL (GAYA GERAK LISTRIK) INDUKSI
Bila sebuah penghantar dengan panjang l digerakkan dengan kecepatan v di dalam medan magnet B, tegak lurus terhadap arah medan, maka akan timbul GGL induksi di ujung-ujung penghantar sebesar:
e = - l v B satuan Volt
- HUKUM FARADAY
Jika fluks magnet (F) yang menembus suatu kumparan berubah-ubah, maka akan timbul GGL INDUKSI sebesar:
e = - N dF/dt
N =jumlah lilitan kumparan
dF =perubahan fluks
dt = perubahan waktu
Arah arus induksi den GGL yang timbul, ditentakan berdasarkan hukam Lenz den aturan tangan kanan.
Jika keempat jari dikepalkan dari arah v ke arah B. make arah ibu jari menunjukkan arah arus imbas I.
-
HUKUM LENZ
Arah arus induksi selalu melawan sebab/penyebab yang menimbulkannya. Bila arus tersebut berubah-ubah, maka fluks magnet yang timbul juga akan berubah-ubah, sehingga menimbulkan GGL induksi sebesar:
e = - L dI/dt
L = induksi diri (satuan SI = Henry)
dI/dt = perubahan arus pada selang waktu dt
Hubungan hukum Faraday dengan hukum Lenz, menghasilkan:
L = N dF/dI
L = mo AN²/l
L = Induksi diri
A = penampangToroida/Solenoida
l = panjang Toroida/Solenoida
Energi (W) yang tersimpan pada induktor: W = ½ L I²
Gbr. Energi Yang Tersimpan Pada Induktor
Perubahan I1 akan menimbulkan F1, selanjutnya menimbulkan perubahan F2, akibatnya timbul GGL induksi pada kumparan 2.
Begitu pula sebaliknya.
e1 = M dI2/dt
e2 = M dI1/dt
dengan M = induksi bolak-balik.
PENERAPAN INDUKSI MAGNETIK
- GENERATOR
Suatu sistem yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan prinsip kerja berdasarkan peristiwa induksi (hukum Faraday). Besarnya GGL induksi yang timbul di dalam kumparan adalah:
e = -N dF/dt dengan F = Fo cos wt ; dF/dt = wFo sin wt ; sehingga:
e = e maks sin wt
e maks = N w Fo = N w A B
- TRANSFORMATOR
Alat untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik. Prinsip kerjanya bedasarkan pemindahan daya/energi listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan cara induksi.
Trafo umum V2/N2 = V1/N1
Trafo:
• Step up : V2 > V1
• Step down: V1 > V2
Transforrnator ideal:
Pin = Pout atau V1I1 = V2I2
V1/V2 = I2/I1
Transfomator tak ideal:
Pin ¹ Pout ; Pout = h Pin
h = Pout/Pin x 100%
h = efisiensi transformator
-
ARUS PUSAR
Arus yang timbul dalam suatu logam/penghantar yang bergerak di dalam medan magnet.Umumnya merugikan karena dapat menimbulkan kalor (kerugian energi), dapat dikurangi dengan memecah-mecah penghantar tersebut.
Pemanfaatan arus pusar:
1. Alat pemanas induksi
2. Redaman elektromagnetik/rem magnetik
Contoh:
1.
Kawat PQ yang panjangnya l digeser mendatar dengan kecepatan
v pada rangkaian ABCD dengan hambatan R. Geseran kawat PQ memotong
tegak lurus medan magnet homogen B. Jika potensial dititik P lebih
besar daripada potensial di titik Q. hitunglah besar dan arah
gaya F yang timbul akibat gerak kawat PQ tersebut !
Jawab:
Karena
potensial di titik P lebih besar dari titik Q maka arah
arus (elektron) mengalir dari Q ke P. sehingga berdasarkan
kaidah Lorentz maka arah gaya F harus ke kiri.
Besar
gaya F adalah:
F=
l I B sin q ® (sin
q= 1) ................(1)
I
= e/R = l v B/R ............................(2)gabungkan persamaan (1) dan (2), maka: F = (l² V B²)/R |
2.
Sebatang kawat panjang 20 cm diputar pada satu ujungnya dengan
frekuensi 2 put/detik di dalam medan magnet ^
bidang putar. Hitung GGL imbas yang terjadi jika B = 0,3 tesla
!
Jawab:
Fawal
= B . Aawal = 0,3 x 0 = 0
f
= 2 Hz ® T= 1/f = ½
detik
Jadi
dalam waktu , ½ detik luasan yang dilingkungi fluks
magnetik adalah:
Aakhir = p R² ®
R = jari-jari/panjang kawat = 0,2 m
Fakhir = B . Aakhir = 0,3 . (0,2)²
. p
Fakhir = 12 x 10-3 p Wb. |
3.
Sebuah solenoida memiliki jumlah lilitan sebanyak 100 buah. Panjang
dan luas penampang solenoida berturut-turut 75 cm dan 25 cm2.
Hitunglah:
(a) Induktansi diri solenoida
(b) Energi yang dihasilkan oleh peristiwa Induksi diri, bila arus listrik yang mengalir 10 A.
(c) Besar GGL induksi diri yang terjadi, bila dalam waktu 5 detik kuat arus berubah menjadi 2,5 A.
Hitunglah:
(a) Induktansi diri solenoida
(b) Energi yang dihasilkan oleh peristiwa Induksi diri, bila arus listrik yang mengalir 10 A.
(c) Besar GGL induksi diri yang terjadi, bila dalam waktu 5 detik kuat arus berubah menjadi 2,5 A.
Jawab:
(a)
Induksi diri dari solenoida adalah:
L = mo N² A/l = [4p .10-7(100)2.25.10-4]/[75.10-2] = 3/4p.10-5
L = mo N² A/l = [4p .10-7(100)2.25.10-4]/[75.10-2] = 3/4p.10-5
(b)
Energi yang dihasilkan, bila I = 10 A adalah:
W
= 1/2 LI2 = 1/4 . 4/3p10-5(10)2
= 1/3p.10-3 joule
(c) Besar GGL induksi diri bila kuat arus berubah menjadi 2,5
A adalah:
E
= - L dI/dt = - 4/3p10-5
(10-2,5/5)
E = -4/3p .10-5 . 3/2 = -2 p 10-5 volt
E = -4/3p .10-5 . 3/2 = -2 p 10-5 volt
4.
Kumparan sekunder suatu transformator step-down terdiri 2 bagian
yang terpisah masing-masing 150 volt den 30 volt. Kumparan primer
terdiri 1100 lilitan dan dihubungkan dengan tegangan 220 volt.
Jika arus pada kumparan primer 0,2 A, hitung arus dan lilitan
masing-masing kumparan sekunder !
Jawab:
Efisiensi
trafo tidak diketahui ® dianggap
h = 100%
VS1 . IS1 = VP . IP
® IS1 =220 x 0,2/150
= 44/150 AVP / VS1 = NP / NS1 ® NS1 = 150/200 x 1100 = 750 lilitan
VS2 . VS2 = VP . IP ® IS2 = 220 x 0,2/30 = 44/30 A
VP / VS2 = NP / NS2 ® NS2 30 / 220 x 1100 = 150 lilitan
Semoga Bermanfaat........
thanks atas sharenya semoga sukses, saya lagi belajar nihhh. mengulang hahahaha
BalasHapus