KEMAGNETAN - PowerPoint PPT Presentation

lorie
slide1 n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
KEMAGNETAN PowerPoint Presentation
play fullscreen
1 / 49
Download Presentation
KEMAGNETAN
321 Views
Download Presentation

KEMAGNETAN

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. KEMAGNETAN

  2. A. Medan Magnet 1. Medan Magnet di sekitar Arus Listrik Oerstedadalahorangpertama kali yang melakukanpenelitianuntukmenentukanadanyamedan magnet disekitarkawat yang beraruslistrik.

  3. 2. Hukum Biot Savart P Induksi magnet di titik p r a  i Untuk nilai yang sangat panjang maka batas-batas menjadi + ~ sampai dengan - ~ dan batas-batas  menjadi  sampai dengan 0. a/r = sin  r = a/sin  = a csc 

  4. i a P DikenaldenganhukumBiot – Savart untuk menentukan Induksi magnet disekitarkawatluruspanjang. Contoh Soal 1 Suatu kawat lurus panjang dialiri arus sebesar 5 A. Berada di ruang hampa. Tentukan besarnya induksi magnet pada sebuah titik yang berada 10 cm di sebelah kanan kawat, bila kawat tersebut vertikal dan kemana arah induksi magnetnya. Jawab : i = 5 A a = 10 cm = 0,1 m o = 4 10 - 7weber/amp. meter B = 10- 5 weber/m2

  5. x x x Besarnya induksi magnetik di titik P adalah 10- 5 weber/m2. x x x x x x x x x x x x x x x x x Sedangkan bila ditentukan dengan kaidah tangan kanan, arah induksi magnetik adalah: Arah induksi magnet di sebelah kiri kawat adalah keluar bidang kertas, dan di sebelah kanan kawat masuk ke bidang kertas.

  6. 3. Medan Magnet pada Pusat Arus Melingkar a dB cos r dB   dB sin  Vektor dB dapatdiuraikanmenjadiduakomponenyaitu dB sin dan dB cos. Untukmasing-masingelemenkawatKomponen dB cos akansalingmenghilangkan, sehinggahanyakomponen dB sin  yang masihada.

  7. Sehinggainduksi magnet di P dariseluruhbagianlingkaran yang kelilingnya Bila P merupakan pusat lingkaran maka r = a dan  = 90o. Induksi magnet di pusat lingkaran menjadi Untuk suatu kumparan tipis berbentuk lingkaran dengan N lilitan, induksi magnet pada titik pusat lingkaran adalah

  8. Contoh Soal 2 Sebuah kawat berupa lingkaran dengan jari-jari 3 cm, dialiri arus listrik sebesar 10 A. Tentukan induksi magnet pada sumbu kawat tersebut yang berjarak 5 cm dari keliling lingkaran kawat. a r  dB sin  Jawab Diketahui a = 3 cm = 0,03 m r = 5 cm = 0,05 m sin = a/r = 3/5 P = 1,44  10- 5 weber/m2

  9. 4. Kuat Medan Solenoida X X X X X X X X X X X X X A P C D F dx Misalkan panjang solenoidayang terdiri dari N lilitan Jumlah lilitan tiap satuan panjang menjadi jari-jari kumparannya a Maka induksi magnet di P pada sumbu solenoida yang disebabkan oleh elemen kawat sepanjang dx adalah

  10. dengan = sudutantara r dan x, sedangkana/r = sin  sehingga r = a/sin  = a cosec . Karena x = a cotg, makadx = - cosec2  d. Dengansubstitusiharga-hargaini, makapersamaandiatasdapatdinyatakanmenjadi Besarnyainduksi magnet di P olehseluruhpanjangkawatsolenoida: Jikasolenoidaitusangatpanjang, sehinggabatas-batassudutnyamenjadi1 = 0odan2 = 180o, untuk P ditengahsolenoida, makainduksi magnet di P:

  11. Sedangkanbilatitik P beradapadaujungkirisolenoidapersamaannyaakanmenjadi (untuk1 = 0odan2 = 90o) : ContohSoal 3 Suatusolenoidapanjangnya 2 meter dengan 800 lilitan. Bilasolenoidaitudialiriarussebesar 0,5 A. Tentukanlahinduksi magnet padaujungsolenoida yang berjari-jari 2 cm. Jawab N = 800 lilitandanl = 2 meter sehingga n = N/l = 800/2 = 400 lilitan/m. 0 = 4  10- 7weber/amp.mdan I = 0,5 A, makadiperolehbesarmedan magnet : B = 0 I n = (4  10- 7)(0,5)(400) = 8 10- 5weber/m2

  12. Toroida yang dialiriarus Solenoida yang dilengkungkansehinggasumbunyamembentuksebuahlingkarandisebutdengantoroida Besarnyainduksi magnet padasumbutoroidaadalah: B = 0 I n

  13. Soal-Soal Tentukan besar induksi magnetik pada jarak 15 cm dari pusat sebuah penghantar lurus yang berarus listrik 45 A! μ0 = 4 x 10 - 7Wb/A.m Dua kawat lurus panjang sejajar masing-masing dialiri arus yang sama besar yaitu 18 A. Satu sama lain terpisah pada jarak 6 cm. Tentukan induksi magnetik pada suatu titik di antara kedua kawat yang berjarak 4 cm dari kawat pertama dan 2 cm dari kawat kedua, jika arah arus pada kedua kawat adalah searah! Sebuah kumparan kawat melingkar berjari-jari 10 cm memiliki 40 lilitan. Jika arus listrik yang mengalir dalam kumparan tersebut 8 ampere, berapakah induksi magnetik yang terjadi di pusat kumparan? Sebuah kumparan melingkar datar memiliki 18 lilitan dan jari-jari 6,0 cm. Berapakah arus listrik yang harus dialirkan melalui kumparan tersebut untuk menghasilkan induksi magnetik sebesar 4× 10-4 T di pusatnya? Suatu solenoida yang panjangnya 2 m memiliki 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Jika solenoida dialiri arus 0,5 A, tentukan induksi magnetik: a. di pusat solenoida, b. di ujung solenoida! Sebuah toroida berjari-jari 20 cm dialiri arus sebesar 0,8 A. Jika toroida mempunyai50 lilitan, tentukan induksi magnetik pada toroida! Sebuah toroida memiliki jari-jari 40 cm. Arus listrik sebesar 1,2 A dialirkan ke dalam kumparan tersebut dan menimbulkan induksi magnetik sebesar 18× 10 - 6 T. Berapakah jumlah lilitan pada toroida tersebut?

  14. 5. Indira (benar) 7. Erna (benar) 6. Istiqomah (benar) 1. Istikomah (benar) 3. Vida (benar) 2. Sheila (benar) 4. Intan (benar)

  15. + 5. Gaya Lorentz l = panjangpenghantar i = aruslistrik B = medan magnet homogen •  = Sudutterkecil yang dibentukantaradanB  Karenai = q/t , maka B v F = q v B sin  F = q v  B q = muatan (coulomb) v = kecepatanmuatan (m/s)

  16. Menentukanarahgaya Lorentz F B  i ContohSoal 4 Sebuahpartikelbermuatan 1 C bergerakdengankelajuan 103 m/s dalammedan magnet homogensebesar 10- 5weber/m2. Arahgerakpartikeltegaklurusterhadaparahmedan magnet. Tentukanbesarnyagaya Lorentz yang dialamipartikeltersebut. Jawab q = 1 C = 10- 6 C  = 90osehingga sin 90o = 1 v = 103 m/s B = 10- 5weber/m2 F = qvb sin  = (10- 6)( 103)( 10- 5) sin 90o = 10- 8newton

  17. + i2 i1 B1 B2 F2 F1 a (1) (2) Padasetiappanjangkawatbekerjagaya Lorentz. Padakawat (1) Padakawat (2) Jadibesarnya F1 = F2dankitasebutdengan F yang besarnyaadalah

  18. ContohSoal 5 i1 i2 P (1) (2) • Duabuahkawatpenghantarberaruslistriksangatpanjang, jarakantarakeduanya 20 cm, bila i1 = 2 A dan i2 = 4 A, tentukaninduksi magnet pada P yang beradatepatdiantarakeduakawat. Jawab Olehkawat (1), dengan i1 = 2 A dan r1 = 10 cm = 0,1 m, diperoleh : arahnyategakluruskedalambidangkertas Olehkawat (2), dengan i2 = 4 A dan r2 = 10 cm = 0,1 m, diperoleh : arahnyategakluruskeluarbidangkertas Karena B1dan B2berlawananarah, makaresultankeduannyaadalahB2 - B1 = (8 10- 6 - 4 10- 6) = 4 10- 6weber/m2 denganarahsesuaidengan B2.

  19. Soal-Soal Suatu kawat berarus listrik 10 A dengan arah ke atas berada dalam medan magnetik 0,5 T dengan membentuk sudut 30o terhadap kawat. Jika panjang kawat 5 meter, tentukan besarnya gaya Lorentz yang dialami kawat! Suatu muatan bermassa 9,2× 10-38 kg bergerak memotong secara tegak lurus medan magnetik 2 tesla. Jika muatan sebesar 3,2 × 10-9 C dan jari-jari lintasannya 2 cm, tentukan kecepatan muatan tersebut! Dua kawat lurus yang panjangnya 2 m berjarak 1 m satu sama lain. Kedua kawat dialiri arus yang sama besar dan arahnya berlawanan. Jika gaya yang timbul pada kawat 1,5× 10-7 N/m, tentukan kuat arus yang mengalir pada kedua kawat tersebut! Partikel-partikel alfa ( α m = 6,68 × 10-27 kg, q = +2e) dipercepat dari keadaan diam melalui suatu penurunan potensial 1,0 kV. Partikel-partikel tersebut kemudian memasuki medan magnet B = 0,20 T yang tegak lurus terhadap arah gerakan partikel-partikel tersebut. Hitunglah jari-jari jalur partikel tersebut! Perhatikan gambar berikut!

  20. Vela (benar) • Neila (benar) • Ari (benar) • Afidatun (benar)

  21. B. ImbasElektromagnetik U G G i U i 1. Gaya GerakListrikImbas a. Percobaan Faraday ProsesListrikImbas atau Arus Induksi yang memunculkan GGL Induksi

  22. EMF Produced by a Changing Magnetic Field, 1 • A loop of wire is connected to a sensitive ammeter • When a magnet is moved toward the loop, the ammeter deflects • The direction was chosen to be toward the right arbitrarily

  23. EMF Produced by a Changing Magnetic Field, 2 • When the magnet is held stationary, there is no deflection of the ammeter • Therefore, there is no induced current • Even though the magnet is in the loop

  24. EMF Produced by a Changing Magnetic Field, 3 • The magnet is moved away from the loop • The ammeter deflects in the opposite direction

  25. EMF Produced by a Changing Magnetic Field, Summary • The ammeter deflects when the magnet is moving toward or away from the loop • The ammeter also deflects when the loop is moved toward or away from the magnet • Therefore, the loop detects that the magnet is moving relative to it • We relate this detection to a change in the magnetic field • This is the induced current that is produced by an induced emf

  26. b. Besarnya GGL Induksi yang Timbul x x x x x x x x x x x x x x x x a a’ d x x x x x x x x x x x x x x x x v x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x c b b’ s Prosesterjadinya GGL induksi a + Vektor-Vektorpadabatangab v F - b

  27. x x x x x x x x x x x x Misalnya, penghantarabberpindahsejauh s dengankecepatan v dalamwaktu t, makausaha yang diperlukanuntukperpindahanituadalah W = - F.s. W = i t, sehingga i  t = - F.s = - B il.s  t = - B l.s  = - B l.(s/ t) = - B l v adalahbedateganganantara a dengan b yang dapatdianggapsebagai GGL induksi. ContohSoal 6 x x x x x x x x x x x x P v Q Induksi magnet homogen B = 2 x 10- 2 weber/m2tegaklurusmasukbidangkertas, kawat PQ panjangnya 0,5 meter digerakkansepertipadaGambardengankecepatan 100 m/s. Tentukanbesarnya GGL induksi yang timbulpadakawat PQ.

  28. Jawab Denganmenggunakanpersamaan  = - B l v, dapatdihitung:  = - (2 x 10- 2 )(0,5)(100) = - 1 volt Jadi GGL induksipadakawat PQ sebesar 1 volt denganarahdari Q ke P. 2. Hukum-HukumImbasElektromagnetik a. Pengertian Flux Magnetik Flux magnet adalahbanyaknyagaris-garisgaya magnet yang dilingkupiolehluasdaerahtertentudalamarahtegaklurus. B  = B A = Fluks magnet (weber), B = Kerapatangarisgaya magnet/induksi magnet (weber/m2), A = luasdaerah yang dilingkupi B (m2) A

  29. Hukum Faraday menyatakan: Gaya-gayalistrikinduksi yang terjadidalamsuaturangkaianbesaranyaberbandinglurusdengancepatperubahanfluksmagnetik yang dilingkupinya.  =- /t Untuk GGL induksisesaatdapatdituliskanmenjadi:  =- d/dt Bilaberupakumparandengan N lilitanmaka GGL induksi yang timbulmenjadi TandanegatifmenunjukkanpersesuaianarahdenganHukum Lenz.

  30. ContohSoal 7 Suatukumparandengan 500 lilitandiberikanmedan magnet. Apabilaterjadiperubahanfluks magnet sebesar 2 10- 3weberdalamwaktu 1 detik, tentukanbesarnyagayageraklistrikinduksi yang timbulpadaujung-ujungkumparanitu. Jawab  = -500 2.10- 3/1 = - 1 volt

  31. 3. PenerapanInduksiMagnetik primer (input) sekunder (output) a. Transformator • V1 : V2 = N1 : N2 V1= teganganpadakumparan primer, V2= teganganpadakumparansekunder, N1= jumlahlilitan primer, N2 = jumlahlilitansekunder Untuktransformator yang ideal V1 i1 =V2 i2 i1 = kuataruspadakumparan primer, i2 = kuataruspadakumparansekunder

  32. Tetapidalamkenyataannyatidakadatransformator yang ideal, jadiselaluterjadikehilanganenergidarikumparan primer kekumparansekunder. Kehilanganenergiinidiakibatkanoleh (1) pemanasan Joule, dan (2) pemanasanaruspusaran. Besarnyaefisiensitransformatoradalah: ContohSoal 8 Sebuahtransformatorstep downmempunyaiefisiensi 80%, jumlahlilitan primer 1000 lilitan, sedangkansekundernya 500 lilitan, apabiladaya yang diberikanpadaprimernya 2000 watt dengankuatarus 4 ampere. Tentukan (a) dayapadasekundernya, dan (b) Kuataruspadasekundernya.

  33. Jawab • a) 80% = P2/2000 x 100%, sehinggadiperoleh P2 = 1600 watt (b) Tegangan primer: P1 = V1 i1 2000 = V1 4, sehinggadiperoleh V1 = 500 volt Tegangansekunder: V1 : V2 = N1 : N2 500 : V2 = 1000 : 500, sehinggadiperoleh V2 = 250 volt Jadikuataruspadasekunder i2 = P2/V2 = 1600/250 = 6,4 ampere

  34. b. Dinamodan Alternator B A C K D S  • Yang dimaksudkandengandinamoadalahalat yang dapatmengubahenergimekanikmenjadienegilistrik. • Tetapisecaraumumdinamoinidinamakan generator. • Alternator adalahdinamo yang menghasilkanarusbolak-balik.

  35. E Jadi GGL induksisuatu generator arusbolak-balikadalahsebagaifungsi sinus. A B max t max t C D Azaskerja generator arussearahadalahsebagaiberikut.

  36. Soal-Soal Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan? Sebuah kumparan memiliki 80 lilitan, fluks magnetiknya mengalami peningkatan dari 1,40× 10-3 Wb menjadi 4,8× 10-2 Wb dalam waktu 0,8 s. Tentukan ggl induksi rata-rata dalam kumparan tersebut! Sebuah kumparan memiliki hambatan 12 ohm, diletakkan dalam fluks magnetik yang berubah terhadap waktu, yang dinyatakan dalam φ = (3t – 8)3, dengan φ dalam Wb dan t dalam sekon. Berapakah arus yang mengalir dalam kawat pada t = 4 s? Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetik dengan kecepatan 12 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 1,8 V. Tentukan besarnya induksi magnetik! Sebuah generator armaturnya berbentuk bujur sangkar dengan sisi 8 cm dan terdiri atas 100 lilitan. Jika armaturnya berada dalam medan magnet 0,50 T, berapakah frekuensi putarnya supaya menimbulkan tegangan maksimum 20 volt? Sebuah transformator dapat digunakan untuk menghubungkan radio transistor 9 volt AC, dari tegangan sumber 120 volt. Kumparan sekunder transistor terdiri atas 30 lilitan. Jika kuat arus yang diperlukan oleh radio transistor 400 mA, hitunglah: a. jumlah lilitan primer, b. kuat arus primer, c. daya yang dihasilkan transformator!

  37. 2. Deni (benar) 1. Tetty (benar) 5. Ivan (benar) 4. Fitria (benar) 3. Nur H. (benar) 6. Wiwin (benar)

  38. 4. InduktansiDiri P P L L S S Apabilasuaturangkaiantertutup, sepertiGambar , mula-mulalampu P menyala. Kemudianarusnyadiputusmelaluisaklar S, tetapilampu P masihtetapmenyalabeberapasaat. Hal initerjadikarenatimbulnyaarusinduksidiri (induktansidiri) yang disebabkanolehadanyaperubahanfluks magnet padakumparan L, dariadamenjaditidakada. Lampumenyalasaatrangkaiantertutup Lampumenyalasaatrangkaianbarudibuka

  39. Arusinduksidiri yang timbulpadasebuahkumparandapatmenimbulkan GGL induksidiri. L = induktansidiri (dalamhenry), di/dt = cepatperubahankuatarus (dalam A/s),  = GGL induksidiri (dalam volt)

  40. Definisi: Induktansidiriakanberharga 1 henry, jikapadakumparantimbul GGL induksisebesar 1 volt denganperubahankuatarusnya 1 ampere tiapdetik. L = Induktansidiridarikumparan (dalamhenry), N = jumlahlilitankumparan, = fluks magnet didalamkumparan, i= kuataruspadakumparan (dalam ampere) ContohSoal 9 Padasebuahkumparan yang mempunyai 500 lilitan, terjadiperubahancepatfluksmagnetnya 0,05 weber/s danperubahancepatkuatarusnya 0,1 ampere/s. Tentukanlah (a) induktansidirikumparan, (b) GGL induksidirikumparan Jawab (a) (b) Jadiinduktansidirinya 250 henrydan GGL induktansidirisebesar 25 volt.

  41. Besarnyainduksi magnet dalamsuatutoroidatelahdirumuskansepertipadapersamaan B = 0i n = 0i N/l sedangkanfluks magnet dalamkumparantoroidatersebutadalah  = B A = A0i N/l. Li/N = A0i N/ L = induktansidiri (henry) o= Permeabilitas magnet untukruanghampa (4 10- 7weber/amp.m) N= jumlahlilitan = panjangsolenoidaataukumparan (m), A = luaspenampangkumpartanatausolenoida (m2). Persamaaninijugaberlakuuntukmenentukaninduktansidiridarisuatukumparan.

  42. ContohSoal 10 SebuahSolenoidadenganluaspenampang 5 cm2danpanjangnya50 cm dengan 500 buahlilitan. Berapakahlinduktansidirisolenoidatersebut. Jawab A = 5 cm2 = 5 10- 4 m2 ; N = 500 = 50 cm = 0,5 m ; o = 4 10- 7weber/amp.m

  43. Energidalaminduktor L i i b a Apabilasebuahinduktor L dialirilistrik I yang selaluberubahterhadapwaktu, makabesarnyateganganantaratitik a dan b adalah: Sehinggabesarnyadaya yang diberikanpadainduktoradalah: Makaselamawaktudt, energi yang diberikanpadainduktoradalah:

  44. Soal-Soal Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 2,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 50 mA. Berapakah besar ggl induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,4 sekon kuat arus menjadi nol? Dalam sebuah induktor 120 mH terjadi perubahan arus dari 8 ampere menjadi 4 ampere dalam waktu 0,06 sekon. Berapakah ggl yang akan diinduksi dalam induktor tersebut? Sebuah induktor terbuat dari kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 cm2 . Hitunglah: a. induktansi induktor, b. energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2 A. Sebuah toroida memiliki 100 lilitan dengan luas penampang 6,0 cm2. Jika jari-jari efektifnya 50 cm, tentukan: a. induktansi toroida, b. energi magnetik yang tersimpan dalam toroida jika dialiri arus 4,0 A! Kumparan dengan induktansi diri 4,0 H dan hambatan 10,0 ohm ditempatkan pada terminal baterai 12 V yang tahanan dalamnya dapat diabaikan. Berapakah arus terukur dan energi yang tersimpan dalam induktor

  45. Ari Rinda (benar) • Vella (benar) • Nur H (benar) • Erna Widhi A. (benar)