Bahan Ajar Kd 3.i.docx

MEDAN MAGNETIK, INDUKSI MAGNETIK, DAN GAYA MAGNETIK [Type your address]

A. Medan magnetik Medan magnet yaitu daerah disekitar magnet dimana benda lain masih mengalami gaya magnet. Medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk kutub selatan. medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya menggunakan operasi vektor. Berikut ditampilkan beberapa gambar yang menunnjukkan arah arus dan arah medan magnet. Besarnya kuat medan megnet disekitar kawat berarus

Ket: 𝐵 = medan magnet (tesla) 𝐼 = Kuat arus listrik (ampere) 𝜇0 = permebilitas vakum 4π×10−7 Wb/Am a, = jarak titik P dari kawat (meter)

B. Induksi magnetic a)

Hukum biot-savart Hubunaan antara listrik dan kemagnetan pertama kali diamati oleh seorang ilmuwan Denmark bernama Hans Cristian Oerstad pada tahun 1820 melalui percobaan bahwa jarum kompas dibelokkan oleh arus listirik. Sebulan setelah penemuan Oerstad, dua orang ilmuwan perancis bernama jean bepstise biot dan felix savart berhasil menentukan bentuk medan magnet yang timbul oleh arus listrik yang stabil. Biot dan savart mengamati konstribusi induksi magnet pada suatu titik yang ditimbulkan suatu elemen penghantar yang dialiri arus listrik. Hukum biot-savart yang menjelaskan besar induksi magnetic a. Sebanding dengan kuat arus listrik I b. Sebanding dengan panjang elemen penghantar dℓ c. Berbnding terbalik dengan kuadrat jarak r antara titik p dengan elemen penghantar dℓ

d. Sebanding dengan sinus sudut apit 𝜃 anatara arah arus dℓ dengan garis penghubung titik p dengan dℓ. Sehingga persamaannya dB =

𝜇0 1 dℓ sin 𝜃 4𝜋

𝑟2

ket: I = kuat arus (ampere) dℓ = elemen kawat 𝜃 = sudut anrtara elemen arus dengan garis hubung ke elemen kawat 𝑘 = tetqpan (Wb/Am) 𝑑𝐵= induksi magnet di p (Wb/𝑚2 ) atau tesla 𝑟 = jarak titik ke elemen kawat (m) 𝜇0 = permebilitas vakum 4π×10−7 Wb/Am

1. Induksi megnet diskeitar penghantar lurus berarus Besarnya medan Magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik. Dipengaruhi oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil kuat medan magnetnya.

Arah induksi magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan yaitu tangan kanan menggengam penghantar lurus ibu jari menunjukkan arah lurus listrik dan lengkungan keempat jari lainnya menyatakan arah putaran medan magnet. Untuk kawat lurus dn panjang i a p ket: I = kuat arus listrik (amper) 𝜇0 = permebilitas ruang hampa a, = jarak tegak lurus titik yang diamati dikwat (meter) k = 𝜇0/4π×10−7 Wb/Am medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 2

2. Induksi magnet yang ditimbulkan leh penghantar melingkar berarus

Ket: BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat melingkar dalam tesla ( T)

I = kuat arus pada kawat dalam ampere ( A ) a = jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m ) r = jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m ) θ = sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran kawat dalam derajad (°) x = jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m ) b) Hukum Ampere Suatu pertanyaan yang menggambarkan hubungan antara induksi magnet dengan kuat arus listrik, pertama kali dikemukakan leh andre M, ampere (1775-1836). Pernyataan ini dikenal hokum ampere yang berbunyi, ” untuk semua bentuklintasan tertutup yang mengelilingi penghantar berarus I didalam vakum, medan magnet yang ditimbulkan akan berlaku B= ∮ 𝐵 𝑑ℓ 𝑐𝑜 𝑠 𝜃 = 𝜇 𝐼 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 dℓ sebagai elemen dari panjang lintasan tertutup, 𝜃 𝑠𝑒𝑏𝑎𝑔𝑎𝑖 sudut anatara arah litasan magnet B dnganelelmen lintasan d ℓ , dan I sebagai ttal kuat arus yang dilengkapi elh lintasan tertutup.” 1. Induksi magnet di sumbu toroid Toroid adalah kumparan yang dibentuk sehingga berbentuk lingkaran. Jika toroid diliri aru listrik, akan timbul garis-garis medan magnet berbetntuk lingkaran didalam trid. Anda dapat menentukan besar induksi magnet di sumbu toroid menggunakan hokum ampere. medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 3

Adapun besarnya induksi mgnet disumbu toroid ditentukan sebagai berikut:

B=

𝜇0𝑁𝐼 2𝜋𝑎

ket: B = besar induksi magnetic (T) N = banyak lilitan selenida I = kuat arus (ampere) a = jari-jari efektif (m) 𝜇0 = permeabilitas vakum

Sementara itu, besar induksi magnet di titik P dan induksi magnet I titik Q sama dengan nl. 2. Induksi magnet di pusat dan diujung solenoid Solenoid merupakan penghantar yang memiliki banyak lilitan dan menyerupai lilitan pegas. Solenoid yang dialiri arus listrik akan menghasilkan garis medan magnet dengan pla yang sama yang dihasilkan magnet batang. Persamaan untuk menghitung induksi magnet dipusat solenoid dituliskaan sebagai berikut:

B=

𝜇0𝑁𝐼 ℓ

Adapun besar induksi mgnet di ujung solenoid

B=

𝜇0𝑁𝐼 2ℓ

Ket: B = besar induksi magnetic (T) N = banyak lilitan selenida I = kuat arus (ampere) ℓ = panjang solenoid (m) 𝜇0 = permeabilitas vakum Cnth sal: Sebuah toroid memiliki jari-jari 25 cm dan memiliki 2.000 lilitan. Jika toroid dilakukan arus sebesar 2 ampere. Hitung medan magnet di sumbu toroid? Penyelesaian: Diketahui: a = 25 cm = 0,25 m N = 2000 lilitan I = 2 ampere Ditanyakan..B?

B=

𝜇0𝑁𝐼 2𝜋𝑎

medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 4

B=

4π×10−7 (2000)(2)

2𝜋(0,25)

= 3,2 ×10−3 Suatu solonoida terdiri dari 3000 lilitan berarus 2 A. panjang solenoida 30 cm.tentukanlah: a. Induksi magnet ditengah-tengah solenoida? b. Induksi magnet pada ujung solenoiida? Penyelesaian: N = 300 lilitan I = 30 cm =0,3 m L = 4π × 10−7

𝑤𝑏 𝐴

.𝑚

n = N/I = 300/0,3 = 1000 lilitan/m dit …..B ditengah solenoid dan B diujung solenoid?? a. 𝜇0 𝑙 𝑛 = 4π × 10−7 (2)(1000) = 8 π × 10−4 wb/𝑚2

b. B = =

𝜇0𝑁𝐼 2ℓ 4π×10−7 (300)(2)

2(0,3)

= 4π × 10−4 wb/𝑚2 C. Gaya Magnet dan Fluks Magnet Gaya yang terjadi akibat interaksi medan magnet dengan arus listrik atau muatan listik yang bergerak disebut gaya magnet atau gaya lorentz. Gaya ini bias terjasdi pada penghantar berarus yang terletak didalam medan magnet dan dua buah penghantar yang dialiri arus listrik. 1. Gaya Lorentz Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh medan magnetic pada arus listrik. Gaya Lorentz pada akwat berarus dapat ditemukan arahnya dengan menerapkan kaidah tangan kanan. Gaya Lorentz adalah kawat yang berarus listrik atau muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet yang homogen, akan mendapatkan suatu gaya karena pengaruh medan magnet. Arah gaya magnetic atau Gaya Lorentz bergantung pada arah arus dan arah medan magnet. Besar Gaya Lorentz yang dialami kawat bearus listrik berbanding lurus dengan kuat arus listrik, panjang kawat didalam medan magnet, kuat medan magnet, serta sinus antara arah arus dan arah induksi magnet apabila dituliskan dalam persamaan magnetic, besar Gaya Lorentz sebagai berikut:

medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 5

F = BI ℓ sin α Keterangan:

F = Gaya Lorentz (N) B = induksi magnet (T) I = Kuat arus listrik (A) ℓ = panjang kawat dalam medan magnet (m) a = sudut yang dibentuk antara I dan B Gaya, arus, dan induksi magnetic besaran vector. Persamaan diatas jika dinyatakan dalam perkalian silang vector ditulis: F=Iℓ B a. Gaya magnet antara Dua penghantar lurus sejajar berarus

Besar gaya Tarik menarik atau tolak menak anatara dua kawta berarus ini berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir pada kedua kawat dan panjang kawat, tetapi berbandung terbalik anatar jarak kedua kawat. Apanbila ditulis melalui persamaan matematis akan berubah seperti berikut:

F1 = F2 =

𝜇0 𝐼1 𝐼2 2𝜋𝑎

ℓ

b. Gaya magnet pada muatan yang bergerak dalam medan magnet Arus listrik adalah muatan yang bergerak persatuan waktu dengan arah sesuai pergerakan psitif. Kawat muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet

medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 6

F = B I L sin 𝜽

F = Gaya Lorentz (N) B = induksi magnet (T) I = Kuat arus listrik (A) ℓ = panjang kawat dalam medan magnet (m) 𝜃 = sudut yang dibentukdi dalam medan

magnet

2. Fluks magnetic

SIFAT KELISTRIKAN SUATU BAHAN 1. Bahan feromagnetik, mempunyai sifat  Ditarik sangat kuat leh medan magnet  Mudah ditembus leh medan magnet Contoh besi, baja, nikel, kobal, godlinium, 2. Bahan paramagnetk, mempunyai sifat  Ditarik dengan lemah oleh medan magnet  Dapat ditembus oleh medan magnet Contoh magnesium, tima, dan udara 3. Bahan diamagnetic mempunyai sifat medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 7

 

Ditolak dengan leh medan magnetic Sukar bahkan tidak dapat ditembus oleh medan magnetic Contoh bismuth, timbal, emas, air psfr, dan tembaga.

medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 8

medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik Page 9