Upload
sereno
View
45
Download
0
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
BAB 9 MEDAN MAGNETIK. Aurora “curtain” several hundred kilometers high, several thousand kilometers long, but less than 1 km thick. GAYA LORENTZ. Gaya akibat medan listrik E :. Gaya searah atau berlawanan arah dengan medan listrik tergantung pada muatan q. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Aurora “curtain” several hundred kilometers high, several thousand kilometers long, but less than 1 km thick
BAB 9 MEDAN MAGNETIK
EqFE
BvqFB
)BvE(qBvqEqFFF BE
Gaya akibat medan listrik E :
Gaya akibat medan magnetik B :
Gaya akibat medan listrik E dan magnetik B (Gaya Lorentz):
• Gaya searah atau berlawanan arah dengan medan listrik tergantung pada muatan q
• Gaya tegak lurus pada bidang yang dibentuk oleh vektor v dan B perkalian vektor
NB a)B,v(sinBvqBvqF
GAYA LORENTZ
Gaya pada muatan bergerak dalam medan magnetik
Arah keluar bidang gambar
Arah masuk dalam bidang gambar
Notasi arah medan magnetik :
Arah gaya selalu tegak lurus pada arah gerak sehingga terjadi gerak melingkar
GERAK MELINGKAR BERATURAN
m2
qB
T
1f
qB
m2
qB
mv
v
2
v
R2T
qB
mvR
R
vmqvB
R
vmmaF
qvB)90sin(qvBBvqF
22
lsentripeta
oB
Contoh Soal 9.1Elektron berputar dengan energi kenetik sebesar 22,5 eV. Medan magnetik yang keluar dari bidang gambar mempunyai magnituda sebesar 4,55 x 10-4 T. Hitung :a). Jari-jari lingkaranb). Frekuensic). PeriodaJawab :
nm6,7810x86,710x7,12
1
f
1T
Mz10x7,12)10x1,9(2
)10x55,4)(10x6,1(
m2
qBf
cm52,3)10x55,4)(10x6,1(
)10x81,2(10x1,9
qB
mvR
s/m10x81,2)10x1,9(
)10x36(2
m
K2vmv
2
1K
J10x36)10x6,1(x5,22eV5,22K
10x6,1qkg10x1,9m
8
631
419
419
631
631
192
1919
1931
6
Arah v miring terhadap B
qB
mvR
sinvvcosvvvvv ////
Van Allen radiation belts
CYCLOTRON DAN SYNCROTRON
R= 6,3 km Fermilab
eV10x20TeV20Kkm2,83mil52R
mv2
1K
qB
mvR
12
2
Contoh Soal 9.2Sebuah cyclotron yang berjari-jari 53 cm beroperasi pada frekuensi 12 MHz. Medan magnetik yang digunakan adalah 1,6 T. Partikel bermuatan yang digunakan adalah deuteron yang bermuatan sama dengan proton tapi bermassa dua kali massa proton. Hitung energi kinetik yang dihasilkan
Jawab :
MeV6,16)10x99,3)(10x34(,2
1mv2
1K
s/m10x99,310x34,3
)6,1)(53,0)(10x6,1q(
m
qRBv
qB
mvR
T6,1B10x6,1qkg10x34,3)10x67,1(2m
7272
727
19
192727
GAYA PADA KAWAT BERARUS
iLBvBv
Li90sinqvBF
v
Liitq
v
Lt
t
qi
o
BLiFB
Contoh Soal 9.3Pada sebuah kawat horisontal sepanjang 2 m mengalir arus listrik sebesar 28 A. Rapat massa kawat adalah 46,6 gr/m. Berapa besar dan arah medan magnetik yang diperlukan agar kawat tersebut mengambang di udara.
Jawab
Agar dapat mengambang maka arah gaya harus ke atas dan sama besar dengan berat kawatJadi arah medan magnetik harus ke kanan
mT3,16)2(28
)8,9(10x2,93
iL
mgBmgiLBF
kg10x2,93)2(10x6,46Lm3
B
33
Contoh Soal 9.4Mass spectrometer adalah alat untuk mengukur massa ion. Prinsip kerjanya seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Sebuah ion bermassa m dan bermuatan +q keluar dari sumber S yang diberi tegangan sebesar V. Ion akan dipercepat dan masuk ke dalam medan magnetik B, berputar dan jatuh di detektor pada jarak x. Tunjukkan besarnya massa dapat dihitung dari :
Jawab :
22
xV8
qBm
22
222
2
xV8
qqB
qV2
Bqx41
mqV2
xqB21
mm
m
qV2
mxqB21
mqV2
xqB21
v
RqBm
qB
mvR
m
qV2vmv
2
1qVKU
MOMEN GAYA PADA KUMPARAN ARUS
iBAibBaRF
ibBiLBF
aRbL
BNiA
)iBA(NN
Jumlah lilitan N :
= momen dipole magnetik dari kumparan
Prinsip Kerja Motor Listrik• Medan magnetik yang digunakan dihasilkan dari magnit batang• Arus listrik dilewatkan melalui kumparan• Pada saat arah arus seperti terlihat pada gambar momen gaya yang terjadi akan
memutar kumparan searah jarum jam• Setelah berputar 180 o , maka arah arus menjadi berlawanan arah dengan arah
semula sehingga kumparan akan berputar kembali ketempat semula• Sebuah alat yang disebut komutator akan membalikkan arah arus sehingga
kumparan akan berputar dengan arah semula. Akibatnya kumparan akan memutar poros secara terus menerus dalam arah yang sama.
• Jadi pada motor listrik energi listrik (berupa arus listrik) diubah menjadi energi mekanik (berupa batang poros yang berputar)
Contoh Soal 9.5Pada gambar di samping ini ditunjukkan konstruksi sebuah amperemeter yang bekerja berdasarkan momen gaya akibat arus listrik. Didalamnya terdapat sebuah kumparan sepanjang a = 2,1 cm dengan lebar b = 1,2 cm. Jumlah lilitannya adalah N = 250. Kumparan ini berada di dalam sebuah magnit permanen yang menghasilkan medan magnetik sebesar B = 0,23 T dan arahnya radial sehingga selalu tegak lurus ( = 0) pada bidang /normal kumparan. Akibatnya bila arus dilewatkan melalui kumparan, maka terjadi momen gaya yang akan memutar kumparan. Untuk mendeteksi/mengukur sudut putarannya dipasang sebuah pegas putar yang dihubungkan dengan jarum penunjuk skala. Bila diinginkan arus sebesar 100 mA akan memutar jarum tersebut sebesar 28o , berapa besar konstanta pegas putar K yang diperlukan?
Jawab :
o85
5
43
o
4
22
/Nm10x21,528
10x46,1K
K
Nm10x46,1
)23,0)(10x54,2)(10x100)(250(
NiAB90sinNiABsinNiAB
10x54,2
)10x2,1)(10x1,2(abA
Latihan Soal No. 1Seorang fisikawan hendak merancang sebuah cyclotron yang akan digunakan untuk mempercepat proton sehingga kecepatannya menjadi sepersepuluh dari kecepatan cahaya. Magnit yang digunakan menghasilkan medan magnetik sebesar 1,4 T.a). Hitung jari-jari cyclotron tersebut [22 cm]b). Hitung frekuensi yang sesuai. [21,5 MHz]
Latihan Soal No. 2Pada sebuah kawat sepanjang L dilewatkan arus sebesar i. Kawat ini dibuat menjadi kumparan berbentuk lingkaran. Kumparan ini berada dalam medan magnetik sebesar B.a). Tentukan jumlah lilitan N agar diperoleh momen gaya yang maksimum [N = 1]b). Hitung besarnya momen gaya maksimum tersebut.[ i B L2 /4]
Latihan Soal No. 3Sebuah kawat sepanjang 62 cm dan bermassa 13 gram digantungkan pada sepasang pegas. Kawat tsb dialiri arus sebesar 5 A. Akibat beratnya, maka batang tersebut akan turun sehingga pegas akan teregang. Agar tegangan dalam pegas tersebut hilang (menjadi nol kembali) maka diperlukan medan magnetik yang arahnya seperti terlihat pada gambar di bawah ini.Hitung besarnya medan magnetik yang diperlukan [41 mT]