S i

U

BAB 6MEDAN MAGNET

4.1 Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik Terjadinya medan magnet di sekitar kawat berartus listrik pertama kali ditemukan oleh Hans Christian Oersted dengan mendekatkan magnet jarum pada penghantar yang dialiri arus listrik. Ketika magnet jarum didekatkan pada kawat penghantar berarus listrik, magnet jarum menyimpang. Dari percobaan tersebut, Oersted berkesimpulan bahwa ”Disekitar arus listrik terdapat medan magnet”.

(a) magnet jarum didekatkan kawat tidak berarus.

(b) kawat dialiri arus keatas, kutub utara magnet menyimpang kekanan.

(c) kawat dialiri arus kebawah, kutub utara magnet menyimpang kekiri.

Arah penyimpangan kutub utara magnet sama dengan arah medan magnettik yang ditimbulkan arus listrik. Mengapa ? diskusikan!

Gambar 1. Percobaan Oersted

Bedasarkan percobaan Ampere, arus listrik dan induksi magnet dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan yakni, ibu jari menunjukkan arah arus listrik dan genggaman ke empat jari yang lain menunjukan arah medan magnet ( seperti gambar berikut).

,Medan magnet merupakanbesaran vector, sehingga arah medan magnet di suatu titik di sekitar penghantar berarus listrik digambarkan dengan vector yang arahnya sesuai kaidah tangan kanan . Untuk menggambarkan vector medan magnet dan arus listrik digunakan tanda sebagai berikut :

♦ Tanda titik ( ● ) untuk vector yang arahnya tegak lurus keluar bidang gambar / mendekati pembaca

20

I = arah arus listrikB = arah induksi magnetik

U

S

U

S i

(a) (b) (c)

Standar Kompetensi : 2. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk

teknologiKompetensi Dasar : 2.2. Menerapkan Induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologiIndikator :

Mendeskripsikan induksi magnetic di sekitar kawat berarusMendeskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerakMenerapkan prinsip induksi magnetik dan gaya magnetik dalam teknologi seperti pada bel listrik atau

motor listrik

♦ Tanda silang ( X ) untuk vector yang arahnya tegak lurus masuk bidang gambar / menjauhi pembaca

a. Hukum Biot – SavartBesarnya induksi magnet di sekitar kawat berarus listrik. berbanding lurus dengan arus listrik (i) bebanding lurus dengan panjang elemen kawat (dl) berbanding lurus dengan sinus sudut antara arah arus dan garis penghubung titik itu ke elemen kawat berbanding terbalik dengan kwadrat jarak antara titik itu ke elemen kawat ( )

Gambar 2. Elemen penghantar

dengan = 10 7 dan Wb/Am

dengandB = besar induksi magnet (Tesla atau T)dl = elemen kawat penghantar (m)i = arus yang mengalir (A)

= sudut yang dibentuk antara garis hubung (r) dengan arah arus (i) r = besar garis hubung (m)

b. Besar induksti magnet pada kawat lurus

Besar induksi magnet di titik P

Untuk penghantar yang sangat panjang

dan . Dengan demikian besar induksi magnetik di sekitar penghantar lurus berarus yang sangat panjang yang berjarak a adalah :

Gambar 3. Induksi magnetic di suatu titik berjarak a dari kawat lurus berarus.

Contoh 1.1. Hitunglah induksi magnetik di titik yang berjarak 5 cm dari kawat penghantar lurus berarus listrik 20 A.

Penyelesaian:

21

r

dB

i

dl

XB

a=r

r2

r1

Bp

1

2

X

I

2. Dua penghantar lurus dan panjang terpisah sejajar dengan jarak 5 cm. Kedua penghantar dialiri arus listrik

berturut-turut 6A dan 8A yang arahnya sama. Tentukan induksi magnetik pada titik yang berjarak 3 cm dari kawat pertama dan 4 cm dari kawat kedua !Penyelesaian:Untuk mempermudah gambar terlebih dulu arah kedua arus listrik tagak lurus masuk bidang kertas, kemudian gambar vektor medan magnet yang ditimbulkan oleh masing-masing kawat.

Induksi magnetik akibat kawat 1 adalah

= 4 x 10-6 T

Induksi magnetic akibat kawat 2 adalah

= 4 x 10-6 T

Jadi medan magnet total adalah :

c. Induksi magnet di sekitar kawat berupa lingkaran berarus

Gambar 4. Penghantar melingkar berarus listrik

Besar induksi magnet di titik P pada sumbu kawat melingkar dan berjarak b dari pusat

lingkaran.Jika maka

Besar induksi magnet di pusat lingkaran ( b = 0, , )

22

dB1

a

dl

b

r

dB2

dB1+dB2

B2

B

B1 4 cm 3 cm

5 cm

Jika lilitan kawat melingkar sebanyak N buah dan tebal kumparan diabaikan, maka besar induksi magnet di titik pusat penghantar melingkar dapat ditulis:

N = jumlah lilitana = jari-jari lingkaran kawat (m)

Contoh 2.1. Suatu kawat berbentuk lingkaran terdiri atas 10 lilitan dengan diameter 20 cm. Agar induksi magnetik di pusat

lingkaran 2 x 10-3 wb/m2, maka arus listrik yang mengalir sebesar ….

Penyelesaian:a = ½ d = ½ . 20 = 10 cm = 10-1 m

= 100 Ampere

3. Seratus buah 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

Penyelesaian

= 144 10-5 Tesla = 1,44 10-3 Tesla

TUGAS 1

1. Dua buah kawat panjang lurus dan sejajar berada pada jarak 60 cm, masing-masing dialiri arus sebesar 2 A dan 3 A. Hitunglah induksi magnetik di titik P yang berada di tengah-tengah kedua kawat jika arah arus pada kawat sama (searah ).

2. Gambar di bawah ini menunjukkan dua penghantar lurus dan panjang yang diletakkan sejajar dengan jarak 10 cm.

P

5 cm R9 A 10 cm 16 A

Hitunglah kuat medan magnet:

a. di titik P yang berjarak 6 cm dari kawat 1 dan 8 cm dari kawat 2

23

a = 3 cm = 3 x 10-2 mr = 5 cm = 5 x 10-2 m

b. di titik R.

3. Berapa banyak lilitan dalam suatu kumparan melingkar datar dengan jari-jari 10 cm, sehingga arus 10 A yang melalui kumparan menghasilkan induksi magnetik 3,14 X 10-3 T di pusatnya.

4. Sebuah kawat dibentuk menjadi lingkaran dengan jari-jari 100 cm, Hitunglah induksi titik P yang berada di pusat lingkaran apabila arus yang mengalir pada kawat 200 A !

5. Penghantar P berbentuk lingkaran dengan jari-jari 10 cm dan penghantar R lurus diletakkan hampir bersinggungan dengan pernghantar P (lihat gambar). Kedua penghantar dialiri arus listrik yang besarnya sama 20 A.

P

R

Hitunglah kuat medan magnet di pusat penghantar P akibat penghantar P dan R.

d. Induksi Magnet pada SolenoidaSelenoida adalah suatu lilitan kawat atau kumparan yang rapat

Gambar 5. Solenoida

Jika banyak lilitan = dan panjang kumparan = , maka kerapatan lilitan adalah :

Maka besarnya induksi magnet pada titik P ( pertengahan ) solenaida dirumuskan

atau

Sedangkah besar induksi magnet pada salah satu ujung solenaida adalah ….

atau

dengan;B = induksi magnet (Tesla)N = jumlah lilitan = panjang solenaida (m) = arus (A)

24

Bp =

e. Induksi Magnetik pada ToroidaToroida adalah solenaida yang dilengkungan sehingga membentuk lingkaran.

Gambar 6. Toroida

Besar induksi magnet dititik P pada pusat toroida dirumuskan

Karena n = maka = keliling lingkaran = 2 R diperoleh:

Contoh 3:1. Suatu solenaida yang cukup panjang memiliki panjang 25 cm. Jari-jari 1 cm dan terdiri dari 100 lilitan. Bila

solenoida dialiri arus 3 A, tentukan induksi magnetik di pusat dan di salah ujung solenoida.

Penyelesaian:Panjang solenoida = 25 cm = 2,5 x 101 mJari-jari solenoida a = 1 cm = 1 x 10-2 mJumlah lilitan N = 100 lilitanKuat arus = 3 A

Induksi magnet di pusat solenoida

= 48 x 10-5 T

Induksi magnetik di ujung Solenoida

= 24 x 10-5 T

2. Sebuah toroida berjari-jari 30 cm dialiri arus sebesar 0,9A. Jika induksi magnetik di pusat toroida adalah 24T. Tentukanlah jumlah lilitan toroida tersebut.

Penyelesaian:Jari-jari toroida, a = 30 cm = 3 x 10-1 mKuat arus listrik = 0,9 AInduksi magnetik di pusat toroida B = 24 x 10-6 T

25

Bp =

N = 40 lilitan

TUGAS 21. Sebuah solenoida panjangnya 40 cm, terdiri dari 6 lapisan, setiap lilitan terdiri 100 lilitan kawat lingkaran.

Jika induksi di pusat solenoida 0,03768 Wb/m2, berapa arus yang melaluinya. 2. A solenoid has 10 cm lenght an 200 coil turn, if the solenoid is charge by 15 A, determine the magnitude

of magnetic induction at its center solenoid .3. Sebuah toroida memiliki 1500 lilitan kawat. Bila arys yang diberikan 10 A. Dihasilkan induksi magnetik

0.0048 Wb/m2. Berapa diameter rata-rata dari toroida. 4. Toroida dengan jari-jari efektif 20 cm terdiri dari 1000 lilitan dialiri arus listrik sebesar 4 A. Hitunglah kuat

medan magnetic di pusat toroida.5. Kumapran yang panjangnya 2 cm terdiri dari 5000 lilitan dialiri arus listrik 2 A. Tentukan kuat medan

magnet di salah satu ujung solenoida.

4.2 Gaya Magnetik

a. Gaya magnetik pada penghantar lurus di dalam medan magnet Gaya magnetik adalah gaya yang dialami oleh penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet. Gaya magnetik merupakan besaran vektor.

Arah gaya magnetik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan,

Gambar 7. Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah medan magnetik di sekitar arus listrik Ibu jari menunjukkan arah arus listrik (i); Keempat jari lain (dalam keadaan lurus) menunjukkan arah medan magnet (B); Menghadapnya telapak tangan menunjukkan arah gaya lorentz (Fm).

Medan magnet homogen B

Gambar 8.

Arah gaya magnetik selalu tegak lurus terhadap arah medan magnet B dan arah arus listrik , sedangkan arah B terhadap arah tidak selalu tegak lurus Besarnya gaya magnetik yang dialami oleh penghantar yang panjangnya berarus listrik berada di dalam medan magnet homogen B, merupakan hasil perkalian vektor antara kuat arus listrik dan induksi magnetik B.

dengan adalah sudut apit antara arah arus listrik terhadap arah medan magnet.

26

i P

Jika arah arus listrik tegak lurus terhadap arah medan magnet, maka besar gaya magnetik yang dialami pengahantar tersebut adalah;

b. Dua buah penghantar lurus sejajar berarus listrik. Jika dua buah penghantar lurus diletakkan sejajar dan keduanya dialiri arus listrik, maka kedua penghantar tersebut akan saling mempengaruhi. Artinya penghantar pertama berada didalam medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar kedua (B2) dan penghantar kedua berada di dalam medan magnet yang ditimbulkan oleh penghantar pertama (B1). Maka kedua penghantar tersebut juga mengalami gaya magnetik seperti gambar 9.

Penghantar 1 Penghantar 2

Gambar 9

Penghanatar pertama akan mengalami gaya magnetik sebesar

dan penghanatar kedua akan mengalami gaya magnetik yang besarnya

Besarnya gaya magnetik yang dialami oleh kedua penghantar adalah sama, yang disebut gaya interaki antara dua penghantar lurus berarus listrik diletakkan sejajar dan berdekatan. Pada gambar 9 tampak bahwa gaya interaksi yang terjadi pada kedua kawat saling mendekat. Sesuai dengan hukum Biot-Savart besarnya gaya interaksi tiap satuan panjang kawat tersebut dapat dirumuskan;

Jika arah arus listrik pada salah satu penghanatar seperti pada gambar 9 di balik (arah arus pada kedua penghantar berlawanan), maka gaya yang dialami oleh kedua kawat penghantar saling menjauh (gambar 10). Besar gaya persatuan panjang untuk kasus ini adalah sama seperti halnya arah arus pada kedua penghantar sama.

Penghanatar 1 Penghantar 2

27

P B2

B1

F1 F2

P

F1

B2 B1

F2

Gambar 10.

Dari kedua gambar di atas, dapat disimpulkan bahwa:1. Dua buah penghantar lurus yang diletakkan berdekatan sejajar dan diberi arus listrik dengan arah sama

akan tarik-menarik.2. Dua buah penghantar lurus yang diletakkan berdekatan sejajar dan diberi arus listrik dengan arah

berlawanan akan tolak-menolak.

c. Gaya magnet yang di alami oleh muatan listrik. Muatan listrik yang bergerak di dalam medan magnet homogen juga mengalami gaya magnet, sehingga

lintasannya membelok.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 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 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 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 q X X X X X q 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

(a) (b)

Muatan positif bergerak ke atas di dalam Muatan negatif bergerak ke atas di dalam medan megnet yang arahnya tegak lurus medan magnet yang arahnya tegak lurus masuk bidang mengalami gaya magnet masuk bidang mengalami gaya magnetke kiri sehingga lintasaannya membelok. Ke kanan sehingga lintasaanya membelokke kiri. Ke kanan.

Gambar 11. Partikel bermuatan bergerak memotong medan magnetic

Besar gaya magnet yang di alami muatan adalah: Jika arah gerak muatan tegak lurus terhadap arah medan magnet ( ), maka

28

Jika muatan bergerak di dalam medan magnet homogen yang luas, maka lintasan akan membentuk lingkaran dengan jari-jari r

dengan : = massa partikel (kg) = kecepatan gerak partikel (m/s) = besar muatan partikel ( C ) = induksi magnetik (tesla) = jari-jari lintasan (m)

Contoh 3.1. Suatu partikel 6 x 10-6 Coulomb bergerak sejajar kawat berarus 4 Ampere. Jika laju partikel 5 x 104 m/s dan

= 4 x 10-7 Wb/Am, maka gaya yang dialami partikel apabila jarak terhadap kawat 2 cm adalah ….

Penyelesaian

= 4 x 10-5 T2. Kawat PQ lurus dan berarus listrik 20 A. Kawat A B C D berbentuk segi empat berarus listrik 10 A. Hitunglah

gaya pada kawat A B C D akibat kawat P Q.

Penyelesaian

Kawat D A

F = B iDA l

=

= 1,6 x 10-4 N

F1 = B1 iBC l

= N

Jadi gaya FABCD adalah :

FABCD = F - F1

N

TUGAS 3

29

i = 4a 2 cm

V = 5 x 104 m/sF2 = B q V = 4 x 10-5 6 x 10-6

5 x 104

= 1,2 x 10-5 N

I=10 A

15 cm5cm

I=20 A

AB

CD

P

Q

20 cm

1. Suatu penghantar lurus yang panjangnya 20 cm berus listrik 5 Amper, diletakan dalam medan magnet dengan induksi magnetik 1 wb/m2. Jika penghantar itu mengapit sudut 60o terhadap medan magnetik, Besar gaya yang bekerja pada kawat.

2. Sebuah kawat melingkar yang ber arus 2 A jari-jarinya 8 cm terletak di permukaan meja. Pada kawat itu bekerja medan magnet sebesar 0.065 T dengan arah vertikal ke bawah, tentukan :a. Gaya total pada kawat karena medan magnet itub. Gaya pada kawat sepanjang 3m.

4.3. Penerapan induksi magnetik dan gaya magnetik dalam teknologi Penerapan prinsip induksi magnetik

Prinsip induksi magnetik dimanfaatkan pada pembuatan bel listrik, yakni dengan memanfaatkan induksi magnetik sebuah kumparan. Untuk memper-besar induksi magnetik di dalam kumparan biasanya penghantar dililitkan pada bahan feromagnetik yang umumnya dipakai adalah logam besi. Jika pada kumparan dialirkan arus listrik, maka logam besi akan bersifat magnet sementara. Magnet ini akan menggetarkan plat logam yang didekatkan pada salah satu ujung kumparan, sehingga ujung plat memukul-mukul dengan cepat logam lain sebagai sumber bunyi seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Penerapan gaya magnetikGalvanometer

Galvanometer adalah komponen dasar amperemeter dan voltmeter analog. Prinsip kerja galvanometer berdasarkan momen kopel yang bekerja pada kumparan yang terdiri dari sejumlah lilitan. Kumparan ditempatkan diantara dua kutub magnet sedemikian rupa sehingga arah normal bidangnya tidak tegak lurus terhadap arah medan magnet yang dihasilkan oleh magnet tersebut seperti tampak pada gambar 11.

Gambar 11. Diagran Galvanometer

Ketika galvanometer digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, pada kumparan mengalir arus listrik sehingga bagian kumparan yang tegak lurus dengan arah medan magnet mengalami gaya megnet. Gaya magnet tersebut menyebabkan momen kopel yang bekerja pada poros kumparan. Karena pada poros kumparan dipasang pegas untuk menyeimbangkan kopel magnetik, maka kumparan hanya mampu berputar maksimum seperempat putaran, hingga kedudukan kumparan tegak lurus terhadap arah medan magnetik. Perputaran maksimum kumparan bergantung pada besar kecilnya kuat arus listrik yang dialirkan pada kumparan. Saat kumparan berputar jarum yang dipasang pada ujung poros kumparan ikut bergerak menunjuk pada skala.

Motor listrik

Motor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak (putaran). Prinsip kerja motor listrik sama seperti halnya galvanometer yakni berdasarkan momen kopel magnetik. Jadi elemen motor listrik sama dengan galvanometer, bedanya hanya pada motor listrik pegas di tiadakan sehingga kumparan dapat terus berputar ketika dialiri arus listrik. Gambar di bawah ini menunjukkan bagan motor listrik sederhana yang terdiri dari satu gulungan dengan satu lilitan.

30

Gambar 12.

Motor listrik dapat dibuat lebih bertenaga dengan tiga cara sebagai berikut:(1) Kumparan dibuat terdiri dari banyak lilitan (Gambar 13a)(2) Kumparan dibuat terdiri dari lebih dari satu gulungan (Gambar 13b).(3) Kumparan dililitkan pada inti besi (Gambar 13c)

Gambar 13.

SOAL EVALUASI BAB 5A. Soal Pilihan Ganda

1. Adanya medan magnet di sekitar kawat berarus listrik pertama kali ditemukan oleh ….a. Newton d. Oerstedb. Ampere e. Henryc. Faraday

2. Besarnya kuat medan magnetik di sekitar penghantar lurus berarus listrik ….a. sebanding dengan kuadrat kuat arus listrikb. sebanding dengan jarak titik terhadap

penghantarc. sebanding dengan kuat arus listrik dan jarak

titik terhadap penghantard. sebanding dengan kuat arus listrik dan

berban- ding terbalik dengan jarak titik terhadap kawat

e. sebanding dengan kuat arus listrik dan panjang penghantar.

3. Seberkas elektron bergerak searah dengan sumbu X positif berada di dalam medan magnet yang arahnya searah sumbu Z negatif akan mengalami gaya magnetik yang arahnya…..a. searah sumbu X negatifb. searah sumbu Y positifc. searah sumbu Y negatifd. searah sumbu Z positife. searah sumbu Z negatif

4. Jika dua penghantar lurus dan panjang didekatkan sejajar berjarak a dan dialiri arus listrik yang arahnya sama, maka kedua penghantar akan……

a. tarik menarik dengan gaya sebanding ab. tarik menarik dengan gaya sebanding a-1

c. tolak menolak dengan gaya sebanding ad. tolak menolak dengan gaya sebanding a-1

e. tidak akan terjadi interaksi

5. Dua buah kawat yang lurus dan panjang terpisah pada jarak 2 a. Kawat tersebut dialiri arus yang sama besar dengan arah yang berlawanan. Induksi magnetik ditengah-tengah antara dua kawat adalah B. Induksi magnetik di titik yang berjarak a dari kawat pertama dan 3a dari kawat kedua adalah ….a. 0 d. 2 Bb. e. 3 Bc. ½ B

6. Sepotong kawat penghantar dialiri arus 1 Ampere. Induksi magnetik pada jarak 1 cm dari kawat tersebut adalah ….Wb/m2

a. 2 x 10-5 d. 2 x 10-2

b. 2 x 10-4 e. 2 x 10-1

c. 2 x 10-3

7. Jika kawat yang dialiri arus listrik diletakkan di antara kaki magnet, maka pada kawat terdapat pengaruh medan magnet yang disebut ….a. Induksi d. gaya Coulombb. medan magnet e. gaya Newtonc. gaya Magnet

31

8. Dua kawat sejajar masing-masing I1 dan I2 berjarak 25 cm satu dengan yang lain, kawat I1 berarus 5 ampere dan I2 = 10 ampere. Besar induksi magnet pada suatu titik yang berjarak 5 cm dari I1 dan 20 cm dari I2. Jika kedua arus berlawanan arah ….a. 1 x 10-5 wb/m2 d. 4 x 10-5 wb/m2

b. 2 x 10-5 wb/m2 e. x 10-5 wb/m2

c. x 10-5 wb/m2

9. Kawat ¼ lingkaran dengan jari-jari 3 meter dialiri arus 6 ampere, maka besar induksi magnet pada pusat lingkaran adalah ….a. x 10-5 Tesla d. 4 x 10-7 Teslab. x 10-7 Tesla e. 7 x 10-5 Teslac. 4 x 10-5 Tesla

10. Kawat melingkar berdiameter 12 cm dialiri arus listrik 2 A. Besar induksi magnetik pada jarak 8 cm dari lingkaran kawat dan berada pada sumbu lingkaran adalah ….a. 144 x 10-10 wb/m2

b. 144 x 10-9 wb/m2

c. 144 x 10-8 wb/m2

d. 144 10-7 wb/m2

e. 144 10-6 wb/m2

11. Sebuah solenoida yang panjangnya 40 cm mempunyai 1000 lilitan dan dialiri arus 5 A. Bila

= 4 x 10-7 wb/Am, maka besar induksi magnetik pada salah satu ujungnya adalah ….a. 2,5 x 10-3 wb/m2

b. 2,5 x 10-3 wb/m2 c. 5 x 10-3 wb/m2

d. 5 x 10-3 wb/m2

e. x 10-2 wb/m2

12. Sebuah solenoida yang terdiri dari 1200 lilitan dialiri arus 20 A. Jika induksi magnetic di pusat solenoida adalah 4 x 10-2 T, maka panjang solenoida tersebut adalah ….a. 20 cm d. 36 cmb. 24 cm e. 48 cmc. 30 cm

13. Sebuah toroida dengan jari-jari 20 cm dialiri arus sebesar 5 A. Jika induksi magnetic yang timbul pada sumbu toroida adalah 1,8 x 10-3, maka banyaknya lilitan toroida tersebut adalah ….a. 90 d. 360b. 180 e. 620c. 240

14. Toroida terdiri atas 400 lilitan dialiri arus hingga induksi magnetik di pusat toroida 10-3 Tesla. Jika jari-jari toroida 16 cm, maka arus yang mengalir ….a. 1 A d. 4 Ab. 2 A e. 5 Ac. 3 A

15. Partikel bermuatan 4 x 10-8 Coulomb bergerak dengan kecepatan 40 m/s dalam medan magnet hingga terjadi gaya magnet 16 x 10-6 N, maka induksi magnetiknya adalah ….a. 5 wb/m2 d. 20 wb/m2

b. 10 wb/m2 e. 25 wb/m2

c. 15 wb/m2

16. Perhatikan sumbu koordinat di bawah ini.

Y

X

Z

Jika arah arus listrik pada penghantas sesuai sumbu Z(-), maka agar arah gaya magnetik yang di alami penghantar sesuai arah sumbu Y(+) maka arah medan magnet harus searah dengan…….

a. sumbu X(+)b. sumbu X(-)c. sumbu Y(-)d. sumbu Y(+)e. sumbu Z(+)

17. Penghantar lurus membentang sejajar dengan arah utara-selatan berada dalam medan magnetik yang arahnya ke bawah. Jika arah arus pada penghantar ke selatan, maka arah gaya lorent yang dialami penghantar adalah……..a. ke baratb. ke timurc. ke atasd. ke utarae. ke selatan

18. Sebuah partikel dengan muatan sebesar 1 C bergerak membentuk sudut 300 terhadap magnet homogen B = 10-4 Tesla. Jika partikel bergerak

32

dengan kecepatan 2.000 m/s, maka gaya lorentz yang dialami adalah ….a. nol d. 2 x 10-6 Nb. 1 x 10-8 N e. 4 x 10-6 Nc. 1 x 10-7 N

19. Pada dua buah kawat sejajar yang masing-masing dialiri arus listrik sama besar terjadi gaya yang besarnya 2 x 10-7 Newton/meter. Jika jarak antara kedua kawat adalah 1 meter, maka arus listrik yang mengalir dalam setiap kawat adalah ….a. 0,125 A d. 1 Ab. 0,25 A e. 2 Ac. 0,5 A

20. Sebuah kawat panjangnya 20 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetic. Jika rapat fluks magnetiknya 0,1 Tesla dan arus mengalir di dalam kawat itu 30 A, maka gaya yang dialami kawat itu adalah ….a. 6 x 10-4 N d. 15 Nb. 1,7 x 10-4 N e. 60 Nc. 6 x 10-1 N

21. Sebuah elektron bermuatan 1,6 x 10-19 C dan bermassa 9,1 x 10-31 kg memasuki medan magnet 10-4 Tesla dalam arah tegak lurus sehingga bergerak melingkar. Sekitar berapakah periode putarnya? (SPBM 2003/R1)a. 3,6 x 10-7 S d. 3,6 x 10-4 Sb. 3,6 x 10-6 S e. 3,6 x 10-3 Sc. 3,6 x 10-5 S

22. Kawat CD bebas bergerak memiliki massa persatuan panjang 5 x 10-3 kg/m. Jika kawat CD dalam keadaan seimbang, maka jarak CD ke AB adalah ….

a. 0,5 cm d. 2,5 cmb. 1 cm e. 5 cmc. 2 cm

23. Definisi dari Ampere menyatakan bahwa gaya per satuan panjang di antara dua kawat tipis sangat panjang sejajar yang terpisah dalam vakum sejauh 1,0 m adalah 2,0 x 10-7 N/m. Ketika setiap kawat

dilalui arus 1,0 A. Jika kedua kawat terpisah sejauh 1,5 m dalam vakum dan tiap kawat membawa arus 3,0 A, maka gaya persatuan panjang adalah ….a. 2,7 x 10-7 N/m d. 12 x 10-7 N/mb. 4,0 x 10-7 N/m e. 27 x 10-7 N/mc. 9,0 x 10-7 N/m

24. Gambar di bawah ini menunjukkan 3 buah kawat sejajar yang dialiri arus listrik. Besar gaya lorentz persatuan panjang pada kawat yang terletak di tengah adalah ….

a. 8 x 10-5 N/m d. 2 x 10-5 N/mb. 6 x 10-5 N/m e. 10-5 N/mc. 4 x 10-5 N/m

25. Jika m = massa partikel, q = muatan partikel, B = kuat medan magnetik, v = kecepatan gerak partikel dan r = jari-jari lintasan partikel yang bergerak memotong tegak lurus arah medan magnetik, maka persamaan yang benar adalah…….

a. r = d. r =

b. r = e. r =

c. r =

26. Sebuah penghatar lurus dan panjang membentang sejajar arah timur-barat dialiri arus listrik yang arahnya ke timur. Arah medan magnet di titik yang tepat berada di bawah penghantar adalah…..a. ke utara d. ke bawahb. ke selatan e. ke baratc. ke atas

27. Induksi magnetik di titik P yang berjarak 4 cm dari penghantar lurus panjang berarus listrik 10 A adalah…a. 5 x 10-5 T c. 4 x 10-5 Tb 5 x 10-5 T d. (5/) x 10-5 Tb. 4 x 10-5 T

33

A B

CD

I=50 cm

I1=2AI1=2A

I1=2A I2=3A I3=4A

6 cm4 cm

28. Suatu medan magnet yang besarnya 0,4 Tesla mampu membelokkan gerak muatan listrik sebesar 5 Coulomb yang kecepatannya 5 x 104 m/s, sehingga memiliki lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari 2 cm. Massa partikel bermuatan tersebut adalah ….a. 4 x 10-7 kg d. 5 x 10-5 kgb. 8 x 10-7 kg e. 8 x 10-5 kgc. 4 x 10-5 kg

29. Dua buah partikel massanya m1 : m2 = 2 : 1 dan muatannya q1 : q2 = 2 ; 1. Kedua partikel tersebut bergerak melingkar memotong tegak lurus medan magnetiki homogen. Jika momentum kedua

partikel adalah sama, maka perbandingan jari-jari lintasan partikel r1 : r2 adalah……a. 1 : 1 d. 2 : 1b. 1 : 2 e. 4 : 1c. 1 : 4

30. Sebuah solenoida terdiri dari 1200 lilitan dialiri arus listrik 20 A. Jika induksi magnetik di pusat solenoida 4 x 10-2 T, maka panjang solenoida adalah……a. 20 cm d. 36 cmb. 24 cm e. 48 cmc. 30 cm

B. Soal Uraian

1. Induksi magnet di suatu titik yang berjarak 5 cm dari suatu kawat penghantar yang lurus dan panjang ialah 10-

5 wb/m2. Hitung kuat arus pada penghantar itu!

2. Dua kawat penghantar yang lurus dan panjang diletakkan pada bidang H dan V yang saling tegak lurus (i2 = 3 A, i2 = 5 A). Hitung induksi magnetic di sebuah titik yang berjarak 3 cm dari kawat 1 dan 2 cm dari kawat 2

3. Dua utas kawat penghantar lurus dan panjang didekatkan sejajar dengan jarak 10 cm. Kedua kawat di aliri arus listrik masing-masing sebesar 9 A dan 16 A yang arahnya sama. (o = 4 x 10-7 Wb/A.m.)a. Hitunglah induksi magnetik di titik tengah antara dua kawat.b. Dimana letak titik di antara dua kawat yang induksi magnetiknya nol (dari kawat 9 A).c. Hitunglah gaya persatuan panjang kedua kawat tersebut

4. Suatu penghantar dililitkan melingkar satu kali dengan jari-jari 50 cm. Pada penghantar itu mengalir arus 20 A.a) Hitung induksi magnetic di sebuah titik yang terletak pada sumbu lilitan itu dan berjarak cm dari

pusatb) Hitung induksi magnetik di pusat lingkaranc) Analog soal b tetapi kumparan dililitkan 30 kali

5. Suatu penghantar dililitkan melingkar 10 kali, pada penghantar itu mengalir arus x A. Induksi magnetik di sebuah titik yang terletak pada sumbu lilitan dan berjarak 8 cm dari pusat ternyata 2 10-4 wb/m2. Jika jari-jari lingkaran 6 cm. Hitunglah x

6. Induksi magnetik di pusat kawat lingkaran yang berarus listrik 10 A adalah 1,5 10-4 wb/m2. Hitung besarnya induksi magnetik di sebuah titik yang berada pada garis sumbu 6 cm dari pusat lingkaran.

7. Sebuah solenoida yang panjangnya 20 cm mempunyai 200 lilitan. Induksi magnetik di pusat solenoida 2 10-4

wb/m2. Hitung arus listrik yang mengalir pada kawat solenoida tersebut

8. Induksi magnetic di pusat suatu solenoida yang panjangnya 30 cm ialah 10 -4 wb/m2. Hitung berapa banyak lilitan pada solenoida tersebut jika arus yang mengalir 0,24 A

9. Sebuah penghantar yang panjangnya 20 cm dialiri arus listrik dari 10 A. Berapakah besarnya medan magnet homogen yang tegak lurus penghantar tersebut agar timbul gaya sebesar 0,5 N?

10. Sebuah kawat yang panjangnya 10 cm diletakkan dalam medan magnet homogen dari 10 -2 wb/m2. Kawat tersebut dialiri listrik 20 A, berapa gaya yang timbul pada kawat? (Arus tegak lurus medan magnet)

34

11. Dua buah kawat sejajar dialiri arus I1 = I2 = 2 A. Hitung gaya tolak kedua kawat tersebut jika jarak kedua kawat 10 cm.

12. Dua kawat a dan b lurus dan panjang terletak sejajar. Kawat tersebut dialiri arus yang berlawanan arah masing-masing 10 A dan 5 A. Jarak kedua kawat 10 cm. Hitung induksi magnetik di sebuah titik yang berjarak 10 cm dari kawat a dan 8 cm dari kawat b.

35

36

C. Seutas penghantar lurus dan panjang dialiri arus listrik sebesar 10 ampere. Hitunglah kuat medan magnet di titik yang berjarak

D. 4 cm dari penghantarE. 5 cm dari penghantar

F. Dua buah penghantar lurus dan panjang diletakkan sejajar dengan jarak 10 cm. Kedua penghantar dialiri arus listrik masing-masing sebesar 10 A dan 15 A dengan arah yang sama. Hitunglah

G. kuat medan magnetik di titik tengah garis hubung antara kedua penghantar tersebut.H. Jarak titik pada garis hubung kedua penghantar yang induksi magnetiknya nol.

I. Sebuah penghantar lurus panjangnya 80 cm dialiri arus listrik 20 ampere kemudian di letakkan di dalam medan magnet homogen 0,2 tesla. Hitunglah gaya magnet yang dialami penghantar tersebut jika:

J. arah arus listrik tegak lurus terhadap arah medan.K. Arah arus listrik membentuk sudut 30o terhadap arah medan.

L. Kawat penghantar P dan Q lurus dan panjnag masing-masing dialiri arus listrik sebesar 20 A dan 25 A yang arahnya berlawanan. Kedua kawat didekatkan sejajar dengan jarak 5 cm. Hitunglah gaya interaksi antara kedua kawat dan jelaskan gaya interaksi tersebut!

37

M. Sebuah solenoida panjangnya 10 cm terdiri dari 200 lilitan dialiri arus listrik sebesar 15 ampere. Berapa besar induksi magnetik di tengah-tengah sumbu solenoida tersebut.

N. Sebuah solenoida terbuat dari kawat penghantar yang diameternya 0,5 mm dan terdiri dari 1000 lilitan. Pada solenoida dialirkan arus listrik sebesar 20 ampere. Hitunglah kuat medan magnet di salah satu ujung sumbu solenoida.

O. Sebuah elektron dipercepat memotong tegak lurus medan magnetik yang kuat medan magnetiknya 0,04 tesla dengan kecepatan 3 x 104 m/s. hitunglah jari-jari lintasannya.

P. Hitunglah gaya magnet yang dialami oleh sebuah muatan listrik 250 mikrocoulomb yang digerakkan memotong medan magnet homogen 2 x 10-2 Wb/m2 dengan kecepatan 4 x 103 m/s jika arah gerak muatan membentuk sudut 53o terhadap arah medan magnet.

38