5. INDUKSI MAGNETIK Setela Setelah h memp mempela elajar jarii modul modul ini, ini, dihara diharapka pkan n Anda Anda dapat dapat memaha memahami mi konsep konsep induks induksii magnetik secara umum. Secara lebih khusus, Anda diharapkan dapat : Mendeskripsikan hasil percobaan Hans Christian Oersted tentang pengertian induksi magnetik. Mendeskripsikan besarnya induksi magnetik sekitar kawat berarus listrik. Mendeskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak.
A. Meda Medan n Mag Magne neti tik k
Kemagnetan, seperti halnya kelistrikan, tidak dapat dilihat, tetapi efeknya dapat dilihat dan dirasakan. Magnet dapat menarik beberapa logam seperti besi dan baja. Zat yang mengandung besi, seperti serbuk besi, akan tertarik pada magnet batang dan berjajar untuk menunjukkan arah garis gaya dari medan magnetik tersebut. Bahan yang dapat ditarik ditarik magnet, magnet, dapat dijadikan dijadikan magnet. Jika Anda meletakkan meletakkan sebuah sebuah paku baja dekat magnet, paku baja tersebut akan menjadi magnet dan tetap menjadi magnet meskipun Anda sudah menjauhkan dengan magnet asalnya. Hal yang sama dapat terjadi pada besi, namun paku besi akan lebih cepat kehilangan sifat magnetnya apabila magnet sudah dijauhkan. Bahan yang mampu menyimpan sifat magnet secara permanen (tetap) disebut magnet tetap (magnet perma permanen nen). ). Sedang Sedangkan kan bahan bahan yang yang menyim menyimpan pan sement sementara ara sifat sifat magnet magnet disebu disebutt magnet magnet sementara. Apa yang dimaksud dengan medan magnet? Pengertian medan magnet adalah hampir sama dengan pengertian medan listrik, yaitu suatu daerah atau ruang di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet.
Arah medan magnet adalah ke luar dari kutub utara magnet dan menuju kutub selatan magnet. Medan magnetik digambarkan oleh garis-garis gaya magnetik seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
S
U
Gambar 5.1. Arah medan magnetik ke luar dari kutub utara dan menuju kutub selatan.
Medan Magnet oleh Arus Listrik
Hubungan antara sifat listrik dan sifat magnet pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan fisika bernama Hans Christian Oersted . Oersted menemukan bahwa ketika kompas diletakkan
Induksi Magnetik
31
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
dekat dengan kawat penghantar (kawat berarus listrik), jarum kompas tiba-tiba menyimpang dari arah semula. Sementara jarum kompas dapat menyimpang apabila berada dalam medan magnet. Oersted menyimpulkan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Medan magnetik yang dihasilkan arus listrik ini disebut medan magnet induksi . Orientasi arah medan magnetik pada kawat berarus listrik adalah mengikuti kaidah tangan kanan seperti ditunjukkan seperti pada gambar. i B
Gambar 5.2. Arah medan magnetik dan arah arus listrik pada kawat lurus.
Pada gambar 2 di atas, jika arah arus listrik i kita misalkan dengan ibu jari tangan kanan kita, maka arah medan magnetik B akan mengikuti keempat jari yang melingkar (berlawanan dengan arah jarum jam). Dan sebaliknya, jika arah arus listrik ke bawah, maka arah medan magnetik searah jarum jam. Medan Magnetik oleh Kawat Lurus Berarus Listrik
Untuk menentukan kuat medan listrik di sekitar kawat lurus berarus listrik, perhatikan gambar berikut ini. I
a P
B
Gambar 5.3. Medan magnetik di titik P yang berjarak a dari kawat lurus berarus listrik.
Besar medan magnetik di titik P yang berjarak sejauh a dari kawat lurus berarus listrik seperti pada gambar di atas adalah dinyatakan sebagai : B
µ 0 =
i
2π a
(5.1)
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
Medan Magnetik oleh Arus Listrik pada Kawat Melingkar
Tinjaulah Tinjaulah sebuah sebuah kawat melingkar dengan jari-jari jari-jari a dan dialiri arus listrik i pada gambar berikut.
a
i
B
O
Gambar 5.4. Medan magnetik di titik O yang berjarak a dari kawat melingkar berarus listrik.
Besarnya medan magnetik di titik O yang terletak di pusat lingkaran kawat adalah : Bo
µ 0 =
i
(5.2)
2a
Keterangan : B : Kuat Medan Magnetik (Wb/m2 atau Tesla, disingkat T) i : Kuat ar arus li listrik (Ampere, di disingkat A) A) : Jarak suatu titik O ke kawat melingkar melingkar berarus berarus (meter, (meter, disingka disingkatt m) a -7 4π × 10 Wb/Am µ 0 : Permeabilitas magnetik, besarnya 4π
Medan Magnetik oleh Arus Listrik pada Solenoida
Solenoida adalah kawat berbentuk kumparan yang terdiri atas banyak lilitan. Perhatikan gambar di bawah ini. P
B
O i
l
Gambar 5.5. Medan magnetik di titik O dan P pada solenoida.
Besar medan magnetik di pusat solenoida (di titik P) adalah : µ 0 . i . N B P l =
Besar medan magnetik di ujung solenoida (di titik O) adalah :
(5.3)
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
i l N µ
: : : :
Kuat arus listrik (Ampere, disingkat A) Panj Panjan ang g sol solen enoi oida da (mete (meter, r, disi dising ngka katt m) m) Bany Banyak akny nyaa lili lilita tan n sole soleno noid idaa Permeabilitas magnetik, besarnya 4π 4π × 10-7 Wb/Am
0
Medan Magnetik oleh Arus Listrik pada Toroida
Toroida adalah solenoida yang melingkar seperti tampak pada gambar berikut.
P
B
a
I Gambar 5.6. Medan magnetik di titik P pada toroida.
Besar medan magnetik di P adalah : B P
µ 0 . i . N =
2π a
(5.5)
Keterangan : B : Kuat Medan Magnetik (Wb/m2 atau Tesla, disingkat T) i : Kuat arus listrik (Ampere, re, disingkat A) Jari-jari ri toroid toroidaa (met (meter, er, dising disingkat kat m) a : Jari-ja Banyak akny nyaa lili lilitan tan toro toroid idaa N : Bany µ : Permeabilitas magnetik, besarnya 4π 4π × 10-7 Wb/Am 0
B. Gaya Gaya Magnet Magnetik ik (Gaya (Gaya Lorent Lorentz) z)
Hasil eksperimen Oersted menunjukkan bahwa kawat berarus listrik mengalami gaya ketika berada dalam medan magnetik. Besarn Besarnya ya gaya gaya magnet magnetik ik sendir sendirii diselid diselidiki iki oleh oleh Hend sehingga ga gaya gaya Hendrik rik Antoon Antoon Lorentz Lorentz, sehing magnetik disebut juga sebagai Gaya Lorentz. Menurut Lorentz, “besarnya gaya magnetik pada kawat kawat beraru beraruss listri listrik k seband sebanding ing dengan dengan medan medan magnet magnetik, ik, kuat kuat arus arus listri listrik k pada pada kawat kawat dan panjang kawatnya”. Secara matematik dinyatakan sebagai :
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
: Panjan Panjang g kawat kawat yang diali dialiri ri arus listr listrik ik (meter (meter,, disingk disingkat at m) : Sudut Sudut yang yang dibe dibentu ntuk k oleh oleh medan medan magn magnetik etik B B dan kuat arus listrik i α F : Gaya Loren rentz (Newto ewton n, disingkat N) Arah gaya magnetik (Gaya Lorentz) ini juga mengikuti aturan tangan kanan. Perhatikan gambar berikut! B
l
i
F
Gambar 5.7. Arah gaya magnetik menggunakan kaidah tangan kanan.
Jika ibu jari kita menunjukkan arah arus i, keempat jari yang lan menunjukkan arah medan magnetik B, maka arah gaya lorentz F adalah arah telapak tangan kanan kita. Gaya Magnetik Antarkawat Berarus Listrik Untuk memahami proses terjadinya gaya magnetik pada dua buah kawat lurus berarus, berikut disajikan sebuah gambar.
I1 I2 F2 F1
B2
B1
a Gambar 5.8. Gaya magnetik antarkawat berarus listrik.
Kawat I2 akan mendapat gaya magnetik F2 karena pengaruh kawat I1 yang menghasilkan medan magnetik B1. Besarnya gaya magnetik F 2 karena pengaruh medan magnetik B 1 adalah : F 21
B1 i 2 l 2
=
µ 0 =
i1 i 2 l 2
2π a
Demikian juga dengan kawat I 1. Kawat I1 akan mendapat gaya magnetik F 1 karena pengaruh kawat I2 yang menghasilkan medan magnetik B 2. Besarnya gaya magnetik F 1 karena pengaruh medan magnetik B 2 adalah : F 12
B 2 i1 l 1
=
µ 0 =
i 2 i1 l 1
2π a
Sehingga secara umum, besarnya gaya magnetik antar kawat lurus berarus tiap satuan panjang kawat didefinisikan sebagai : F l
µ 0 =
i1 i 2
2π a
(5.7)
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
F µ
: Gaya Loren rentz (Newton, disingkat N) : Permeabilitas magnetik, besarnya 4π 4π × 10-7 Wb/Am
0
Gaya Lorentz pada Muatan dalam Medan Magnetik Besarnya gaya magnetik yang dialami oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu medan magnetik adalah : F B q v sin α (5.8) =
Keterangan : B : Kuat Medan Magnetik (Wb/m2 atau Tesla, disingkat T) q : Muat Muatan an list listri rik k dal dalam am meda medan n mag magne neti tik k (Co (Coul ulom omb b disi dising ngka katt C) C) Kelajua uan n mua muatan tan list listrik rik (m/s (m/s)) v : Kelaj : Sudut Sudut yang yang dibe dibentu ntuk k oleh oleh medan medan magn magneti etik k B B dan kelajuan muatan v α F : Gaya Lo Lorentz (N (Newton, di disingkat N) N) C. Tugas
1. Sebuah Sebuah kawat kawat lurus lurus berarus berarus listrik listrik sebesar sebesar 2 A. Tentuk Tentukan an : a. Kuat Kuat meda medan n mag magne neti tik k di di tit titik ik yang yang berj berjar arak ak 5 cm cm dar darii kaw kawat at!! b. b. Kuat Kuat meda medan n mag magne neti tik k di di tit titik ik yang yang berj berjar arak ak 10 cm dari dari kawa kawat! t! c. Apa Apa yan yang g dap dapat at And Anda sim simpu pulk lkan an dari ari jaw jawab aban an a dan dan b? 2. Dua buah buah kawat kawat lurus dan sejaj sejajar ar masing-m masing-masi asing ng dialiri dialiri arus 2 A dan 4 A. Kedua kawat kawat terpisah sejauh 16 cm. Tentukan : a. Besa Besarr dan dan arah arah meda medan n magn magnet etik ik di di titi titik k P yang yang terl terlet etak ak di ten tenga gahh-te teng ngah ah kaw kawat at bil bilaa arah arus pada kawat searah! b. b. Besa Besarr dan dan arah arah med medan an mag magne neti tik k di tit titik ik P yang yang ter terle letak tak di ten tenga gah-t h-ten enga gah h kawa kawatt bila bila arah arus pada kawat berlawanan! c. Bila Bila arah arah aru aruss pada pada kaw kawat at sear searah ah,, di mana manaka kah h kita kita mele meleta takk kkan an tit titik ik Q sede sedemi miki kian an sehingga medan magnetik di titik Q sama dengan nol? d. Bila ila arah arah aru arus pada ada kawa kawatt berla erlawa wan nan arah arah,, di manak anakah ah kita kita mele meleta takk kkan an titi titik k Q sedemikian sehingga medan magnetik di titik Q sama dengan nol? e. Buat Buat kesi kesimp mpul ulan an Anda Anda tent tentan ang g jaw jawab aban an a dan dan b ser serta ta c dan dan d! 3. Dua buah buah kawat lurus lurus berarus berarus searah searah dan sejajar sejajar terpisah terpisah sejauh sejauh 5 meter, dengan dengan kuat kuat arus masing-masing i 1 = 0,9 A dan i 2 = 1,6 A. Titik P berjarak 3 cm dari kawat pertama dan 4 cm dari kawat kedua. Tentukan kuat medan magnetik di titik P! 4. Sebuah Sebuah kawat melingk melingkar ar dengan jari-jari jari-jari 2 cm cm dialiri arus arus listrik listrik sebesar sebesar 5 A. Tentuk Tentukan an kuat medan magnetik di pusat lingkaran! 5. Perh Perhat atik ikan an gamb gambar ar beri beriku kut! t! i
Titik O adalah pusat lingkaran yang diameternya 4 cm
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
6. Sebuah Sebuah solenoida solenoida terdiri terdiri atas 10 10 lilitan lilitan dan dialiri dialiri arus sebesar sebesar 8 A. Tentukan Tentukan:: a. kuat me medan ma magneti etik di di pu pusat soleno enoida! b. Kuat med medaan ma magnetik di di uj ujung so solenoida! 7. Toroida Toroida dengan dengan jari-jari jari-jari 10 cm memiliki memiliki 100 100 lilitan. lilitan. Jika kuat kuat arus yang yang dialirkan dialirkan sebesar sebesar 3 A, tentukan besar medan magnetik di dalam sumbu lilitan toroida! 8. Medan magneti magnetik k di tengah-teng tengah-tengah ah solenoida solenoida sama sama dengan dengan medan magneti magnetik k di dalam sumbu sumbu lilitan toroida ketika keduanya dialiri arus listrik yang sama. Panjang solenoida 6,28 cm dan jari-jari toroida 5 cm. Jika toroida memiliki 40 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada solenoida? 9. Sebuah Sebuah kawat lurus lurus sepanjang sepanjang 25 cm dialiri dialiri arus listrik listrik 10 A berada berada dalam dalam medan magnetik magnetik B. Jika besar gaya Lorentz 0,125 N dan sudut yang dibentuk oleh kuat arus dan medan magnetik adalah 30° 30°, berapakah besar kuat medan magnetik B? 10. Dua buah kawat lurus lurus sejajar terpisah pada pada jarak 8 cm dialiri arus 2,5 A dan 4 A dengan dengan arah yang sama. Tentukan gaya tarik-menarik antarkawat persatuan panjang! 11. Dua buah kawat lurus lurus sejajar terpisah pada pada jarak 8 cm dialiri arus 2,5 A dan 4 A dengan dengan arah yang berlawanan. Tentukan gaya tarik-menarik antarkawat persatuan panjang! 12. Apa yang dapat Anda Anda simpulkan dari jawaban jawaban nomor 2 dan dan 3? 13. 13. Muat Muatan an list listri rik k sebe sebesa sarr 5µ C berger bergerak ak dalam dalam medan medan magnet magnetik ik sebesa sebesarr 0,25 0,25 T dengan dengan 5 kecepatan 10 m/s. Jika arah kecepatan membentuk sudut 30° 30 ° terhadap arah medan magnetik B, berapakah besar Gaya Lorentz yang dialami muatan itu? D. Peta Peta Kons Konsep ep M A G N E T
ARUS LISTRIK
INDUKSI MAGNETIK
GAYA LORENTZ
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.
The world’s largest digital library
Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.