Bab 5 kls xii

of 26 /26
Medan Magnetik 105 Medan Magnetik A. Medan Magnetik B. Gaya Magnetik C. Aplikasi Gaya Magnetik D. Sifat Magnet Bahan menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: )[email protected] :4<06=4B0= B4;07 38<C;08 A490: @0BCA0= B07C= F0=6 ;0;C 07C;C 38 [email protected] A80 !428; >@0=6 <4=4<C:0= A41C07 10BC F0=6 30?0B A0;8=6 <[email protected]: A0BC A0<0 ;08= #[email protected]:0 <4=F41CB=F0 A410608 !"' !8=8 >@0=6 30?0B <4<1C0B 30= <4<0=500B:0= 14=30 [email protected] 8BC 30= <4=F41CB=F0 A410608 <06=4B 8:0 =30 [email protected]:0= <06=4B 10=F0: 38<0=500B:0= ?030 #)'$& :><?0A <>B>@ ;[email protected]: <4<>@8 :><[email protected] 30= [email protected]>@ ;[email protected]: 0?0B:07 =30 <4=F41CB:0= 14=3014=30 ;08= F0=6 <4=66C=0:0= <06=4B 8:0 =30 <4<8;8:8 <06=4B 10B0=6 =30 30?0B <4=60<0B8 10608<0=0 14=3014=30 F0=6 [email protected]>;>=6 [email protected]@><06=4B8: [email protected] 14A8 30?0B [email protected]@8: :4B8:0 38B4<?0B:0= 38 30;0< <430= <06=4B8: 10B0=6 [email protected] %012%$ <4=4<C:0= 107E0 <430= <06=4B8: B830: 70=F0 38B8<1C;:0= >;47 A41C07 <06=4B %012%$ <4=34<>[email protected]:0= 10608<0=0 [email protected]< ?030 :><?0A <4=F8<?0=6 :4B8:0 3834:0B:0= 34=60= A41C07 :0E0B [email protected]@CA ;[email protected]: 0; [email protected] <4=0=30:0= 107E0 38 A4:[email protected] :0E0B [email protected]@CA ;[email protected]: [email protected]?0B <430= <06=4B8: ?0:07 <430= <06=4B8: 8BC ?0:07 14=30 [email protected]@><06=4B8: 8BC [email protected]? :0= 30;0< 70; 0?0 A090:07 6490;0 :4<06=4B0= 8BC &030 101 8=8 =30 0:0= <4<?4;[email protected] A4<C0 B4=B0=6 :4<06=4B0= 30= [email protected]?0==F0 30;0< B4:=>;>68 menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi. Hasil yang harus Anda capai: 105 Jarum pada kompas menyimpang mengikuti arah medan magnetik yang ditimbulkan oleh kawat berarus. Bab 5 Sumber: Physics For Scientists and Engineers, 2000

Embed Size (px)

Transcript of Bab 5 kls xii

  • Medan Magnetik 105

    Medan Magnetik

    A. Medan Magnetik

    B. Gaya Magnetik

    C. Aplikasi GayaMagnetik

    D. Sifat MagnetBahan

    menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi.

    Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:

    menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagaipenyelesaian masalah dan produk teknologi.

    Hasil yang harus Anda capai:

    105

    Jarum pada kompas menyimpang mengikuti arah medan magnetik yangditimbulkan oleh kawat berarus.

    Bab

    5Sumber: Physics For Scientists and Engineers, 2000

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII106

    A. Medan Magnetik1. Medan Magnetik di Sekitar Magnet Permanen

    Gambar 5.2Pola garis gaya magnetik pada

    (a) magnet U dan(b) magnet batang.

    Gambar 5.1Pola garis gaya magnetik

    Tes Kompetensi Awal

    Gambar 5.3(a) Garis gaya magnetik tegak lurus

    menembus bidang A (fluksmagnetik);

    (b) Medan magnetik B menembusbidang A dengan membentuk

    sudut terhadap garis normal.

    B

    A

    garis normal0

    B

    garis normal

    A

    n

    Sumber: Physics, 1995

    tarik-menarik

    tolak-menolak

  • Medan Magnetik 107

    2. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik

    Gambar 5.4Garis-garis gaya magnetik yangterbentuk oleh serbuk besiketika ditempatkan di tempatyang dipengaruhi oleh kawatberarus listrik.

    Contoh 5.1

    I

    I

    Baru-baru ini di dalam tengkorakburung merpati ditemukan sejenissensor magnet yang tersusun darimagnet-magnet elementer. Tiapmagnet tersebut terhubung denganotak melalui saraf. Sensor tersebutdapat menentukan posisi arahmelintang sepanjang magnet Bumi,selain itu juga dapat menentukanketinggian posisinya dari permukaanBumi.

    Pigeons have recently been found tohave multiple-domain magnetitemagnets within their skulls. That areconnected with a large number ofnerves to the pigeons brain. Pigeonshave a magnetic sense, and not onlycan they discern longitudinaldirections along the earths magneticfield, but they can also detect latitudeby the dip of the earths field.

    Informasiuntuk Anda

    Information for You

    Sumber: Conceptual Physics, 1998

    Aktivitas Fisika 5.1

    Medan Magnetik di Sekitar Kawat BerarusTujuan PercobaanMengamati medan magnetik yang disebabkan oleh kawat berarus listrik.

    Alat-alat Percobaan1. Sebuah baterai 4. Kawat penghantar2. Kabel 5. Kompas kecil3. Sebuah saklar

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII108

    Gambar 5.7(a) Kaidah tangan kanan; (b) Jika arus

    menuju pengamat, arah medanmagnetik berputar ke kiri; (c)

    Jika arah arus menjauhipengamat, arah medan

    magnetik berputar ke kanan.

    Gambar 5.5(a) Penghantar tidak dilalui arus listrik;

    (b) Penghantar dialiri arus listrikdari utara; (c) Penghantar dialiri

    arus listrik dari arah selatan.Perhatikan arah simpangan

    jarumnya.

    Gambar 5.6Pola garis medan magnetik yang

    dibentuk oleh serbuk besi di sekitarkawat lurus berarus listrik.

    Sumber: Conceptual Physics, 1998

    S

    U

    U U U

    U U

    SS S

    S S

    B

    B

    B B

    Langkah-langkah Percobaan1. Susunlah peralatan sehingga terlihat seperti Gambar (a). Dalam keadaan

    sakelar S terbuka, letakkan kawat penghantar di atas kompas dengan arahmemanjang sejajar dengan jarum kompas.

    2. Perhatikan arah penunjukan jarum kompas.3. Kemudian, tutuplah sakelar S seperti pada Gambar (b). Amati jarum kompas,

    apa yang terjadi?4. Baliklah polaritas baterai seperti pada Gambar (c). Lakukanlah pengamatan

    seperti langkah 2 dan 4. Amati yang terjadi dengan jarum kompas.

    5. Apakah kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

    S S S

    I I I

    I

  • Medan Magnetik 109

    3. Hukum Biot-Savart

    4. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Lurus

    Gambar 5.8Kawat d yang dialiri arus listrik.

    i

    d BP

    r

    d

    d

    Gambar 5.9Induksi magnetik akibat kawatlurus berarus di sebuah titikyang berjarak a dari kawatlurus tersebut.

    d B

    P

    d

    I

    0

    r

    a

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII110

    Gambar 5.10Arah induksi magnetik di

    sekitar kawat lurus berarus.(a) Arah arus ke bawah;

    (b) Arah arus ke atas.

    Tugas Anda 5.1Coba Anda cari informasi apakah disekitar kawat lurus berarus timbulmedan magnetik juga jika arus yangmengalir arus bolak-balik.

    i

    i

    BB

    Contoh 5.2

    Tantanganuntuk Anda

    Jika pada kumparan yang dialiri aruslistrik ditambahkan inti besi lunak,medan magnetik yangditimbulkannya semakin besar.Mengapa demikian?

    I

    0rP

    d

  • Medan Magnetik 111

    5. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Melingkar

    Gambar 5.11Induksi magnetik di pusat kawatmelingkar berarus.

    z

    0

    x y

    Ir

    a

    r

    Id

    Ia

    P

    2 I 2 I

    Pa

    I

    I

    Contoh 5.3

    Tantanganuntuk Anda

    Perhatikan gambar berikut.

    Penghantar berbentuk duasetengah lingkaran konsentris,memiliki jari-jari a

    1 = 2 cm dan

    a2 = 4 cm. Penghantar dialiri oleh

    arus listrik I = 2 A.Tentukanlah besarinduksi magnetik total yang timbuldi titik pusat A.

    AI

    I

    a2 a1

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII112

    6. Induksi Magnetik di Pusat dan Ujung Solenoida

    P

    dD

    x

    a

    P C

    A

    F

    r

    Gambar 5.12(a) Solenoida yang dialiri

    arus listrik; (b) Penampang irisanmembujur solenoida.

    Contoh 5.4

    Tokoh

    Hans Oersted(17771851)

    Hans Oersted adalah seorang ahliFisika berkebangsaan Denmark. Padatahun 1819 ia menemukanhubungan mendasar antarakemagnetan dan kelistrikan.Percobaannya menunjukkanterjadinya pembelokan pada jarumkompas ketika didekatkan dengankawat berarus. Fenomena ini dikenaldengan elektromagnetisme.

    Sumber: www.allautobiographies.com

  • Medan Magnetik 113

    P

    P P

    I II

    Tes Kompetensi Subbab A

    x x+

    Az

    B

    I

    y+

    y

    6 I

    2 I a 2 a

    3a

    9 I

    P

    2aI

    P

    Kata Kunci medan magnetik garis gaya magnetik fluks magnet kaidah tangan kanan hukum Biot-Savart solenoida toroida induksi magnetik

    a

    lingkaran arus

    B

    Gambar 5.13Toroida yang dialiri arus listrik.

    6. Induksi Magnetik di Sumbu Toroida

    2 a

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII114

    B. Gaya Magnetik

    1. Menentukan Arah Gaya Magnetik

    Gambar 5.14Seutas kawat berarus I berada diruang yang dipengaruhi medan

    magnetik B sehingga timbulgaya magnetik (F) pada kawat

    tersebut.

    I

    F

    Gambar 5.15Penghantar panjang berarus

    listrik I di dalam medanmagnetik homogen B.

    I

    B

    Aktivitas Fisika 5.2

    Gaya MagnetikTujuan PercobaanMengamati gaya magnetik

    Alat-Alat Percobaan1. Aluminium foil 4. Sebuah sakelar2. Sebuah magnet U 5. Dua buah penjepit3. Sebuah baterai

    Langkah-Langkah Percobaan

    1. Susunlah peralatan tersebut, seperti pada gambar berikut.

    pitaaluminium

    penjepit

    sakelar

    +

    sebelumsakelar ditutup,pita aluminiumdalam keadaan

    mendatar

    FP

    sakelar

    Q +

  • Medan Magnetik 115

    2. Tutuplah sakelar agar arus listrik mengalir melalui pita aluminium.3. Apakah yang terjadi dengan pita aluminium tersebut?4. Ubahlah polaritas dari baterai, kemudian amati yang terjadi pada pita

    aluminium.5. Balikkan posisi kutub magnet U, kemudian amati yang terjadi pada pita

    aluminium.6. Apakah kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

    F

    BF

    I

    Gambar 5.17Arah gaya magnetik sesuai dengankaidah tangan kanan.

    Gambar 5.16Gaya magnetik yang dialami kawatpenghantar berarus listrik.

    SUB

    Ion bermuatan dari Mataharimendekati Bumi dan masuk keatmosfer menuju daerah kutubpada umumnya dikatakan adanyapengaruh medan magnetik Bumi.Kadang-kadang kejadian inimenimbulkan fenomena yangdisebut aurora borealis atau cahayautara di daerah lintang utara.

    Charged ions approach the Earth fromthe Sun and enter the atmospheremainly near the poles, sometimescausing a phenomenon called theaurora borealis or northern lights innorthern latitudes.

    Informasiuntuk Anda

    Information for You

    P F

    Q

    B

    Contoh 5.5

    2. Gaya Magnetik pada Muatan yang Bergerak

    Sumber: Physics for Scientist and Engineers

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII116

    =

    B

    Gambar 5.18Gaya yang dialami muatan

    bergerak dalam medanmagnetik.

    R F v

    A

    Gambar 5.19Pengukuran massa ion

    menggunakan spektroskop massa.

    x

    r

    + q

    S

    +

    B

    V

  • Medan Magnetik 117

    Contoh 5.6

    Tantanganuntuk Anda

    Suatu partikel bermuatan 0,04 Cbergerak sejajar dengan kawatberarus listrik 10 A. Jika jarak antarapartikel dan kawat 5 cm, hitunglahberapa gaya yang dialami partikeltersebut?

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII118

    3. Gaya Magnetik antara Dua Kawat Sejajar

    Gambar 5.20Dua buah penghantar lurus

    sejajar dialiri oleh arus listrik.(a) I

    1 searah dengan I

    2.

    (b) I1 berlawanan arah dengan I

    2.

    garis medankarena I

    1 I2

    garis medankarena I

    2

    PQ

    B1

    B2

    F1

    F2

    a

    garis medankarena I

    2

    garis medankarena I

    1I

    1I

    2

    B1

    B2

    Q PF1 F2

    a

    I1

    Contoh 5.7

    B

    B

    I

  • Medan Magnetik 119

    Kata Kunci gaya magnetik kaidah tangan kanan

    Contoh 5.8

    Tes Kompetensi Subbab B

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII120

    C. Aplikasi Gaya Magnetik

    1. Motor Listrik

    I

    I

    poros

    arah putaran

    F

    B

    CB

    D

    F

    A

    komutator

    sikat karbon

    Gambar 5.21Skema motor listrik

    Gambar 5.22Skema galvanometer

    F

    a

    F

    b

    I

    Ipivot

    U S

    2. Galvanometer

    Tugas Anda 5.2Anda mengenal kipas angin, mesincuci, dan motor penggerak mesinjahit. Alat-alat tersebut dihubungkandengan listrik arus AC. Carilah carakerjanya. Apakah cara kerjanya samadengan motor listrik yang dibahasberdasarkan Gambar 5.21?

  • Medan Magnetik 121

    3. Pengeras Suara (Loudspeaker)

    4. Kereta Api Terbang

    Sumber: Science Discovery 1, 2004

    Gambar 5.23Kereta api terbang mampumelaju dengan kecepatanlebih dari 400 km/jam.

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII122

    D. Sifat Magnet Bahan

    1. Bahan Ferromagnetik

    2. Bahan Paramagnetik

    3. Bahan Diamagnetik

    Gambar 5.24(a) Gerak melingkar elektron

    mengelilingi inti; (b) Spin elektrontidak berpasangan; (c) Spin elektron

    berpasangan.

    SS

    U UU

    S

    Gambar 5.25Bahan ferromagnetik dalam

    solenoida

    Gambar 5.26Bahan paramagnetik dalam

    solenoida

    Gambar 5.27Bahan diamagnetik

    dalam solenoida

    S U

    S U

  • Medan Magnetik 123

    bel

    pegas baja

    interuptor(pemutar

    arus)

    sakelar

    besi U

    kumparan

    Gambar 5.28Skema rangkaianrelai magnetik

    engsel

    rangkaian kedua

    solenoida

    sakelar

    armatur(lempengan)

    inti besi

    Gambar 5.29Skema rangkaianbel listrik

    4. Suhu Curie

    5. Penerapan Bahan Ferromagnetika. Relai Magnetik (Penghubung)

    b. Bel Listrik

    Sumber: Physics for Scientists andEngineers, 3rd Edition, 2000

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII124

    Rangkuman

    I

    B

  • Medan Magnetik 125

    Peta Konsep

    Setelah Anda mempelajari materi bab ini, Anda tentudapat memahami bahwa medan magnetik dihasilkandari magnet permanen dan kawat berarus. Anda tentumemahami juga pengaruh medan magnetik pada kawatberarus serta pemanfaatan fenomena tersebut dalam

    Refleksi

    teknologi. Dari materi yang ada pada bab ini, bagianmanakah yang menurut Anda sulit dipahami? Coba Andadiskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda. Selainitu, coba Anda cari manfaat dan aplikasi lain dari materi-materi bab ini.

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII126

    Tes Kompetensi Bab 5

    I1

    a

    B

    P

    I1

    I2

    4d 3

    4d

    C

    A B

    IA

    = 5A IB = 5A

    ai

    x

    P

    r

  • Medan Magnetik 127

    II

    I2

    I1

    P

    O

    P

    a

    I

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII128

    1

    81

    4

    1

    2

    S

    B

    U

    I

    10 cm

    1 cm

    Q

    I1

    I2

    a b

    d c

    20 cm

    P

    h

    DC

    AI

    B

    I

  • Medan Magnetik 129

    I

    P

    IQ

    RI

    P

    ba

    Ia = 10 A

    Ib = 5 A10 cm

    Q

    P

    R4 cm

    4 cmO

    P R

    A B

    I1 = 5 A I

    2 = 5 A

    8 cmb10 cma

  • Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII130

    P

    Q