Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

26
FISIKA DASAR 3 SOAL DAN PEMBAHASAN BY : NI PUTU VERA FEBRI ARFIYANTI (1113021068) KELAS 2/A JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM 2012 Nama : Ni Putu Vera Febri Arfiyanti

Transcript of Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Page 1: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

FISIKA DASAR 3

SOAL DAN PEMBAHASAN

BY :

NI PUTU VERA FEBRI ARFIYANTI (1113021068)

KELAS 2/A

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

2012

Nama : Ni Putu Vera Febri Arfiyanti

Page 2: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

NIM : 1113021068

Kelas : 2/A

Jurusan : Pendidikan Fisika

SOAL DAN PENYELESAIAN

HUKUM BIOT SAVART

A. INDUKSI MAGNETIK DI SEKITAR KAWAT LURUS BERARUS LISTRIK

1) Tiga buah kawat lurus panjang A, B dan C diletakkan sejajar dan berjarak

6 meter satu sama lain. Jika dilihat sepanjang kawat, ketiganya terletak di

tiga titik sudut segitiga sama sisi. Arus yang mengalir pada masing-

masing kawat 8 A, tetapi arus pada kawat C berlawanan arah dengan arus

pada kawat A dan B. Dimana arah arus pada kawat A dan B menembus

bidang sedangkan arah arus pada kawat C keluar bidang. Seperti pada

gambar di bawah ini. Tentukan kuat medan magnet di titik P. (titik P

merupakan perpotongan ketiga garis tinggi pada segitiga).

Penyelesaian :

a) Pertama, menentukan arah medan magnet di titik P oleh kawat A

(𝐵𝐴), kawat B (𝐵𝐵) dan kawat C (𝐵𝐶).

Page 3: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

b) Rumus kuat medan magnet untuk kawat lurus panjang adalah

a

iB o

2 .

Dengan 𝑎 adalah jarak titik P dengan kawat. 𝑎 bisa dihitung

dengan mencari garis tinggi pada segitiga (𝑡).

c) Hitung kuat medan magnet oleh kawat A (𝐵𝐴)

Karena merupakan bentuk segitiga

siku-siku, dengan dalil Phytagoras,

diperoleh

mt

t

t

t

t

BBCBBC

3327

936

36

36

36

''

22

222

222

222

Dengan menggunakan aturan segitiga,

maka

𝐵𝑃:𝐵’ 𝑃 = 2: 1 sehingga

𝐵𝑃:𝐵𝐵’ = 2: 3 atau

ma

ta

t

a

ta

32333

2

3

2

3

2

3:2:

𝑎 𝑡

B

C

6 m

3 m

P

B’

Page 4: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

TeslaB

B

B

a

iB

A

A

A

O

A

7

7

7

103

38

103

8

322

810.4

2

Oleh karena besar a dan I pada ketiga kawat sama, maka besar kuat

medan magnet pada kawat B dan kawat C sama dengan besar kuat

medan magnet kawat A.

TeslaBBB CBA

7103

38

d) Resultan antara A dan B

Besar sudut antara A dan B adalah 120𝑜 , karena merupakan

segitiga sama sisi.

TeslaBR

BR

BBBR

BBBBR

BBBBR

AAB

AAB

AAAAB

AAAAAB

o

BABAAB

7

2

222

22

22

103

38

212

120cos2

Sehingga medan magnetik total di titik P adalah

Page 5: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

TeslaR

R

BRR

TOTAL

TOTAL

CABTOTAL

7

77

103

316

103

3810

3

38

2) Kawat lurus seperti pada gambar, dialiri arus yang sama sebesar 4 A.

Kawat lurus 1 dengan panjang 8 m dan kawat lurus 2 dengan panjang 6 m.

Tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P!

Penyelesaian :

a) Penyelesaian soal ini menggunakan konsep kawat lurus pendek,

karena panjang kawat diketahui dalam soal, yaitu :

coscos

4

a

iB o

Page 6: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

b) Induksi magnetik di titik P oleh kawat 1 adalah

11

1

1

1 coscos4

a

iB O

Dengan :

8,010

8cos

090coscos

1

1

BP

AP

o

1a adalah jarak kawat 1 ke titik P, besarnya sama dengan panjang

kawat 2 yaitu 6 meter, sehingga

TeslaB

B

B

77

1

7

1

7

1

10.53,03

10.6,1

8,03

10.2

8,0064

410.4

Dengan arah menembus bidang

c) Induksi magnetik di titik P oleh kawat 2 adalah

22

2

2

2 coscos4

a

iB O

Dengan :

mBP

BC

o

6,010

6cos

090coscos

2

2

2a adalah jarak kawat 2 ke titik P, besarnya sama dengan panjang

kawat 1 yaitu 8 meter, sehingga

X

Page 7: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

TeslaB

B

B

7

2

7

2

7

2

10.3,0

6,0.10.2

1

6,0084

410.4

Dengan arah menembus bidang

d) Karena arah induksi magnetik 1B dan 2B searah, maka total

induksi magnetk di titik P adalah

TeslaB

B

BBB

P

P

P

7

77

21

10.83,0

10.3,010.53,0

Dengan arah menembus bidang.

B. INDUKSI MAGNETIK DI SEKITAR KAWAT MELINGKAR BERARUS

LISTRIK

1) Perhatikan gambar berikut!

Kawat seperti pada gambar di atas terdiri dari kawat dengan bagian

lingkaran o120 (kawat 1) dan kawat setengah lingkaran (kawat 2). Dialiri

arus sebesar 30 Ampere. Arus yang menalir pada kawat 1 sebesar 15

Ampere dan pada kawat 2 juga 15 Ampere. Dan jari-jari kedua bagian

kawat melingkar tersebut sama dengan 0,2 m. Tentukan besarnya induksi

magnetik di titik P!

Penyelesaian :

Besarnya induksi magnet pada kawat melingkar dengan jumlah 𝑁 lilitan

ditentukan dengan rumus

Na

iB O

2

Dengan N adalah bagian lingkaran dan a adalah jari-jari lingkaran.

X

Page 8: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

a) Tinjau kawat 1 yaitu bagian lingkaran o120

3

1

360

1201

o

o

total

bagianN

Induksi magnetik di titik P yang dipengaruhi oleh kawat 1 adalah

TeslaB

B

B

Na

iB O

5

1

6

1

7

1

1

1

1

1

10.5,0

4,0

10.2

3

1

2,02

1510.4

2

Dengan arah menembus bidang kertas.

b) Tinjau kawat 2, yaitu bagian kawat setengah lingkaran

2

12 N

Induksi magnetik di titik P yang dipengaruhi kawat 2 adalah

TeslaB

B

B

Na

iB O

5

2

6

2

7

2

2

2

2

2

10.75,0

2

10.15

2

1

2,02

1510.4

2

Dengan arah keluar bidang kertas.

c) Misalkan besar induksi magnetik di titik P adalah PB . Karena arah

1B dan 2B berlawanan, seperti pada gambar di atas, maka besar

induksi magnetik di titik P yang dipengaruhi kawat 1 dan 2 adalah

selisih antara 1B dan 2B .

Page 9: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

TeslaB

B

BBB

P

P

P

5

55

21

10.25,0

10.75,010.5,0

Tanda negatif menunjukkan induksi magnetik di titik P searah

dengan yaitu keluar bidang 2B (karena 2B pada persamaan di atas

dimisalkan negatif).

2) Dua buah kumparan kawat yang masing-masing terdiri dari 100 lilitan,

dipasang berhadapan pada jarak 10 cm (jari-jari kumparan 10 cm).

Kumparan dialiri arus 20 A yang searah. Hitung induksi magnetik pada

sumbu di tengah-tengah kedua kumparan tersebut!

(keterangan : susunan kumparan dapat dilihat pada gambar berikut).

Penyelesaian :

a) Misalkan jarak kedua kumparan = jari-jari kumparan = b

52

1

4

5

4

2

1

2

22

2

2

br

br

bbr

bbr

b) Induksi magnetik di titik P oleh satu kawat melingkar adalah

22

sin

r

iaB o

Sedangkan besar induksi magnetik untuk N kawat melingkar

(kumparan A ) adalah

Page 10: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

b

iNB

b

iNbB

b

iNbB

r

iNbB

r

r

biNb

B

r

iNaB

o

A

o

A

O

A

O

A

O

A

O

A

55

4

558

2

52

12

2

2

2

sin

3

2

3

2

3

2

2

2

Dengan arah ke kiri.

c) Karena jumlah lilitan dan jari-jari kumparan sama maka besar

induksi magnetik untuk kawat melingkar (kumparan B ) sama

dengan besar induksi magnetik pada kumparan A yaitu

b

iNBB o

BA55

4

d) Karena arah induksi magnetik AB dan BB searah, maka besar

induksi magnetik total adalah

TeslaB

B

B

b

iNB

b

iN

b

iNB

BBB

TOTAL

TOTAL

TOTAL

o

TOTAL

oo

TOTAL

BATOTAL

018,0

55

10.64

1,055

100.20.10.4.8

55

8

55

4

55

4

3

7

Jadi induksi magnetik pada sumbu di tengah-tengah kedua

kumparan adalah Tesla018,0 .

C. INDUKSI MAGNETIK PADA SELENOIDA

1) Perhatikan gambar berikut!

Page 11: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Dua kumparan identik seperti pada gambar. Jika jumlah lilitannya 1000,

panjangnya 1 m, dialiri arus masing-masing Ai 401 dan Ai 202 .

Tentukan kuat medan magnet di titik P! jika kedua kumparan tersebut

ujungnya dianggap berhimpit.

Penyelesaian :

a) Dengan menggunakan aturan tangan kanan dan sesuai dengan arah

arus pada kumparan selenoida, diperoleh arah induksi magnetik

oleh kawat 1 adalah ke kanan dan induksi magnetik oleh kawat 2

juga ke kanan.

Untuk menentukan besar induksi magnet di titik ujung selenoida

menggunakan rumus

l

NiB o

2

b) Besar Induksi magnetik di titik P oleh kawat 1 adalah

TeslaB

B

l

NiB O

3

1

7

1

1

1

10.8

12

40.1000.10.4

2

c) Besar Induksi magnetik di titik P oleh kawat 2 adalah

TeslaB

B

l

NiB o

3

2

7

2

2

2

10.4

12

20.1000.10.4

2

d) Karena arah induksi magnetik 1B dan 2B searah yaitu ke kanan,

maka induksi magnetik di titik P adalah

TeslaB

B

BBB

P

P

P

3

33

21

10.12

10.410.8

Page 12: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Jadi induksi magnetik di titik P adalah 310.12 Tesla , dengan

arah ke kanan.

2) Dua buah kumparan, kumparan satu dan kumparan dua. Jumlah lilitan

kumparan dua 5 kali jumlah lilitan kumparan satu. Panjang kumparan dua

15 kali kumparan satu. Dan arus yang mengalir pada kedua kumparan

adalah sama. Berapa perbandingan induksi magnetik

a) di ujung kumparan satu dengan ujung kumparan dua

b) di tengah kumparan satu dengan tengah kumparan dua

Penyelesaian :

Diketahui :

iii

ll

NN

21

12

12

)2....(..........15

)1.(..........5

a) besar induksi magnetik pada ujung selenoida adalah

l

NiB o

2

sehingga

12

21

2

1

2

2

1

1

2

1

2

2

lN

lN

B

B

l

iN

l

iN

B

B

O

O

Substitusi persamaan (1) dan (2) ke perbandingan di atas, sehingga

diperoleh

1

3

5

15

.5

15.

2

1

2

1

11

11

2

1

B

B

B

B

lN

lN

B

B

Jadi perbandingan induksi magnetik di ujung kumparan

1:3: 21 BB

b) besar induksi magnetik pada tengah selenoida adalah

l

NiB o sehingga

12

21

2

1

2

2

1

1

2

1

lN

lN

B

B

l

iN

l

iN

B

B

tengah

tengah

O

O

tengah

tengah

Page 13: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Substitusi persamaan (1) dan (2) ke perbandingan di atas, sehingga

diperoleh

1

3

5

15

5

15

2

1

2

1

11

11

2

1

tengah

tengah

tengah

tengah

tengah

tengah

B

B

B

B

lN

lN

B

B

Jadi perbandingan induksi magnetik di tengah kumparan

1:3: 21 tengahtengah BB

D. INDUKSI MAGNETIK PADA TOROIDA

1) Dua buah toroida memiliki jumlah lilitan yang sama. Toroida (1) memiliki

jari-jari efektif 0,3 m dialiri arus listrik 0,9 A. Dan toroida (2) mempunyai

jari-jari efektif 0,1 m, dialiri arus listrik sebesar 5 A. Bila induksi

magnetik pada sumbu toroida (1) oleh teslameter sama dengan

Tesla510.6 , maka tentukan besarnya induksi magnetik pada toroida (2)!!

Penyelesaian :

a) Besarnya induksi magnetik pada sumbu toroida, dapat dihitung

dengan rumus

R

NiB o

2

Dengan 𝑅 adalah jari-jari efektif toroida

b) Yang diketahui dalam soal adalah nilai dari

NNN

Ai

mR

Ai

mR

TeslaB

21

2

2

1

1

5

1

5

1,0

9,0

3,0

10.6

Sedangkan nilai dari 𝑁 belum diketahui. Untuk menentukan besar

induksi magnetik pada toroida 2 nilai 𝑁 harus diketahui. Nilai 𝑁

dapat dicari dari persamaan berikut

N

N

N

R

NiB o

.1010

3..10.210.6

3,0.2

9,0..10.410.6

2

75

75

75

1

1

1

10010

107

5

N lilitan

Page 14: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Karena besar jumlah lilitan pada toroida 1 dan 2 sama, maka

10012 NN lilitan.

c) Sehingga besar induksi magnetik pada toroida 2 (pada sumbunya)

adalah

TeslaB

B

B

R

iNB o

3

2

7

2

7

2

2

22

2

10

1,0

1000.10

1,0.2

5.100.10.4

2

Jadi besar induksi magnetik toroida 2 adalah Tesla310 .

2) Dua buah toroida memiliki perbandingan jumlah lilitan 3:4 dan

perbandingan jari-jari efektifnya 3:5. Jika kedua toroida dialiri arus yang

sama besar, maka hitung perbandingan induksi magnetik dalam toroida

tersebut!!

Penyelesaian ;

R

NiB o

2

Diketahui : 5:3:

4:3:

21

21

RR

NN

4

5

3

5.

4

3

.

.

2

2

2

1

2

1

12

21

2

1

2

2

1

1

2

1

B

B

B

B

RN

RN

B

B

R

iN

R

iN

B

B

o

o

Jadi perbandingan induksi magnetik dalam toroida tersebut adalah 5: 4

Page 15: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

SOAL DAN PENYELESAIAN

GAYA LORENTZ, HUKUM FARADAY-LENZ DAN ARUS BOLAK-BALIK

GAYA LORENTZ

1) Sebuah model kawat ABCD yang berarus Ai 83 diletakkan pada jarak

tertentu terhadap suatu kawat lurus panjang berarus seperti tampak pada

gambar. Berapa besar gaya yang bekerja pada kawat ABCD?

Pembahasan :

Dari gambar di atas, diketahui sebagai berikut.

Ai

Ai

Ai

8

2

4

3

2

1

Jarak kawat ABCD terhadap kawat berarus 1 adalah

mcmcma

mmcma

maa

mmcma

BC

AD

ABDC

AB

3,030101010

2,0100

12020

2,0

2,0100

12020

)1(

)1(

)1()1(

)1(

Jarak kawat ABCD terhadap kawat berarus 2 adalah

A B

C D

1 2

Ai 41 Ai 22

10 cm

10 cm

10 cm

Ai 83

20 cm

Page 16: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

mcmcma

mcma

maa

mcma

BC

AD

ABDC

AB

2,0201010

1,010

1,0

1,010

)2(

)2(

)2()2(

)2(

Medan magnet pada kawat ABCD oleh kawat 1 adalah masuk bidang dengan

besar masing-masing adalah

a) Medan magnet pada kawat AB yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 1

TB

B

B

a

iB

AB

AB

AB

AB

o

AB

6

)1(

7

)1(

7

)1(

)1(

1

)1(

104

2,0

410.2

2,02

410.4

2

b) Medan magnet pada kawat BC yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 1

TB

B

B

a

iB

BC

BC

BC

BC

o

BC

6

)1(

7

)1(

7

)1(

)1(

1

)1(

1067,2

3,0

410.2

3,02

410.4

2

c) Medan magnet pada kawat CD yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 1

)1(

1

)1(2 CD

o

CDa

iB

Karena jarak antara kawat CD ke kawat 1 sama dengan kawat AB ke

kawat 1 maka besar TBB ABCD

6

)1()1( 104

d) Medan magnet pada kawat DA yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 1

Page 17: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

TB

B

B

a

iB

DA

DA

DA

DA

o

DA

6

)1(

7

)1(

7

)1(

)1(

1

)1(

104

2,0

410.2

2,02

410.4

2

Medan magnet pada kawat ABCD oleh kawat 2 adalah masuk bidang dengan

besar masing-masing adalah

a) Medan magnet pada kawat AB yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 2

TB

B

a

iB

AB

AB

AB

O

AB

6

)2(

7

)2(

)2(

2

)2(

104

1,02

210.4

2

b) Medan magnet pada kawat BC yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 2

TB

B

a

iB

BC

BC

BC

O

BC

6

)2(

7

)2(

)2(

2

)2(

102

2,02

210.4

2

c) Medan magnet pada kawat CD yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 2

)2(

2

)2(2 CD

O

CDa

iB

Karena jarak antara kawat CD ke kawat 2 sama dengan jarak kawat

AB ke kawat 2, maka TBB ABCD

6

)2()2( 104

d) Medan magnet pada kawat DA yang disebabkan oleh kawat berarus

listrik 2

Page 18: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

TB

B

a

iB

DA

DA

DA

O

DA

6

)2(

7

)2(

)2(

2

)2(

104

1,02

210.4

2

Kawat ABCD akan mengalami gaya Lorentz sebagai berikut:

Gaya pada kawat AB dan CD akan saling meniadakan, karena jarak kawat AB

dan DC ke kawat 1 dan 2 sama, dan panjang kawat AB sama dengan kawat

CD. Oleh karena itu, dalam perhitungan hanya ada gaya pada kawat BC dan

DA.

(pada kawat ABCD mengalir arus 3i , karena itu 83 iiiii DACDBCAB

A).

a) Pada kawat BC

Gaya Lorentz pada kawat BC akibat kawat berarus 1

NF

F

liBF

BC

BC

BCBCBCBC

6

)1(

6

)1(

)1()1(

1027,4

2,081067,2

Gaya Lorentz pada kawat BC akibat kawat berarus 2

NF

F

liBF

BC

BC

BCBCBCBC

6

)2(

6

)2(

)2()2(

1020,3

2,08102

b) Pada kawat DA

A B

C D

1 2

Ai 41 Ai 22

10

cm 10

cm

Ai 83 )2(BCF

)1(BCF

)2(DAF

)1(DAF

Page 19: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Gaya Lorentz pada kawat DA akibat kawat berarus 1

NF

F

liBF

DA

DA

DADADADA

6

)1(

6

)1(

)1()1(

1040,6

2,08104

Gaya Lorentz pada kawat DA akibat kawat berarus 2

NF

F

liBF

DA

DA

DADADADA

6

)2(

6

)2(

)2()2(

1040,6

2,08104

Sehingga gaya total pada kawat ABCD adalah

NF

F

FFFFF

ABCD

ABCD

DADABCBCABCD

6

6666

)2()1()2()1(

1033,5

104,6104,61020,31027,4

Tanda negatif menunjukkan bahwa ABCDF searah dengan gaya pada kawat DA

yaitu ke kiri.

2) Sebatang tembaga yang massa dan panjangnya masing-masing adalah 100

gram dan 0,85 m dihubungkan dengan pegas dan kawat, terletak di atas

permukaan meja yang licin seperti pada gambar. Induksi magnetik B = 0,16 T

dan konstanta pegas k = 75 N/m.

(a) Ke mana arah arus listrik pada batang PQ agar pegas meregang?

(b) Jika kuat arus pada PQ adalah 12 A, berapakah peregangan pegas?

Pembahasan :

Diketahui :

Page 20: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

Ai

mNk

ml

TB

kggramm

PQ

12

75

85,0

16,0

1,0100

(a) Pada kawat PQ bekerja gaya pegas, gaya Lorentz dan gaya berat

(karena kawat PQ bermassa). Seperti pada gambar

Gaya berat arahnya selalu ke bawah, menuju pusat bumi. Agar pegas

meregang, maka gaya ke sumbu y negatif harus lebih besar dari gaya

pada sumbu y positif. Sehingga, gaya berat dan gaya Lorentz > gaya

pegas.

Gaya Lorentz arahnya ke bawah dan medan magnet adalah keluar

bidang, maka arah arus pada kawat PQ mengalir dari titik P ke Q.

(b) Gaya-gaya yang bekerja pada kawat PQ adalah

PEGAS

PEGASLORENTZ

FmgBil

FmgF

Sesuai dengan hukum Hooke kxFPEGAS , di mana k adalah konstanta

pegas dan x adalah peregangan pegas. Pada soal pegas tersebu

tersusun parallel, sehingga konstanta pegas total adalah

kk

kkk

total

total

2

21

Sehingga

mg

LF

kxF kxF

Page 21: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

150

632,2

150632,2

1501632,1

752101,085,01216,0

2

x

x

x

x

kxmgBil

xkmgBil

FmgBil

PQ

totalPQ

PEGAS

0175,0x m

75,11000175,0 cmx cm

Jadi besar peregangan pegas adalah 1,75 cm.

HUKUM FARADAY DAN HUKUM LENZ

1) Sebuah kumparan dengan jumlah lilitan 100 lilitan. Dan luasnya 100 cm2.

Berada pada medan magnet yang berubah dengan persamaan

tB 100sin02,0 .

Tentukan

(a) Besarnya ggl induksi maksimum

(b) Tentukan besarnya ggl induksi pada saat 4

1t sekon.

Pembahasan :

(a) Persamaan ggl induksi adalah

t

t

tNA

dt

tdNA

dt

dBNA

dt

BAdN

dt

dN

100cos2

100100cos02,001,0100

100100cos02,0

)100sin02,0(

Besar ggl induksi maksimum adalah saat 1cos t yaitu saat

1100cos t . Jadi besar ggl induksi maksimum adalah

212 maksimum volt.

(b) Besar ggl pada saat 4

1t sekon adalah

Page 22: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

906,02

25cos2

4

1100cos2

100cos2

o

t

81,1 volt

2) Kumparan kawat PQRS dengan banyak lilitan kawat adalah 100 lilitan,

terletak dalam medan magnet TB 5,0 , seperti ditunjukkan pada gambar

berikut ini.

Jika kawat AB digerakkan ke kanan dengan kecepatan 4v m/s dan

hambatan AB sebesar 10 , maka hitunglah besar arus dan arah arus induksi

pada kawat tersebut.

Pembahasan :

Q

R

P

S

a A

B

x x x x x x x x

x x x x x x x x

x x x x x x x x

v

Page 23: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

NBlv

dt

dxNBl

dt

dANB

dt

BAdN

dt

dN

)(

Jadi besar ggl induksi adalah

volt

NBlv

1000

415,0500

Untuk menentukan kuat arus

10

1000

I

RI

100I A

Dengan menggunakan kaidah tangan kanan, maka arah arus dapat ditentukan.

Secara konsep, arah gaya Lorentz pada kawat AB berlawanan dengan arah

gerakan kawat. Gaya Lorentz arahnya ke kiri, medan magnet masuk bidang

sehingga arah arus mengalir dari A ke B. jadi arus induksi mengalir dari A ke

B sebesar 100 A.

ARUS BOLAK-BALIK

1) Diberikan sebuah gambar rangkaian listrik arus bolak-balik yang terdiri dari

sebuah resistor (R), sebuah induktor (L), sebuah kapasitor (C) dan sebuah

sumber listrik arus bolak-balik.

Maka tentukan nilai daya serap rangkaian tersebut!

Pembahasan :

cos. efef iVP

Diketahui dalam soal:

Page 24: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

FFC

HmHL

R

4

3

108800

103232

8

Persamaan umum tegangan adalah tVV sinmax , diketahui

volttV 125sin120

Jadi 120max V volt dan 125

Reaktansi induktif

4

1032125 3

L

L

L

X

X

LX

Reaktansi kapasitif

10

108125

1

1

4

C

C

C

X

X

CX

Impedansi

10100

3664

104822

22

Z

Z

Z

XXRZ CL

Menentukan nilai tegangan efektif

2

maxVVef

2602

120efV volt

Menentukan nilai arus efektif

2

maxiief

Dan

Ai

Z

Vi

1210

120max

max

max

Sehingga Aief 262

12

Page 25: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

wattP

P

Z

RiVP

iVP

efef

efef

576

10

826260

cos

2) Karena pengaruh arus bolak-balik maka pada rangkaian seri diperoleh data

yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini !

Berdasarkan data tersebut, maka tentukan besarnya tegangan antara A dan B

ABV .

Pembahasan :

Diketahui :

300

100

80

400

C

R

X

VV

VV

R

Menentukan kuat arus

400

80

i

R

Vi R

2,0i A

Menentukan tegangan pada kapasitor

VV

V

iXV

C

C

CC

60

2,0300

Sehingga tegangan antara A dan B dapat dihitung

Sebelumnya kita ketahui,

A B R = 400 XC = 300

Page 26: Soal Dan Pembahasan Listrik Magnet_Dana Santika_Fisika_Undiksha

6060

360060

64001000060

8010060

6080100

6080100

22

222

222

222

22

L

L

L

L

L

L

CLRtot

CLRtot

V

V

V

V

V

V

VVVV

VVVV

120LV Volt.

Sehingga tegangan antara A dan B adalah 120 Volt.