I. TUJUAN PEMBELAJARAN - BAB 3 (Mengenal penggunaan magnet pada teknologi)

(1)

SMK Tunas Harapan Pati

UNIT 3

I. TUJUAN PEMBELAJARAN

1.siswa dapat mengetahui induksi pada kawat sejajar

2. siswa dapat mengerti hubungan gaya lotentz dengan induksi magnet 3. siswa dapat menganalisis arah dan besarnya gaya lotentz

4. siswa dapat ,mengetahui arah gerak partikel dalam medan magnet homogen 5. siswa dapat mengetahui gelombang elektromagnetikdan manfaatnya

GAYA LORENTZ

Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub magnet kedalam kawat dialirkan arus listrik ternyata kawat melengkung kekiri.

Gejala ini menunjukkan bahwa medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik, disebut Gaya Lorentz. Vektor gaya Lorentz tegak lurus pada I dan B. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan tangan kanan. Bila arah melingkar jari-jari tangan kanan sesuai dengan putaran dari I ke B, maka arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorents.

gambar :

Besar Gaya Lorentz.

F = B I

l

sin  F = gaya Lorentz.

B = induksi magnetik medan magnet. I = kuat arus.

l

_{= panjang kawat dalam medan magnet.}  = sudut yang diapit I dan B.

Mata Pelajaran : Fisika

Kompetensi Keahlian : Semua Kompetensi Keahlian

Kelas / Semester : XII/1

Pertemuan ke : 2-4

Alokasi waktu : 6 x 45 menit

Standart Kompetensi : Menerapkan konsep magnet dan elektromagnetik Kode Standart Kompetensi : 13

Kompetensi Dasar : Mengenal penggunaan magnet pada teknologi

(2)

Dilihat dari atas arus listrik P menuju kita digambarkan sebagai arus listrik dalam kawat P menimbulkan medan magnet. Medan magnet ini mengerjakan gaya Lorentz pada arus Q arahnya seperti dinyatakan anak panah F. Dengan cara yang sama dapat dijelaskan gaya Lorentz yang bekerja pada arus listrik dalam kawat P.

Gaya Lorentz pada kawat lurus berarus listrik

Jika kawat panjang l dialiri arus listrik I berada dalam medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet yang arahnya dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.

Ibu jari menyatakan arah arus listrik, arah jari-jari menyatakan arah induksi magnet dan hadap telapak menyatakan arah gaya Lorentz.

Keterangan:

F = gaya lorentz (N) B = induksi magnet (T)

a = sudut antara B dan I I = arus listrik (A)

l

B_{= panjang kawat (m)}

(3)

Gaya Lorentz pada dua kawat sejajar berarus listrik

Kedua posisi diatas dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

r = jarak kedua kawat (m) I = arus listrik (A)

L = panjang kawat (m)

Gaya lorentz pada muatan bergerak

Jika sebuah muatan listrik bergerak dalam medan magnet, maka muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz yang besarnya dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

N

S

Source :http://ima.dada.net/image/medium/4080766.jpg

r

X

F

1 F

2 B

2

(4)

Formula gaya lorentz yang dihasilkan oleh medan magnet B pada muatan q yang mengalir degan kecepatan V, adalah sebagai brikut!

Besarnya gaya lorent dapat di tentukan sebagai berikut:

Keterangan:

B = induksi magnet (T)

a = sudat antara B dan v q = muatan listrik (C) v = kecepatan partikel (m/s)

Jika arah v sejajar dengan arah induksi magnet B, maka gaya Lorentz pada partikel bermuatan adalah nol, sehingga partikel bergerak lurus, tetapi jika arah v tegak lurus terhadap induksi magnet B maka, maka gaya Lorentz pada partikel bermuatan adalah FL = Bqv dan mengikuti lintasan lingkaran berjari-jari R. Jadi besar

gaya Lorentz FL sama dengan gaya sentripetal FS.

Sehingga

Keterangan:

R = jari-jari lintasan (m) m = massa partikel (kg)

q = kecepatan sudut partikel (rad/s

contoh soal

Seutas kawat mempunyai panjang 2 meter dialiri arus listrik sebe-sar 50 A. Jika kawat tersebut mengalami gaya magnet sebesar 1,5 N dalam medan magnet yang serba sama dengan B = 0,03 T, maka tentukan sudut antara B dan I?

(5)

SMK Tunas Harapan Pati l = 2 m

a = …? jawab :

Jadi, sudut antara B dan I adalah 30o_.

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

 Teori Maxweel

Rambatan perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik yang mengakibatkan perubahan medan listrik dan medan magnet disebut : Gelombang Elektromagnetik.

Percobaan-percobaan yang teliti membawa kita pada kesimpulan :

1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus pada vektor perubahan medan magnet.

2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala :

3. Pemantulan, pembiasan, difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.

Dengan pengetahuan

matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji

F

L

=

B I ℓ

sin

α

1,5

N

=(

0 ,

03 T

)(

50 A

)(

2 m

)

sin

α

sin

α

=

1,5

₃

=

0,5

(6)

kebenarannya melalui percobaan-percobaan.Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan

gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas ( ε0 _{) dan permeabilitas (} μ0 _).

Diperoleh nilai c = 3.108_{m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya.}

Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah Gelombang Elektromagnetik.

Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik ini merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Menurut panjang gelombang ( λ ) dan frekuensi (f) dapat disusun spektrum gelombang elektromagnetik sebagai

berikut :

Dari spektrum tersebut dapat disimpulkan bahwa makin pendek panjang gelombang ( λ _{) makin tinggi fekuensinya}

(f) dan makin besar pula daya tembusnya.

Diantara gelombang-gelombang yang terdapat pada

spektrum tersebut, yang dapat dilihat oleh mata hanyalah gelombang cahaya yang mempunyai

panjang gelombang antara 8000

A

o

(merah) - 4000

A

o

(ungu). Beberapa hal yang perlu diketahui diantantaranya :

1. Gelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat yang sama seperti cahaya.

a. Dapat merambat dalam ruang hampa (tidak memerlukan medium untuk merambat). b. Tidak bermuatan listrik.

c. Merupakan gelombang transversal, yaitu arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatannya.

(7)

d. Memiliki sifat umum gelombang, seperti dapat mengalami polarisasi, pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), interferensi, dan lenturan (difraksi).

e. Arah perambatannya tidak dibelokkan, baik pada medan listrik maupun medan magnet.

2. Secara umum, panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik memenuhi persamaan berikut.

c = λ f

3. Spektrum gelombang elektromagnetik dari frekuensi terkecil sampai frekuensi terbesar dijelaskan sebagai berikut.

a. Gelombang radio dan televisi (30 kHz-3 GHz)

Gelombang ini dapat digunakan dalam komunikasi sebagai pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain.

b. Gelombang mikro (107_-1012_Hz)

Gelombang mikro yang diserap oleh sebuah benda akan memunculkan efek pemanasan pada benda itu.

Microwave oven memanfaatkan proses tersebut untuk memasak makanan dengan cepat. Selain itu, gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR. Pesawat ini memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro.

c. Sinar inframerah (1011_-1014_Hz)

Sinar inframerah digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi, dan kanker. Sinar ini dapat digunakan untuk menyembuhkan penyakit cacar dan

encok, digunakan pada remote control dan alarm pencuri, serta untuk mengeringkan cat mobil dengan cepat.

d. Cahaya tampak (1015_Hz)

Salah satu manfaat cahaya tampak adalah penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

e. Sinar ultraviolet (1015_-1018_Hz)

Sinar ultraviolet yang dihasilkan matahari dapat mengubah pro-vitamin D menjadi vitamin D pada tulang kita. Sinar UV digunakan untuk membunuh bakteri dan virus. Selain itu, sinar UV digunakan untuk menyucihama- kan ruangan operasi rumah sakit serta peralatannya. Jika terlalu sering terkena sinar UV, warna kulit menjadi kehitaman bahkan menjadi kanker kulit.

f. SinarX(1016_-102_{° Hz)}

(8)

retak pada logam. Dalam penelitian, sinar ini sangat berguna untuk analisis struktur bahan. Namun, jaringan sel-sel manusia dapat rusak jika terkena sinarX terlalu lama.

g. Sinar gamma (1020_-1025_Hz)

Daya tembus sinar gamma sangat besar sehingga dapat menembus pelat timbel atau pelat besi setebal beberapa sentimeter. Daya tembus ini akan mengakibatkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan hidup. Sinar gamma dapat digunakan untuk membunuh sel kanker, sterilisasi peralatan rumah sakit, dan memeriksa cacat pada logam.

Contaoh soal

1. Sinar gamma memiliki manfaat untuk .... A. memfoto tubuh bagian dalam B. komunikasi

C. diagnosis kesehatan organ dalam D. sterilisasi alat kedokteran

E. analisis struktur bahan Jawaban: D

Memfoto tubuh bagian dalam dan analisis struktur bahan menggunakan sinarX. Pembawa informasi dari satu tempat ke tempat lain (untuk komunikasi) dapat menggunakan gelombang radio. Diagnosis kesehatan dapat dilakukan menggunakan sinar inframerah.

2. Gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk membunuh bakteri dan virus adalah A. sinarX D. gelombang radio

B. sinargamma E. gelombang mikro C. sinar ultraviolet

Jawaban: C

SinarX digunakan untuk melihat bagian dalam benda atau tubuh manusia dan analisis struktur bahan. Sinar gamma digunakan untuk membunuh sel-sel kanker, sterilisasi peralatan rumah sakit, dan memeriksa cacat logam. Gelombang radio digunakan untuk komunikasi. Gelombang mikro digunakan dalam microwave oven dan pesawat RADAR.

Soal Pendalaman

I. Tugas 1

1. sebuah gelombang radio dipancarkan pada frekuesi 150 MHZ, tentukan panjang gelombangnya! 2. sebutkan panjang gelombang beserta warna cahanyanya

3. sebutkan penggunaan gelombang EM dalam teknologi 4. sebutkan ciri-ciri gelombang EM

(9)

6. seseorang mengukur kedalaman danau dari permukaan danau dengan mengirim gelombang EM. Apabila gelombang tersebut kembali dalam waktu 1mikro skon, tentukan kedalaman danau tersebut? 7. untuk mrngukur sebuah kedalaman kapal dipancarkan gelombang EM berfrekuensi 3 x 107_Hz.

Dalam waktu 20 mikro skon gelombang tersebut kembali, hitunglah panjang gelombang dan jarak kedalaman kapal

II. Tugas 2

1. sebuah gelombang radio dipancarkan pada frekuesi 150 MHZ, tentukan panjang gelombangnya! 2. sebutkan panjang gelombang beserta warna cahanyanya

3. sebutkan penggunaan gelombang EM dalam teknologi 4. sebutkan ciri-ciri gelombang EM

5. berapakah cepat rambat gelombang EM

6. seseorang mengukur kedalaman danau dari permukaan danau dengan mengirim gelombang EM. Apabila gelombang tersebut kembali dalam waktu 1mikro skon, tentukan kedalaman danau tersebut? 7. untuk mrngukur sebuah kedalaman kapal dipancarkan gelombang EM berfrekuensi 3 x 107_Hz.