1

Medan Magnet

•Teori magnet dan gaya magnet •Gaya magnet pada konduktor berarus •Torsi pada loop arus dalam medan magnet •Gerakan partikel bermuatan dalam medan magnet •Gaya Lorentz dan aplikasinya

2

Medan Magnet

Kompas ditemukan di China 13 sebelum masehi (SM).

Batu magnetite (Fe3O4) dikenal orang Yunani 800 SM.

1268, Pierre de Maricout memperkenalkn istilah kutub selatan dan utara.

1750, peneliti-peneliti menyatakan bahwa: magnet mempunyai torsi kutub magnet tunggal tidak dapat

diisolasi 1819, Hans Christian Oersted, magnet dan arus

listrik saling berinteraksi.

1820, Farraday menguatkan adanya interaksi magnet dan listrik.

Hans Christian Oersted,

3

Medan Magnet (2)

• Medan magnet, B : daerah di sekitar magnet yang dipengaruhi oleh magnet.

• Gaya Magnet FB : Gaya yang dialami oleh obyek yang berada di dalam medan magnet.

v

4

Sifat Gaya Magnet pada muatan dalam medan magnet

• Besarnya gaya magnet FB, berbanding lurus dengan muatan q dan kecepatan v

FB = B q v

• Besar dan arah gaya magnet FB dipengaruhi oleh kecepatan partikel q dan besar serta arah medan magnet B

• Ketika partikel bermuatan bergerak sejajar dengan arah medan magnet gayanya sama dengan nol

• Ketika arah kecepatan partikel membentuk sudut θ ≠ 0, arah gaya tegak lurus pada bidang B dan v

5

Sifat Gaya Magnet (2)

• Gaya magnet yang dihasilkan oleh muatan positif mempunyai arah berlawanan yang dihasilkan oleh muatan negatif yang bergerak pada arah yang sama.

• Besar medan magnet yang dihasilkan oleh muatan yang bergerak sebanding dengan sin Ѳ, dengan Ѳ sudut yang dibuat oleh vektor kecepatan terhadap arah medan magnet B.

6

Gaya Magnet Pada Penghantar Berarus

(a) Kawat ditempatkan pada medan magnet(b) Saat arus = 0(c) Saat arus mengalir ke atas, kawat bergerak ke kiri(d) Saat arus mengalir ke bawah, kawat bergerak ke kanan

7

Kuantifikasi Gaya Magnet pada Penghantar Berarus dalam Medan Magnet

• L : Panjang kawat• A : luas penampang• n : banyaknya muatan pembawa arusKarena maka : FB = BIL

8

Kuantifikasi Gaya Magnet pada Penghantar Berarus dalam Medan Magnet (1)

Gaya magnet pada segmen kawat :

Total Gaya magnet pada kawat :

Dengan a dan b titik ujung segmen

9

Kuantifikasi Gaya Magnet pada Penghantar Berarus dalam Medan Magnet (1)

Dengan a dan b titik ujung segmen

Untuk kasus (a) :

dengan L’ = integral garis = jumlahan vektor

sehingga FB ≠ 0

10

Kuantifikasi Gaya Magnet pada Penghantar Berarus dalam Medan Magnet (2)

Dengan a dan b titik ujung segmen

Untuk kasus (b) :

Karena ,

maka FB = 0.

11

Contoh 1. Gaya magnet pada kawat setengah lingkaran

Tentukan besar dan arah gaya magnet pada kawat setengah lingkaran?

Jawaban :Dua gaya magnet bekerja pada bagian kawat mendatar, F1 dan bagian lengkung, F2.Untuk F1 = ILB = 2IRB dengan arah keluar.Sedang F2

Karena s = RѲ dan ds = R dѲ

F1 Integral F2 dari 0 ke π

Dengan arah masuk ke dalam.Jadi besar total gaya magnet = nol.

12

Torsi kawat berarus tertutup pada medan magnet seragam

Torsi dihasilkan oleh kawat berarus rangkaian tertutup dalam medan magnet seragam.

Gaya magnet pada 1 dan 3 sama dengan nol karena searah dengan B.

Gaya magnet ada untuk 2 dan 4 karena tegak lurus B.

Arah gaya magnet pada 2 keluar dan 4 masuk.

Karena F2 dan F4 berlawana arah dan tidak segaris maka timbul torsi melingkar dengan pusat di O

Karena luasan ab = A maka

13

Arah Putar Torsi Magnet

Arah putar torsi dihasilkan oleh kawat berarus rangkaian tertutup dalam medan magnet seragam ditentukan oleh : arah arus dan arah medan magnet.

B

F2

F4

14

Torsi Magnet Sesaat

15

Gerak Partikel Bermuatan Pada Medan Magnet

Bila kecepatam partikel bermuatan tegak lurus medan magnet seragam, partikel akan bergerak pada lintasan lingkaran pada bidang yang tegak lurus B.

Gaya magnet yang bekerja pada muatan FB selalu menuju ke pusat lingkaran.

Gaya yang dibutuhkan untuk partikel tetap berputar :

Kecepatan sudut putar

Periode putar

16

Gerak Partikel Bermuatan Pada Medan Magnet

Gerakan partikel bermuatan dalam medan magnet seragam membentuk lintasan helikal. Sabuk Van Allen pada medan magnet

bumi yang tidak uniform yang melingkari bumi.

17

Efek Hall

Bila penghantar dialiri arus ditempatkan pada medan magnet, maka beda potensial dibangkitkan dengan arah tegak lurus pada arus dan medan magnetnya.

Penemu Efek Hall : Edwin Hall 1879 "On a New Action of the Magnet on Electrical Current"

Tegangan Hall

Medan Hall

Drift speed :

Koefisien Hall

18

Efek Hall

Bila muatan pembawa negatif diletakkan pada peralatan efek hall maka bagian atas akan negatif

Bila muatan pembawa positif diletakkan pada peralatan efek hall maka bagian atas akan positif

Provides a simple method for accurately measuring carrier density, electrical resistivity, and the mobility of carriers in semiconductors

19