Presentasi Ujian Harian 2

Bab 4 : Listrik StatisBab 5 : Medan MagnetBab 6 : Induksi Elektromagnet

Yuli Hidayani SiregarXII IPA 4 SMA Negeri 1 Medan

T.A. 2013-2014

BAB 4

A. Muatan Listrik B. Hukum CoulombC. Medan ListrikD. Energi Potensial Listrik

Listrik Statis

A. Muatan Listrik (q)

Muatan listrik ada dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Namun, jenis muatan tidak mewakili nilai muatan. Muatan listrik suatu benda terjadi karena susunan partikel benda yang terdiri dari molekul-molekul dan atom, didalamnya terdapat proton dan elektron dalam jumlah tertentu

Penggolongan jenis muatan tersebut pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuwan fisika Benjamin Franklin.

Muatan listrik dilambangkan dengan “q”

n = kelipatan bil.bulate = muatan elektron = 1,6 x 10-19 C

B. Hukum Coulomb

Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya.

Dua muatan yang bertandaa sama saig tolak menolak, dan dua muatan yang berlawanan tanda saling tarik menarik

Dengan hukum coulob, maka dua muatan listrik akan mengalami :

K adalah tetapan coulomb. q adalah besar muatan dan r adalah jarak pisah kedua muatan.

Jika kedua muatan terpisah di udara atau ruang hampa, maka :

Contoh :

C. Medan Listrik (E)

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C atau dibaca Newton/coulomb

Kuat medan listrik di suatu titik (E) diddefinisikan sebagai besarnya gaya yang dialami

Besar muatan listrik yang ditibulkan oleh muatan q pada jarak r dari muatan tersebut adalah :

Medan listrik adalah besaran vektor. Arah garis-garis medan listrik adalah menjauhi muatan positif dan menuju muatan negatif.Arah mrdan listrik merupakan garis singgung terhadapa garis medan listrik.

D. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik sistem muatan listrik adalah energi yag diperlukan untuk membawa muatan listik q dari tak berhingga ke posisi akhir.

Potensial listrik merupakan besaran skalar yang berkaitan dengan kerja dan energi potensial pada medan listrik. Energi potensial listrik total suatu sistem muatan sama dengan jumlah aljabar energi potensial tiap pasangan muatan.

Sehingga, energi potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut :

Usaha (W) di dalam medan listrik sama dengan perubahan energi potensial listrik :

BAB 5

A. Medan Magnet di Sekitar Kawat BerarusB. Gaya Lorenz

Medan Magnet

A. Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

Medan magnetik adalah ruang tempat magnet-megnet lainnya mengalami gaya magnetik. Medan magnet (B) merupakan besaran vektor. SI dari medan magnet adalah Wb/m2 atau Tesla (T). Garis-garis gaya magnet yang duhasilkan magnet batag berarah dari kutub utara ke kutub selatan magnet.

Sehingga, dapat digambarkan sebagai berikut :

Dan pada percobaan menggunakan serbuk besi :

A. ARAH INDUKSI MAGNETIK

Genggam kawat lurus dengan tangan kanan hingga jempol menunjukkan arah kuat arus, maka arah putaran keempat jari yg dirapatkan akan menyatakan arah lingkaran garis-garis medan magnetik.

MEDAN MAGNETIK DI SEKITAR KAWAT LURUS BERARUS

Induksi magnetik (B) berupa garis singgung pada garis induksi magnetik.

Keterangan: B = induksi magnetikμ = permeabilitas hampa = 4π x 10-7 Wb/ amp .mr = jarak dari kawat berarusI = kuat arus listrik

MEDAN MAGNETIK DI SEKITAR KAWAT LINGKARAN BERARUS

Besar induksi magnetik yang ditimbulkan oleh penghantar berarus berbentuk lingkaran dipengaruhi oleh kuat arus, jari-jari lingkaran maupun posisi titik yg ditinjau

Keterangan: B = induksi magnetik di pusat

lingkaranμ = permeabilitas hampa = 4π x 10-7 Wb/ amp x m R = jari-jari lingkaran i = kuat arus listrik n = jumlah lingkaran kawat

Di sumbu lingkaran, pada titik Q yang berjarak x dari pusat lingkaran :

r

x Q

R

i

Sebuah kawat penghantar berbentuk lingkaran (jari-jari = a) dialiri arus I maka besarnya induksi magnetik di sumbu lingkaran P .

MEDAN MAGNETIK DI SUMBU KAWAT LINGKARAN BERARUS

B. GAYA LORENTZ

Penghantar berarus listrik

medan magnet

gaya yang terjadi pada penghantar berarus listrik yang berada dalam medan magnet disebut gaya Lorentz

1. GAYA LORENTZ PADA KAWAT BERARUS

Kawat sepanjang l yang dialiri arus listrik sebesar I dan terletak di dalam medan magnet B akan mengalami gaya lorentz (FL) sesuai dg rumus:

FL= B I l sin α

α = sudut yang dibentuk

oleh B dan I

Menentukan arah gaya lorentz dengan kaidah tangan kanan

Arahkan keempat yari yang dirapatkan sesuai dg arah induksi magnet (B) & arahkan jempol hingga sesuai dg arah I, maka arah gaya lorentz yg dialami akan sesuai dg arah dorongan telapak tangan.

2. GAYA LORENTZ ANTARA 2 KONDUKTOR LURUS PANJANG & BERARUS

Besar gaya tarik menarik atau tolak menolak antara 2 penghantar lurus panjang sejajar dan berarus

Dua penghantar berlawanan arah

Dua penghantar

searah

3. GAYA LORENTZ PADA MUATAN YANG BERGERAK

Partikel bermuatan q yg bergerak dg kecepatan v & memasuki medan magnetik B juga merasakan gaya Lorentz, yg besarnya adalah

F= q v B sin ө Dg ө = sudut antara arah v dg arah B. untuk muatan (+), arah F sesuai dg yg diperoleh dari

kaidah tangan kanan, tapi untuk muatan (-) arah F berlawanan arah dg yg diperoleh dari kaidah tangan kanan.

BAB 6

A. Konsep ElektromagnetB. Rangkaian Arus Bolak-balikC. Aplikasi Induksi Elektromagnet

Induksi Elektromagnet

Terjadinya Induksi ElektromagnetikKetika kita menggerakkan kutub magnet memasuki kumparan , jarum galvanometer menyimpang ke salah satu arah.Ketika magnet berhenti sejenak untuk kembalikeluar, jarum galfanometer kembali menunjuk nol

Ketika magnet kita tarik keluar, jarum galvanometer menyimpang kearah sebaliknya

A. Konsep Elektromagnet

Menyimpangnya jarum galvanometer menunjukkan bahwa ketika magnet bergerak memasuki dan keluar dari kumparan, pada ujung-ujung kumparan timbul beda potensial yang menyebabkan timbulnya arus listrik pada kumparan

Beda potensial yang didimbulkan disebut ggl induksi (gaya gerak listrik)

Berbedanya arah penyimpangan jarum galvanometer pada saat magnet masuk dan keluar dari kumparan menunjukkan bahwa arus yang timbul adalah arus bolak-balik (AC)

Penyebab Timbulnya Ggl Induksi

Ketika magnet berhenti, kumparan tidak mengalami perubahan jumlah garis gaya magnet,akibatnya tidak timbul beda potensial atau ggl induksi.

Ketika magnet bergerak mendekati dan masuk kedalam kumparan, kumparan mengalami perubahan jumlah garis gaya magnet yang memotong kumparan semakin banyak. Akibatnya timbul beda potensial atau ggl induksi.

Ketika magnet bergerak meninggalkan kumparan, kumparan kembali mengalami perubahan jumlah garis gaya magnet yang semakin sedikit. Akibatnya timbul beda potensial atau ggl induksi yang terbalik.

B. Rangkaian Arus Bolak-balik

Induksi elektromagnetik menghasilkan arus listrik dalam dua arah yang saling bergantian. Arus ini disebut arus bolak-balik

Polaritas tegangan pada ujung-ujung kumparan juga selalu berubah, kadang positip kadang negatip. Tegangan yang polaritasnya selalu berubah ini disebut tegangan bolak-balik.

Faktor-faktor yang Menentukan Besar Ggl

Besarnya ggl induksi bergantung pada tiga faktor, yaitu:

• Banyaknya lilitan kumparan

• Kecepatan keluar-masuk magnet dari dan ke dalam kumparan

• Kuat magnet yang digunakan

A2.03.04.05.0

Generator

Mesin paling penting yang mengubah dunia gelap menjadi terang ditemukan oleh Michael Faraday dengan mengubah energi kinetik menjadi lergi listrik menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Mesin ini diberi nama

generator

C. Aplikasi Induksi Elektromaget

Generator AC

Generator AC atau Altenator adalah pembangkit listrik yang menghasilkan arus listrik bolak-balikUntuk menghindari melilitnya kabel, dipasang dua buah cincin luncur

Generator DC

Generator DC menghasilkan arus listrik searahUntuk menghindari melilitnya kabel dan sekaligus menyearahkan arus listrik dipasang komutator (sepasang cincin belah

Bagian – bagian Generator

Rotor adalah bagian generator yang berputar

Stator adalah bagian generator yang diam

Rotor Stator

Generator pada kenyataannya

Pada kenyataannya, rotor pada generator adalah magnet, dan statornya adalah kumparan

Dengan generator seperti ini arus listrik yang dihasilkan adalah arus bolak-balik (AC)

Penggunaan generator

PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)Pada PLTA generator di gerakkan oleh tenaga air.Air ditampung pada sebuah dam dan dialirkan melalui pipa ke turbin generator dan memutar turbin tersebut, sehingga generator bekerja.

PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)Energi nuklir yang duhasilkan digunakan untuk memanaskan air. Uap air yang dihasilkan dialirkan dengan tekanan tinggi untuk memutar turbin generator

PLTU (Penbangkit Listrik Tenaga Uap)Pada PLTU, air dipanaskan dengan bahan bakar batu bara. Uap air yang dihasilkan dialirkan dengan tekanan yang tinggi untuk memutar turbin generator

Pada pembangkit listrik tenaga angin, kincir angin dihubungkan ke turbin generator.Ketika kincir berputar ditiup angin, turbin juga ikut berputar dan menggerakkan generator.

Dinamo

Dinamo adalah generator kecil yang biasa dipasang pada kendaraan sepedah, motor atau mobil.Dinamo sepedah turbinnya diputar dengan menggunakan roda sepedah

TransformatorTransformator atau trafo adalah alat yang digunakan untuk merubah tegangan listrik AC

Jenis TransformatorTrafo ada dua jenis, yaitu: Trafo Step-Up dan Trafo Step-DwonTrafo Step-Up digunakan untuk menaikan tegangan listrikTrafo Step-Down digunakan untuk menurunkan tegangan listrik

Trafo Step-Up

Trafo ini memiliki ciri :Lilitan kumparan primer lebih sedikit dari pada lilitan kumparan sekunderTegangan primer lebih kecil dari tegangan sekunder

Trafo Step-Dwon

Trafo ini memiliki Ciri:Lilitan kumparan primer lebih banyak dari lilitan kumparan sekunderTegangan primer lebih tinggi dari tegangan sekunder

Persamaan Transformator

Pada transformator ideal berlaku persamaan:

Np Vp Is

Ns Vs Ip = =

N = jumlah lilitan

V = tegangan (volt)

I = Kuat arus (A)

Daya yang masuk ke trafo sama dengan daya yang keluar dari trafo Pp = Ps

Contoh:Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan 10 : 2 dihubungkan ke sumber listrik 100V untuk mennyalakan sebuah lampu 25 W. Hitunglah tegangan listrik yang diserap oleh lampu dan kuat arus yang masuk kedalam trafo!

Diket: Np:Ns = 10:2 Vp = 100 V Ps = 25 WDit. Vs = … Ip = …Jawab:Np:Ns =Vp:Vs10:2 = 100:VsVs = 20 V

Pp = PsVp . Ip = Ps100 . Ip = 25Ip = 0,25 A

Contoh:Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan kumparan 10:1

dihubungkan ke listrik 100 V untuk menyalakan sebuah lampu 10 W. Jikaefisiensi trafo 75 %, berapakah arus listrik pada kumpaan primer?

Diket: Np:Ns = 10:1 Vp = 100 V Ps = 7,5W = 75%

Dit Ip = …Jawab: η = (Ps/Pp)X100 % 75 % = 7,5/Pp X 100%0,75 = 7,5/PpPp = 7,7/0,75 = 10 W

η

Pp = Vp . Ip10 = 100 . IpIp = 0,1 A