Tugas Fisika Magnet
description
Transcript of Tugas Fisika Magnet
MAGNET
Untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika DasarDosen Mata Kuliah Fisika Dasar : Jejen Rukmana,S.Pd, M.Pd
Disusun oleh :
Kelompok 7
Tri Febriansyah NIM : 611000331
Timur Setiawan NIM : 611000295
Septa Dominggus NIM : 611000025
Jaka Purnomo NIM : 611000294
Bonifasius Trisno NIM : 611000395
Kelas A (Sore)
SEKOLAH TINGGI KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANPERSATUAN GURU REPUBLIK INDONESIA
2010
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu
medan magnet. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang
mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud
magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada
hampir semuanya adalah magnet buatan.
Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N)
dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong,
potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub.
Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan
tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua
logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja
adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh
magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai
daya tarik yang rendah oleh magnet.
B. Rumusan Masalah
Bagaimanakah pengaruh yang ditimbulkan medan magnet menurut para
ahli fisika & penerapannya dikehidupan sehari-hari ?
C. Tujuan Penulisan
Makalah ini dibuat dengan tujuan untuk meningkatkan pemahaman
mahasiswa tentang hal-hal yang berkaitan dengan medan magnet dan
penerapannya dikehidupan sehari-hari.
BAB II
PEMBAHASAN
Pengertian Gaya Lorentz
Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak
atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet (B). Arah gaya ini
akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik
(v) ke arah medan magnet (B), seperti yang terlihat dalam rumus berikut:
Keterangan:
F = gaya (Newton)
B = medan magnet (Tesla)
q = muatan listrik ( Coulomb)
v = arah kecepatan muatan (m/t)
Gambar 1. Gaya Loretz.
Sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet
homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak
partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah
gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah
tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan
magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan
arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan arah arus listrik ( I ). Untuk
muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif
arah gerak berlawanan dengan arah arus.
Jika besar muatan q bergerak dengan kecepatan v, dan I = q/t maka persamaan
gaya adalah:
FL = I . ℓ . B sin θ
= q/t . ℓ . B sin θ
= q . ℓ/t . B sin θ
= q . v . B sin θ
*Karena ℓ/t = v
Sehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan yang bergerak
dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan menggunakan rumus :
F = q . v . B sin θ
Keterangan:
F = gaya Lorentz dalam newton ( N )
q = besarnya muatan yang bergerak dalam coulomb ( C )
v = kecepatan muatan dalam meter / sekon ( m/s )
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
θ = sudut antara arah v dan B
Bila sebuah partikel bermuatan listrik bergerak tegak lurus dengan medan magnet
homogen yang mempengaruhi selama geraknya, maka muatan akan bergerak
dengan lintasan berupa lingkaran. Sebuah muatan positif bergerak dalam medan
magnet B (dengan arah menembus bidang) secara terus menerus akan membentuk
lintasan lingkaran dengan gaya Lorentz yang timbul menuju ke pusat lingkaran.
Demikian juga untuk muatan negativ. Persamaan-persamaan yang memenuhi pada
muatan yang bergerak dalam medan magnet homogen sedemikian sehingga
membentuk lintasan lingkaran adalah :
*Gaya yang dialami akibat medan magnet : F = q . v . B
*Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua
persamaan kia mendapatkan persamaan :
Keterangan:
R = jari-jari lintasan partikel dalam meter ( m )
m = massa partikel dalam kilogram ( kg )
v = kecepatan partikel dalam meter / sekon ( m/s )
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
q = muatan partikel dalam coulomb ( C )
Contoh penerapan gaya Lorentz pada kehidupan sehari-hari adalah alat ukur
listrik, kipas dll.
Hukum Ampere-Biot-Savart
3 orang ilmuwan jenius dari perancis, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean
Baptista Biot (1774-1862) dan Victor Savart (1803-1862) menyatakan bahwa:
“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar
yang berada diantara medan magnetik”
Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan
menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.
Hukum induksi magnetik Faraday
Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan
bahwa:
1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan
magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul
tegangan induksi.
2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar,
akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.
Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan
mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux
dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari
hukum ini adalah pada generator. Gambar 3 akan menjelaskan mengenai
fenomena tersebut.
Gambar 3. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.
Hukum induksi magnetik Faraday ini menyatakan bahwa emf yang ditimbulkan
rangkaian listrik tertutup sama dengan rata-rata perubahan gaya fluks.
Gaya fluks(ф) = Nф..........(1)
dimana N adalah jumlah putaran pada koil dan ф adalah fluks yang
menghubungkannya. Pada banyak kasus, fluks ф tidak berkaitan dengan semua
putaran dan semua putaran tidak berkaitan dengan fluks yang sama. Pada kondisi
ini, penjumlahan semua fluks magnetik dengan putaran rangkaian magnetik
menghasilkan nilai total jaringan fluks ф.
Total fluks sebesar:
.....(2)
dengan Nk adalah jumlah putaran yang terhubung dengan fluks фk. Apabila
terdapat perubahan nilai fluks pada koil, muncul emf yang dihasilkan di dalamnya
dengan nilai sebesar:
.....(3)
Tanda negatif pada persamaan 3 menandakan bahwa arah emf induksi seperti arus
yang dihasilkannya berlawanan dengan perubahan fluks.
Perubahan fluks dapat disebabkan oleh tiga hal.
• Koil tidak berubah terhadap fluks dan magnitudo fluks berubah terhadap waktu.
• Fluks tidak berubah terhadap waktu dan koil bergerak pada fluks tersebut.
• Kedua perubahan yang disebutkan diatas muncul bersamaan, artinya koil
bergerak dalam waktu yang terus berjalan.
Pada metode pertama diatas, dengan koil yang tidak berubah dan fluks yang
berubah terhadap waktu, dihasilkan emf yang disebut emf transformator
(pulsasional). Karena tidak ada gerakan yang terjadi, maka tidak ada konversi
energi dan proses yang sebenarnya terjadi adalah transfer energi. Prinsip ini
digunakan pada transformator yang menggunakan koil tetap dan fluks yang
berubah terhadap waktu untuk transfer energi dari suatu level ke level lainnya.
Pada metode kedua, pengaruh fluks dapat digunakan untuk menggambarkan emf
yang dihasilkan pada konduktor yang bergerak pada medan stasioner yang
konstan. Emf yang dibangkitkan pada konduktor yang bergerak dengan sudut
yang tepat, seragam, stasioner diperoleh dengan:
e = – Blv.....(4)
Dimana
B = kerapatan fluks, Wb/m^2 (T’)
l = panjang konduktor (m)
v = , m/s
Emf yang dibangkitkan pada contoh tersebut disebut dengan emf gerak karena
dihasilkan dari pergerakan konduktor. Karena gerakan ikut berperan dalam
membangkitkan emf ini, proses ini melibatkan konversi energi elektromagnetik.
Prinsip ini dimanfaatkan pada mesin putar seperti mesin induksi DC dan mesin
sinkron.
Pada metode ketiga, konduktor atau koil bergerak sepanjang medan magnetik
stasioner yang berubah terhadap waktu (fluks) dan maka dari itu transformator
seperti halnya emf gerak dihasilkan pada konduktor atau koil. Proses ini meliputi
transfer energi dan konversi energi. Prinsip ini digunakan pada mesin putar.
Hukum Lenz
Pada tahun 1835 seorang ilmuwan jenius yang dilahirkan di Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) menyatakan bahwa:
“Arus induksi elektromagnetik dan gaya akan selalu berusaha untuk saling meniadakan (gaya aksi dan reaksi)”
Sebagai contoh, jika suatu penghantar diberikan gaya untuk berputar dan memotong garis-garis gaya magnetik, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi (hukum faraday). Kemudian jika pada ujung-ujung penghantar tersebut saling dihubungkan maka akan mengalir arus induksi, dan arus induksi ini akan menghasilkan gaya pada penghantar tersebut (hukum ampere-biot-savart). Yang akan diungkapkan oleh Lenz adalah gaya yang dihasilkan tersebut berlawanan arah dengan arah gerakan penghantar tersebut, sehingga akan saling meniadakan.
Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.
Gambar 4. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.
BAB III
KESIMPULAN
Dari pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa suatu gaya yang dihasilkan dalam suatu medan magnet sangat dipengaruhi oleh besarnya muatan, kuat medan magnet, kuat arus listrik, panjang penghantar, dan arah muatan, sehingga dari pengaruh-pengaruh tersebut dapat dimanfaatkan untuk menentukan arah dan besar gaya yang akan dihasilkan, contohnya pada motor kipas, alat ukur listrik dll.
DAFTAR PUSTAKA
Aqu dan Fisika. (2010).Gaya Loretz.[Online]. Tersedia: http://aqudanfisika.blogspot.com/2010/08/blog-post.html.[10 November 2010]
Budikase, E.,Kertiasa, N.(1995).Fisika 3. Jakarta:Pusat Perbukuan Depdikbud.
Guntoro, H. (2009). Hukum-hukum Dasar Listrik.[Online].Tersedia : http://dunia-listrik.blogspot.com[12 November 2010]
Wikipedia. (2010).Magnet.[Online] Tersedia :http://id.wikipedia.org/wiki/Magnet. [11 November 2010]