MAGNET nurhidayahunja ac id 1 MAGNET Sejarah kemagnetan

MAGNET nurhidayah@unja. ac. id 1

MAGNET • Sejarah kemagnetan mulai jauh lebih awal dengan peradaban kuno di Asia. Ada daerah pada asia yang disebut Magnesia di mana ditemukan batu yang bergerak saling tarik menarik. Batu-batu ini disebut “magnet” • Magnet mempunyai dua kutub yaitu : - kutub utara - kutub selatan (digunakan sebagai alat bantu navigasi = kompas) 2

Kutub Magnet S U U S Tolak Menolak U S S U Tarik menarik U S Tolak Menolak 3

Garis Gaya Magnet • Makin jauh dari kutub maka makin kecil kerapatan garis gaya. • Kerapatan garis gaya per satuan luas di suatu titik menggambarkan kekuatan medan magnet dititik tersebut • Kerapatan garis gaya terbesar diamati dikutub magnet 4

Domain Magnetik Pada besi medan magnet atomnya sangat kuat sehingga atom-atom besi yang berdekatan membentuk “domain magnetik” dengan medan magnet yang cenderung searah Tiap domain magnetik mengandung milyaran atom. Domain-domain magnetik Pada batang besi biasa arah-arah medan magnet dari domain magnetik ini acak, sedangkan pada “besi sembrani” ada kecenderungan pada arah tertentu. 5

Medan Magnet U U Gerak mengorbit dan gerak spin elektron dalam atom menimbulkan medan magnet S + v Kombinasi kedua medan magnet bisa saling menguatkan atau saling melemahkan dan menghasilkan medan magnet atom S Medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. Dengan: • Arah medan magnet sama dengan arah garis gaya magnet • Besar medan magnet sebanding dengan kerapatan garis gaya magnet 6

Secara matematika, besar gaya antar kutub magnet dapat ditulis dengan F = gaya antar kutub, m 1 = kekuatan kutub pertama (Ampere meter), m 2 = kekuatan kutub kedua, r = jarak antara ke dua kutub, dan k = konstanta yang besarnya 10 -7 Weber/(Ampere meter) 7

Untuk mendefinisikan medan magnet B dapat dilakukan dengan menembakan sebuah muatan uji q 0 melewati p dengan kecepatan v, maka sebuah gaya F bekerja pada muatan uji. Gaya F selalu tegak lurus v, dan besar F berubah bila arah v dirubah. Pada arah v tertentu di mana gaya F menjadi nol, dinyatakan sebagai arah B. B v Untuk muatan uji bergerak dengan kecepatan v tegak lurus B maka F maksimum dan besar B didefinisikan sebagai 8

Jika sebuah muatan uji q 0 yang ditembakkan dengan kecepatan v melalui sebuah titik p dan jika sebuah gaya F bekerja pada muatan yang bergerak tersebut, maka sebuah medan magnet B ada titik p, dengan B adalah vektor yang memenuhi hubungan Besarnya gaya pembelok magnetik F, menurut kaidah perkalian vektor, diberikan oleh dengan adalah sudut diantara v dan B Satuan B adalah N/(Coulomb)(meter/sekon) atau Tesla(T) atau weber/meter 2 (Wb/m 2). 1 T = 1 wb/m 2 = 104 gauss. 9

ARUS LISTRIK MENGHASILKAN KEMAGNETAN Ø Hans Christian Oersted (17771851) menemukan bahwa ketika jarum kompas yang diletakkan di dekat kawat ber-arus listrik ternyata jarum menyimpang. Ø Gambar a. Garis-garis medan di sekitar arus listrik. Ø Gambar b. Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet. 10

GAYA LORENTZ 11

GAYA PADA ARUS LISTRIK OLEH MEDAN MAGNET • Magnet memberikan gaya pada kawat pembawa arus • Arah gaya (F) selalu tegak lurus terhadap arah arus (I) dan juga tegak lurus terhadap medan magnet (B). F U S B I F magnet U + - I B S - + magnet Besar dan arah gaya yang dialami kawat yang dialiri arus listrik dalam medan magnet diberikan oleh hokum Lorentz 12

Untuk menentukan arah gaya Lorentz, dilakukan dengan cara sekrup putar kanan: 1. Tempatkan vektor panjang kawat dan vector medan magnet sehingga titik pangkalnya berimpit 2. Putar sekrup putar kanan dari arah vector panjang kawat ke arah vector medan magnet. 3. Arah maju sekrup sama dengan arah gaya Lorentz pada kawat. 13

Gaya magnet pada kawat berarus

Satuan SI untuk medan magnet B adalah Tesla (T) 1 T = 1 N/A. m I l B Contoh : Sepenggal kawat berarus 30 A, panjang l=12 cm, membentuk sudut = 30 o terhadap arah medan magnet seragam 0, 9 T. Tentukan gaya pada kawat tersebut! 15

GAYA PADA MUATAN LISTRIK YANG BERGERAK DI DALAM MEDAN MAGNET B q F V lintasan = Menembus bidang (menjauhi kita) = keluar bidang (mendekati kita) Lintasan muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet mengalami pembelokan akibat gaya Lorentz. Muatan yang berpuatan positif dan negatif membelok ke arah yang berlawanan. F = qv. B sin 16

Contoh : Sebuah partikel yang mempunyai massa 200 miligram dan membawa muatan 2 × 10 -8 coulomb ditembakkan tegak lurus dan horizontal pada medan magnet serba sama yang horizontal dengan kecepatan 5 × 104 m/s. Jika partikel itu tidak mengalami perubahan arah, tentukan kuat medan magnet! Diketahui m = 200 miligram = 2 × 10 -4 kg, v = 5 × 104 m/s, q = 2 × 10 -8 C Agar lintasan partikel tidak berubah maka besar gaya Lorentz sama dengan besar gaya gravitasi. q v B sin 90 o = mg 17

Pembelokan Lintasan Muatan dalam Medan Magnet lintasan muatan yang masuk dalam medan magnet dalam arah tegak lurus membentuk lintasan lingkaran. Karena lintasan berbentuk lingkaran maka pada muatan ada gaya sentripetal sebesar Sumber gaya sentripetal adalah gaya Lorentz yang dihasilkan oleh medan magnet sehingga 18

MEDAN MAGNET YANG DISEBABKAN OLEH KAWAT BERARUS r B Contoh : Berapakah besar medan magnet pada jarak 10 cm dari kawat lurus yang dialiri arus 25 A ? Permeabilitas ruang hampa o = 4 x 10 -7 Tm/A 19

GAYA ANTARA DUA KAWAT PARALEL • Contoh : Dua kawat pada kabel yang panjangnya 2 m berjarak 3 mm dan membawa muatan arus dc 8 A. Hitung gaya antara kedua kawat tersebut! 20

APLIKASI-1 : GALVANOMETER 21

APLIKASI-2 : BEL LISTRIK 22

APLIKASI-3 : MOTOR DC Medan magnet yang bekerja pada motor ditimbulkan dengan magnet permanen atau dengan elektromagnetik disebut kumparan. Momen pada armature yang menghasilkan kecepatan putar motor 23 dikontrol dengan kuat arus yang mengalir dalam motor.

FLUKS MAGNETIK B a A Loop dari kawat logam A : luas permukaan loop B : kuat medan magnet α : sudut antara arah medan B dan garis normal pada permukaan Besar fluks magnetik bervariasi dengan merubah harga A, B dan α 24

INDUKSI MAGNETIK S U I Perubahan fluks magnetik menyebabkan timbulnya gaya gerak listrik (ggl) induksi. 25

INDUKSI MAGNETIK S U I Kumparan dengan 80 lilitan memiliki jari-jari 5 cm dan hambatan 30Ω. Berapakah besar perubahan medan magnet (yang tegak lurus bidang kumparan) tiap sekonnya agar menghasilkan arus sebesar 4 A? Jawab: 600/π T 26

Bagaimana memproduksi ggl bolak balik? B a A ω Jika ada N lilitan 27

SOAL Sebuah proton ketika bergerak ke bawah dengan laju 5 x 106 m/s mendapat gaya sebesar 8 x 10 -14 N ke barat. Ketika bergerak ke arah utara, ia tidak merasakan gaya. Tentukan besar dan arah medan magnet di daerah ini. 28

SEKIAN 29