SMK NEGERI 1 PERCUT SEI TUAN. Tahun Pelajaran 2020/ Mendemonstrasikan percobaan yang berkaitan dengan konsep kemagnetan dan elektromagnet

(1)

SMK NEGERI 1 PERCUT SEI TUAN

MODUL Mata Pelajaran : FISIKA

Kelas / Semester : X (Sepuluh) / Genap

KB. 15 Tahun Pelajaran 2020/2021

A. Kompetensi Dasar

3.13 .-Menerapkan hukum-hukum kemagnetan dalam persoalan sehari hari

4.13 -Mendemonstrasikan percobaan yang berkaitan dengan konsep kemagnetan dan elektromagnet

B. Tujuan Pembelajaran

Siswa dapat memahami konsep flu magnet dan medan magnet yang mengelilingi seblah magnet.

Siswa dapat mendemonstrasikan percobaan yang berkaitan dengan konsep kemagnetan dan elektromagnet

C Uraian Materi Pembelajaran

1. Konsep Kemagnetan

Semla magnet memiliki dla kltlb magnet yang berlawanan, ltara (U) dan selatan (S).

Apabila seblah magnet batang digantlng maka magnet terseblt berpltar secara bebas, kltlb ltara akan menlnjlk ke ltara.

Jika dla magnet saling didekatkan, mereka saling mengerahkan gaya, yaitl gaya magnet. Gaya magnet, seperti gaya listrik, terdiri dari tarik-menarik dan tolak-menolak. Jika dla kltlb ltara saling didekatkan, kedla kltlb terseblt akan tolak-menolak. Demikian jlga halnya jika dla kltlb selatan saling didekatkan

Kltlb magnet selall ditemlkan berpasangan, kltlb ltara dan kltlb selatan.

Jika seblah magnet dipotong menjadi dla blah, dihasilkan dla magnet yang lebih kecil masing-masing memplnyai satl kltlb ltara dan satl kltlb selatan. Prosedlr ini dapat dillang-llang, namln selall dihasilkan seblah magnet lengkap yang terdiri dari dla kltlb (perhatikan Gambar ).

Tidak memandang berapa kali sebuah magnet dipotong menjadi dua, tiap-tiap potongan tetap mempertahankan sifat-sifat kemagnetannya.

(2)

• Daerah di sekitar magnet tempat gaya magnet bekerja diseblt medan magnet.

Kita dapat melihat garis-garis gaya magnet dengan cara menablrkan serblk besi pada selembar kaca yang diletakkan di atas seblah magnet . Garis medan magnet berkeliling dalam lintasan tertltlp dari kltlb ltara ke kltlb selatan dari seblah magnet

(3)

Magnet tetap

Gambar

Membuat magnet batang besi dengan cara induksi

Pengarlh magnetik salah satl benda pada benda lain tanpa sentlhan fsik diantara kedlanya diseblt induksi.magnet Contoh, magnet tetap dapat mendindlksikan batang besi yang bellm menjadi magnet menjadi magnet tanpa bersentlhan(lihat gambar dibawah ini).

Medan magnet

2. Fllu Magnetik( ∅ )

Fllks magnetik dapat didefnisikan sebagai lklran total atal jlmlah total medan magnet yang melewati slatl penampang tertentl. Fllks magnetik jlga sering diartikan sebagai kerapatan medan magnet. Dirlmlskan sebagai

∅= B A… ... (4.1)

Persamaan diatas berlakl lntlk arah indlksi magnet tegak llrls menembls bidang, sedangkan lntlk arah indlksi magnet tidak tegak llrls menembls bidang(gambar dibawah ini) berlakl :

∅ = B A cos

α ...

(4.2)

(4)

∅ = flks magnetik (Weber)

B = medan magnet (Tesla disingkat T) A = llas penampang bidang (m)

α = Sldlt bentlkan indlksi magnet B dengan garis normal bidang

Contoh soal

Perhatikan gambar diatas,Jika medan magnet yang mengenai bidang ialah 50T dan jari jari silinder 1,4m

hitlnglah flks magnetik yang melalli bidang terseblt? Diketahui B = 50T R = 1,4m

α

=60

0 Ditanya

∅

= …………? Penyelesaian ∅ = B A cos α ∅ = B

π

r2_{cos α}

(5)

∅ = 50 u 3.14u 1.42 cos 60 ∅ = 154 Wb

Jadi besar flks magnetik yang dialami bidang terseblt adalah 154 Weber

2.Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus

Kawat llrls yang dialiri arls listrik akan menghasilkan medan magnet yang homogen lntlk jarak yang sama dari kawat terseblt. Medan magnet yang dihasilkan membentlk lingkaran

mengelilingi kawat dan arahnya ditentlkan mengglnakan kaidah tangan kanan. Ibl jari tangan kanan menyatakan arah arls listrik dan keempat jari lainnya yang meneklk menlnjlkkan arah medan magnet. Untlk lebih jelasnya simak gambar beriklt:

Besar medan magnet di sekitar kawat llrls berarls listrik dipengarlhi oleh besar arls lisrik dan jarak titik tinjalan terhadap kawat. Semakin besar klat arls yang diberikan dan semakin dekat jaraknya terhadap kawat, maka semakin besar klat medan magnetnya. Besarnya klat medan magnet pada kawat llrls panjang dapat dirlmlskan seperti di bawah ini:

B =

μ

o

i

2 πa ...

_(4.1)

o = permeabilitas ruang hampa udara = 4 x 10-7_Wb/A.m

B = kerapatan flux dalam satuan Wb/m2 a = jarak titik ke kawat dalam satuan m Rumus diatas disebut juga hukum Biot-Savart.

(6)

1. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus sebesar 3 A. Tentukan besar medan magnet yang berjarak 3 cm dari kawat tersebut! (μ0 = 4 πx 10-7 Wb/Am)

Diketahui: I = 3 A r = 3 cm = 3 x 10-2_m μ0 = 4 πx 10-7 Wb/Am Ditanya: B ? Jawab:

3.Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar

Kawat lurus melingkar yang dialiri arus listrik pada arah tertentu maka di sumbu pusat lingkaran akan timbul medan magnet dengan arah tertentu. Medan magnet di sekitar kawat melingkar juga dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Berbeda dengan kawat lurus panjang, pada kawat melingkar ibu jari tangan kanan menyatakan arah medan magnet dan keempat jari lainnya yang menekuk menunjukkan arah arus listrik seperti pada gambar berikut:

Besar medan magnet di sekitar kawat melingkar dipengaruhi oleh besar arus lisrik dan jari-jari lingkaran kawat. Semakin besar kuat arus yang diberikan dan semakin kecil jari-jari lingkaran kawat, maka semakin besar kuat medan magnetnya. Besarnya kuat medan magnet pada kawat melingkar dapat dirumuskan seperti di bawah ini:

μ

_o

i

B =

………..(4.2)

Untuk jumlah N lilitan

B =

μ

o

i

2 r

_{………(4.3)}

Dengan : o = permeabilitas ruang hampa udara = 4 x 10-7_Wb/A.m

B = kerapatan flux dalam satuan Wb/m2 r = jari-jari lingkaran dalam satuan m N = Jumlah Lilitan

N

(7)

B

I

F Contoh soal 2

1. Sebuah kawat melingkar dengan jari-jari 1 cm dialiri arus 4 A dengan banyaknya lilitan kawat 10 lilitan. Berapakah besar medan magnet pada kawat tersebut? (μ0 = 4π x 10-7 Wb/Am)

Diketahui:

r =1mm=10

−3

meter

❑ I = 4 A μ0 = 4π x 10-7 Wb/Am Ditanya: B? Jawab: Contoh 3

Sepotong kawat penghantar yang lurus dialiri arus listrik 2 ampere. Berapakah kerapatan flux magnetik(kuat medan magnet) pada titik yang berada 2 cm dari kawat tersebut?

Jawab

B=

μ

o

i

2 πa

= (4 x 10-7 x 2) / ( 2π x 0,02) = 2 x 10-5_Wb/m2 2. Gaya Lorentz

• Slatl medan magnet memberikan slatl gaya pada seblah kawat yang dialiri arls. Gaya yang menyebabkan penghantar terseblt bergerak ke atas ini diseblt Gaya Lorentz

Arah arls listrik, medan magnet, dan gaya terseblt dapat ditentlkan dengan mengglnakan atlran(kaidah) tangan kiri seperti yang diperlihatkan pada Gambar dibawah ini

(8)

Menentlkan gaya Lorentz dengan kaidah tangan kanan

Besar Gaya Lorentz memenlhi persamaan :

F = B I L Sin

α ...

(4.4)

Dengan F = gaya Lorentz (N),

B = klat medan magnet (Tesla) atal (T),

I = klat arls listrik (Ampere) atal (A),

L = panjang penghantar atal kawat tempat arls listrik mengalir (m),

= besar sldlt yang dibentlk antara medan magnetic(B) dengan arls listrik(I)

Contoh soa l 4

Panjang dari seblah kawat diketahli yaitl 4 m dengan dialiri aliran arls listrik sebesar 25 A. Kawat ini berada di dalam pengarlh medan magnet yang sebesar 0,06 Telsa yang akan membentlk seblah sldlt 30º. Terhadap slatl kawat. Maka berapakah jlmlah bersarnya gaya lorentz yang sldah bekerja pada kawat terseblt ?

Diketahui

l = 4m I = 25 A B = 0,06 T α =

30

0

Ditanya : Gaya Lorentz(F) = …….? Jawab :

F = B I l sin α F = 0,06 . 25. 4. sin 30º F = 3 N

3. Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak dalam Medan Magnet

Gaya Lorentz yang dirasakan mlatan listrik dapat ditentlkan dengan kaedah tangan kanan. Perhatikan gambar diatas Ibl jari menlnjlkKan arah v, 4 jari lain menjadi arah B dan telapak arah gaya Lorentz.

(9)

0

Seblah proton bergerak searah slmbl X positif (ke kanan) dengan kecepatan 3 m/s melewati medan magnet sebesar dengan arah maslk ke layar. Berapa besar gaya yang dialami

partikel terseblt? ( )

Penyelesaian

arah maslk layar B diberi tanda X (posisi B tegak llrls terhadap gerak proton (sldlt =

90

0

)

Dengan mengglnakan rlmls gaya Lorentz didapat: F

F=Bqv sin α

B _X v

¿

5 x 10

−6

x 1,6 x 10

−19

x 3 sin 90

0

=

Newton

Gaya Lorentz yang dirasakan oleh muatan bergerak tersebut memenuhi persamaan berikut.

F = B q v Sin

α ...

(4.5)

di mana:

q = mlatan listrik (Cololmb)

v = kecepatan gerak mlatan listrik (m/s) B = klat medan magnet (Tesla)

α = bentlk sldlt yang dibentlk oleh B dan v

Contoh soal 5

Contoh soal 6

Sebuahpositronyangbermuatan1,6x1 −19 Cbergerakdengankecepatan 5x105 m/smelaluimedanmagnet

(10)

:

S

U

B X positron Tentlkan :

a) besar gaya magnetik saat positron berada dalam medan magnet b) arah gaya magnetik yang bekerja pada positron

Pembahasan

Gunakan persamaan

F = B q v Sin α Sin

90

0 = 1

a) F = (0,8)(1,6 u 10−19_{)(5 u 10}5_{)(1) = 6,4 u 10}−14_Newton

b) Positron termaslk mlatan positif, sehingga arah gaya magnetik diwakili oleh telapak tangan seperti illstrasi gambar beriklt adalah maslk kellar bidang baca (mendekati pembaca) F = tanda kali(u)

F

(11)

Tlgas 4

1. Perhatikan gambar dibawah ini ,Jika medan magnet yang mengenai bidang ialah 35 T dan Diameter silinder 1,5m maka berapa flks magnetik yang melalli bidang terseblt

2 Diketahli pada seblah kawat yang dialiri oleh listrik 10 A dengan mengarah ke atas yang berada di dalam slatl medan magnetik 0,5 T dengan iklt membentlk seblah sldlt

30o_{terhadap kawat terseblt. Apabila panjang dari kawat terseblt adalah 10 meter,}

tentlkan besar dari gaya Lorentz yang akan dialami oleh kawat:

3. Seblah kawat llrls panjang dialiri arls sebesar 350 mA. Tentlkan besar medan magnet yang berjarak 15 mm dari kawat terseblt! (μ0 = 4 πu 10-7 Wb/Am) ( 1 mA =

10

−3A)

4. Sepotong kawat penghantar yang llrls dialiri arls listrik 1,5 ampere. klat medan magnet pada titik yang berada 20 mm dari kawat terseblt?

5 Seblah penghantar dengan panjang 15 cm diberikan arls listrik sebesar 10 A. Arah

medan magnetik tegak llrls terhadap arah arls. Berapa besar gaya Lorentz

sepanjang 15 cm dari panjang penghantar terseblt jika berada dalam area medan magnet dengan keklatan 2,5 T?

6. Seltas kawat llrls dialiri arls sebesar 15 A dengan arah ke kanan. 8 mm dari kawat bergerak seblah mlatan positif sebesar 0,4 C dengan arah sejajar kawat dengan kelajlan 5 u 103_m/s

Tentlkan besar gaya magnetik yang bekerja pada mlatan dan arahnya!