Soal No. 32
Perhatikan gambar berikut ! Seutas kawat berada diantara dua magnet yang memiliki besar induksi magnetik 0,02 Tesla. Jika besar kuat arus yang mengalir pada kawat adalah 5 A,
Tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat sepanjang 10 cm b) Arah gaya magnetik dengan acuan arah mata angin pada gambar
Pembahasan
a) Besar gaya magnetik pada kawat sepanjang l meter yang berada pada medan magnet B
Tesla dan dialiri kuat arus listrik sebesar i Ampere dengan sudut antara arah B dan i sebesar θ adalah :
b) Arah gaya ditentukan dengan kaidah tangan kanan 4 jari → arah B
Jempol → arah i
Telapak tangan → arah F
Jika terdapat dua buah kutub magnet maka arah B adalah dari kutub Utara ke kutub Selatan, sehingga arah F adalah masuk bidang baca atau jika mengikuti petunjuk mata angin arahnya adalah ke bawah.
Soal No. 33
Perhatikan gambar berikut!
Kemanakah arah gaya magnetik pada kawat ?
Pembahasan
Seperti soal nomor satu didapat arah gaya adalah keluar bidang baca atau keluar bidang gambar atau mendekati pembaca.
Soal No. 34
Dua buah kawat dengan konfigurasi seperti gambar di bawah!
Tentukan besar dan arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat II untuk panjang kawat 0,5 meter!
Pembahasan
Besar gaya magnetik jika dua buah kawat berarus didekatkan adalah :
Arah gaya:
Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak
Dengan demikian arah gaya pada kawat II adalah ke kiri (ditarik mendekat ke kawat I)
Soal No. 35
Tiga buah kawat tersusun seperti gambar !
Tentukan besar dan arah gaya magnetik pada kawat II untuk panjang kawat 1 meter
Pembahasan
a) Kawat II dipengaruhi oleh dua kawat yang lain kawat I dan III
Gaya yang timbul pada kawat II akibat pengaruh kawat I namakan F21 sebesar :
Arah ke kiri
Gaya yang timbul pada kawat II akibat pengaruh kawat III namakan F23 sebesar :
Resultan kedua gaya namakan F2:
Arah ke kiri
Soal No. 36
Kawat A dan kawat B terpisah sejauh 2 meter dengan kuat arus masing-masing 1 A dan 2 A.
Tentukan dimana kawat C harus diletakkan agar resultan gaya pada C sebesar nol !
Pembahasan
Agar resultan gaya magnetik pada C nol, maka kedua gaya akibat pengaruh kawat A dan B harus berlawanan arah. Posisi yang memungkinkan adalah jika kawat C diletakkan di sebelah kiri A atau disebelah kanan B (ingat lagi: Jika kedua arus memiliki arah yang sama maka kedua kawat akan tarik menarik, Jika kedua arus memiliki arah yang berlawanan maka kedua kawat akan saling tolak
Posisi kawat C adalah 2 meter di kiri kawat A atau 4 meter di kiri kawat B
Soal No. 37
Tiga buah kawat berarus A, B dan C membentuk suatu segitiga sama sisi. Kawat A dialiri arus dengan arah keluar bidang baca, kawat B dan C dialiri arus dengan arah masuk bidang baca tersusun seperti gambar di bawah!
Tentukan :
a) Besar gaya magnetik yang bekerja pada kawat B untuk panjang kawat 1 meter b) Arah gaya magnetik yang bekerja pada kawat B
Pembahasan
a) Kawat B akan ditolak oleh kawat A dan ditarik oleh kawat C . Ilustrasi seperti gambar di bawah
Interaksi kawat B dan A menghasilkan FBA :
Interaksi kawat B dan C menghasilkan FBC :
Resultan kedua gaya magnetik namakan FB:
Masukkan data, dan akan didapatkan hasil :
b) Salah satu cara untuk menentukan arah FB dengan penguraian vektor gaya kelas 10 SMA, ilustrasi gambar berikut :
Arah FB adalah 60o terhadap sumbu X.
Soal No. 38
Dua kawat sejajar lurus panjang berjarak 20 cm satu sama lain. Apabila kedua kawat dialiri arus listrik 0,5 A dan 4 A, dan µo = 4π .10–7 Wb.A–1.m–1 maka pada setiap kawat bekerja gaya tiap meternya sebesar...
A. 2 × 10–6 N B. 4 × 10–6 N C. 2π × 10–6 N D. 8 × 10–6 N E. 4π × 10–6 N (Soal Ebtanas 1993) Pembahasan
Gaya magnetik pada kawat lurus sejajar yang dialiri arus listrik
Soal No. 39
Dua kawat sejajar yang berjarak 1 m satu sama lain kawat yang mempunyai dialiri oleh arus listrik masing-masing 1 A dengan arah yang sama. Di antara kedua kawat akan terjadi … A. Gaya tarik menarik sebesar 4×107 N
B. Gaya tolak menolak sebesar 2×107 N C. Gaya tarik menarik sebesar 2×107 N D. Gaya tarik menarik sebesar 2×10–7 N E. Gaya tolak menolak sebesar 2×10–7 N (Soal Ebtanas 1998)
Pembahasan
Seperti sebelumnya, gaya magnetik pada kawat lurus sejajar yang dialiri arus listrik
Gaya yang timbul adalah tarik menarik
Soal No. 40
Sebuah kawat yang panjangnya 10 cm berada tegak lurus di dalam medan magnetik. Jika rapat fluks magnetiknya 0,2 tesla dan kuat arus yang mengalir di dalam kawat itu 45 A, gaya yang dialami kawat itu adalah...
A. 10,5 x 10−4 N B. 2,55 x 10−2 N C. 7,50 x 10−1 N D. 0,90 N E. 2,25 N
Pembahasan Data soal: l = 10 cm = 0,1 m i = 45 A B = 0,2 T F =.... F = Bil F = 0,2 x 45 x 0,1 F = 0,90 N Soal No. 41
Pada gambar di atas terlukis bahwa kawat lurus pq dilalui arus listrik sebesar I1 = 10 A dan kawat persegi panjang abcd dilalui arus I2 = 5 A. Resultan gaya yang dialami kawat empat persegi panjang abcd sebesar....mikronewton.
A. 20 B. 60 C. 120 D. 180 E. 220 Pembahasan
Akibat medan magnet yang berasal dari I1, ada 4 gaya yang bekerja pada persegipanjang abcd, masing-masing namakan sebagai Fab, Fbd, Fcd dan Fda
Perhatikan kawat ab dan kawat cd. Posisi kawat dari sumber medan magnet (kawat pq), panjang kawat dan kuat arus yang melalui kedua kawat sama. Jika dihitung gaya lorentz pada keduanya akan sama besar. Tampak pada gambar bahwa arah kedua gaya pada ab dan cd berlawanan arah, sehingga resultan keduanya adalah nol.
Tinggal menentukan gaya lorentz yang bekerja pada kawat bc dan kawat da, setelah itu dikurangkan, karena keduanya berlawanan arah.
Kapasitor
Soal No. 42
Perhatikan gambar berikut, 3 buah kapasitor X, Y dan Z disusun seperti gambar. Jika saklar S ditutup tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z menurut prinsip rangkaian seri d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z
e) Beda potensial ujung- ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
(Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2007/2008)
Pembahasan
a) Paralel antara kapasitor X dan Y didapatkan kapasitor ekivalennya namakan Cxy :
menghasilkan kapasitas pengganti namakan Ctot :
b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian namakan Qtot
c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Qz Untuk rangkaian kapasitor seri berlaku :
d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z namakan Vz
e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X dan kapasitor Y adalah sama karena dirangkai paralel
f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y sama dengan X
hasilnya tidak akan sama dengan Ctot)
h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y
i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z
j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian
Rumus umum untuk menghitung energi pilih salah satu
Sehingga
k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X
m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
Soal No. 43
Diberikan susunan 3 buah kapasitor yang dipasang pada sumber 24 Volt seperti gambar berikut!
Jika saklar S ditutup, tentukan :
a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Energi yang tersimpan dalam rangkaian j) Energi yang tersimpan pada kapasitor X k) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z
Soal No. 44
Kapasitor keping sejajar dengan luas penampang masing-masing keping adalah 50 cm2 tanpa bahan pengisi (berisi udara). Jarak antar keping adalah 2 cm dan kedua keping diberi beda potensial 120 volt. Jika εo adalah 8,85 x 10− 12 C2 N − 1− 2 tentukan :
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor c) kuat medan listrik antara kedua keping
Pembahasan
a) kapasitas kapasitor
b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor
c) kuat medan listrik antara kedua keping
Soal No. 45
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas sebesar C. Jika kapasitor disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik sebesar 2, tentukan kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
Soal No. 46
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1200 F. Jika luas penampang keping dijadikan dua kali semula dan jarak antar keping dijadikan 1,5 kali semula, tentukan nilai kapasitasnya yang baru!
Pembahasan
Soal No. 47
Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πεo = 9 x 109 dalam satuan internasional, tentukan kapasitas kapasitor!
Pembahasan
Kapasitas kapasitor bola denganjari-jari R :
Soal No. 48
Tiga kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 F, 6 F, dan 9 F dihubungkan seri. Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor yang 3 F adalah....
A. 40 V B. 60 V C. 110 V D. 120 V E. 220 V
Pembahasan
Menentukan tegangan kapasitor pada susunan seri.
Cara Pertama
Cari kapasitas gabungan ketiga kapasitor terlebih dahulu: 1/Cgab = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
1/Cgab = 1/3 + 1/6 + 1/9 1/Cgab = 6/18 + 3/18 + 2/18 1/Cgab = 11 / 18
Cgab = 18/11 Farad Cari muatan gabungan: Qgab = Cgab Vgab
Qgab = (18/11) × 220 = 360 Coulomb
Pada suatu rangkaian kapasitor seri seperti gambar di atas, berlaku Q1 = Q2 = Q3 = Qgab, sehingga nilai Q1 = 360 Coulomb
Tegangan pada C1 V1 = Q1 / C1
V1 = 360 / 3 = 120 volt Cara Kedua
Dengan perbandingan untuk pembagian tegangan pada susunan kapasitor seri: 1 1 1
V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____ C1 C2 C3
1 1 1 V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____ 3 6 9
Perbandingan yang didapat dalam pecahan yaitu 1/3, 1/6 dan 1/9, untuk perhitungan lebih mudah dalam angka non pecahan, untuk itu kalikan masing-masing dengan sebuah angka yang sama, disini dikali angka 18 sehingga didapat perbandingan ekivalennya:
V1 : V2 : V3 = 6 : 3 : 2 Untuk V1, 6 V1 = ________________ × Vgab (6 + 3 + 2) 6 V1 = ________ × 220 = 120 volt 11
Tegangan pada kapasitor 3 F adalah 120 V Jika ingin V2 maka:
3 V2 = ________________ × Vgab (6 + 3 + 2) 3 V2 = ________ × 220 = 60 volt 11