bab 5 kls xii

26
Medan Magnetik 105 Medan Magnetik A. Medan Magnetik B. Gaya Magnetik C. Aplikasi Gaya Magnetik D. Sifat Magnet Bahan menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: )490@07 :4<06=4B0= B4;07 38<C;08 A490: @0BCA0= B07C= F0=6 ;0;C 07C;C 38 304@07 A80 !428; >@0=6 <4=4<C:0= A41C07 10BC F0=6 30?0B A0;8=6 <4=0@8: A0BC A0<0 ;08= #4@4:0 <4=F41CB=F0 A410608 !"' !8=8 >@0=6 30?0B <4<1C0B 30= <4<0=500B:0= 14=30 A4?4@B8 8BC 30= <4=F41CB=F0 A410608 <06=4B 8:0 =30 ?4@70B8:0= <06=4B 10=F0: 38<0=500B:0= ?030 #)'$& :><?0A <>B>@ ;8AB@8: <4<>@8 :><?CB4@ 30= 64=4@0B>@ ;8AB@8: 0?0B:07 =30 <4=F41CB:0= 14=3014=30 ;08= F0=6 <4=66C=0:0= <06=4B 8:0 =30 <4<8;8:8 <06=4B 10B0=6 =30 30?0B <4=60<0B8 10608<0=0 14=3014=30 F0=6 B4@6>;>=6 54@@><06=4B8: A4?4@B8 14A8 30?0B B4@B0@8: :4B8:0 38B4<?0B:0= 38 30;0< <430= <06=4B8: 10B0=6 B4@A41CB %012%$ <4=4<C:0= 107E0 <430= <06=4B8: B830: 70=F0 38B8<1C;:0= >;47 A41C07 <06=4B %012%$ <4=34<>=AB@0A8:0= 10608<0=0 90@C< ?030 :><?0A <4=F8<?0=6 :4B8:0 3834:0B:0= 34=60= A41C07 :0E0B 14@0@CA ;8AB@8: 0; B4@A41CB <4=0=30:0= 107E0 38 A4:8B0@ :0E0B 14@0@CA ;8AB@8: B4@30?0B <430= <06=4B8: ?0:07 <430= <06=4B8: 8BC ?0:07 14=30 54@@><06=4B8: 8BC 8B4@0? :0= 30;0< 70; 0?0 A090:07 6490;0 :4<06=4B0= 8BC &030 101 8=8 =30 0:0= <4<?4;090@8 A4<C0 B4=B0=6 :4<06=4B0= 30= ?4=4@0?0==F0 30;0< B4:=>;>68 menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi. Hasil yang harus Anda capai: 105 Jarum pada kompas menyimpang mengikuti arah medan magnetik yang ditimbulkan oleh kawat berarus. Bab 5 Sumber: Physics For Scientists and Engineers, 2000

Upload: fikri-pandoez

Post on 22-Mar-2017

269 views

Category:

Education


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 105

Medan Magnetik

A. Medan Magnetik

B. Gaya Magnetik

C. Aplikasi GayaMagnetik

D. Sifat MagnetBahan

menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi.

Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:

menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagaipenyelesaian masalah dan produk teknologi.

Hasil yang harus Anda capai:

105

Jarum pada kompas menyimpang mengikuti arah medan magnetik yangditimbulkan oleh kawat berarus.

Bab

5Sumber: Physics For Scientists and Engineers, 2000

Page 2: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII106

A. Medan Magnetik1. Medan Magnetik di Sekitar Magnet Permanen

Gambar 5.2Pola garis gaya magnetik pada

(a) magnet U dan(b) magnet batang.

Gambar 5.1Pola garis gaya magnetik

Tes Kompetensi Awal

Gambar 5.3(a) Garis gaya magnetik tegak lurus

menembus bidang A (fluksmagnetik);

(b) Medan magnetik B menembusbidang A dengan membentuk

sudut terhadap garis normal.

B

A

garis normal0

B

garis normal

A

n

Sumber: Physics, 1995

tarik-menarik

tolak-menolak

Page 3: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 107

2. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik

Gambar 5.4Garis-garis gaya magnetik yangterbentuk oleh serbuk besiketika ditempatkan di tempatyang dipengaruhi oleh kawatberarus listrik.

Contoh 5.1

I

I

Baru-baru ini di dalam tengkorakburung merpati ditemukan sejenissensor magnet yang tersusun darimagnet-magnet elementer. Tiapmagnet tersebut terhubung denganotak melalui saraf. Sensor tersebutdapat menentukan posisi arahmelintang sepanjang magnet Bumi,selain itu juga dapat menentukanketinggian posisinya dari permukaanBumi.

Pigeons have recently been found tohave multiple-domain magnetitemagnets within their skulls. That areconnected with a large number ofnerves to the pigeon’s brain. Pigeonshave a magnetic sense, and not onlycan they discern longitudinaldirections along the earth’s magneticfield, but they can also detect latitudeby the dip of the earth’s field.

Informasiuntuk Anda

Information for You

Sumber: Conceptual Physics, 1998

Aktivitas Fisika 5.1

Medan Magnetik di Sekitar Kawat BerarusTujuan PercobaanMengamati medan magnetik yang disebabkan oleh kawat berarus listrik.

Alat-alat Percobaan1. Sebuah baterai 4. Kawat penghantar2. Kabel 5. Kompas kecil3. Sebuah saklar

Page 4: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII108

Gambar 5.7(a) Kaidah tangan kanan; (b) Jika arus

menuju pengamat, arah medanmagnetik berputar ke kiri; (c)

Jika arah arus menjauhipengamat, arah medan

magnetik berputar ke kanan.

Gambar 5.5(a) Penghantar tidak dilalui arus listrik;

(b) Penghantar dialiri arus listrikdari utara; (c) Penghantar dialiri

arus listrik dari arah selatan.Perhatikan arah simpangan

jarumnya.

Gambar 5.6Pola garis medan magnetik yang

dibentuk oleh serbuk besi di sekitarkawat lurus berarus listrik.

Sumber: Conceptual Physics, 1998

S

U

U U U

U U

SS S

S S

B

B

B B

Langkah-langkah Percobaan1. Susunlah peralatan sehingga terlihat seperti Gambar (a). Dalam keadaan

sakelar S terbuka, letakkan kawat penghantar di atas kompas dengan arahmemanjang sejajar dengan jarum kompas.

2. Perhatikan arah penunjukan jarum kompas.3. Kemudian, tutuplah sakelar S seperti pada Gambar (b). Amati jarum kompas,

apa yang terjadi?4. Baliklah polaritas baterai seperti pada Gambar (c). Lakukanlah pengamatan

seperti langkah 2 dan 4. Amati yang terjadi dengan jarum kompas.

5. Apakah kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

S S S

I I I

I

Page 5: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 109

3. Hukum Biot-Savart

4. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Lurus

Gambar 5.8Kawat d yang dialiri arus listrik.

i

d BP

r

d

d

Gambar 5.9Induksi magnetik akibat kawatlurus berarus di sebuah titikyang berjarak a dari kawatlurus tersebut.

d B

P

d

I

0

r

a

Page 6: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII110

Gambar 5.10Arah induksi magnetik di

sekitar kawat lurus berarus.(a) Arah arus ke bawah;

(b) Arah arus ke atas.

Tugas Anda 5.1Coba Anda cari informasi apakah disekitar kawat lurus berarus timbulmedan magnetik juga jika arus yangmengalir arus bolak-balik.

i

i

BB

Contoh 5.2

Tantanganuntuk Anda

Jika pada kumparan yang dialiri aruslistrik ditambahkan inti besi lunak,medan magnetik yangditimbulkannya semakin besar.Mengapa demikian?

I

0rP

d

Page 7: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 111

5. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Melingkar

Gambar 5.11Induksi magnetik di pusat kawatmelingkar berarus.

z

0

x y

Ir

a

r

Id

Ia

P

2 I 2 I

Pa

I

I

Contoh 5.3

Tantanganuntuk Anda

Perhatikan gambar berikut.

Penghantar berbentuk duasetengah lingkaran konsentris,memiliki jari-jari a

1 = 2 cm dan

a2 = 4 cm. Penghantar dialiri oleh

arus listrik I = 2 A.Tentukanlah besarinduksi magnetik total yang timbuldi titik pusat A.

AI

I

a2 a

1

Page 8: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII112

6. Induksi Magnetik di Pusat dan Ujung Solenoida

P

dD

x

a

P C

A

F

r

Gambar 5.12(a) Solenoida yang dialiri

arus listrik; (b) Penampang irisanmembujur solenoida.

Contoh 5.4

Tokoh

Hans Oersted(1777–1851)

Hans Oersted adalah seorang ahliFisika berkebangsaan Denmark. Padatahun 1819 ia menemukanhubungan mendasar antarakemagnetan dan kelistrikan.Percobaannya menunjukkanterjadinya pembelokan pada jarumkompas ketika didekatkan dengankawat berarus. Fenomena ini dikenaldengan elektromagnetisme.

Sumber: www.allautobiographies.com

Page 9: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 113

P

P P

I II

Tes Kompetensi Subbab A

x– x+

Az

B

I

y+

y –

6 I

2 I a 2 a

3a

9 I

P

2aI

P

Kata Kunci• medan magnetik• garis gaya magnetik• fluks magnet• kaidah tangan kanan• hukum Biot-Savart• solenoida• toroida• induksi magnetik

a

lingkaran arus

B

Gambar 5.13Toroida yang dialiri arus listrik.

6. Induksi Magnetik di Sumbu Toroida

2 a

Page 10: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII114

B. Gaya Magnetik

1. Menentukan Arah Gaya Magnetik

Gambar 5.14Seutas kawat berarus I berada diruang yang dipengaruhi medan

magnetik B sehingga timbulgaya magnetik (F) pada kawat

tersebut.

I

F

Gambar 5.15Penghantar panjang berarus

listrik I di dalam medanmagnetik homogen B.

I

B

Aktivitas Fisika 5.2

Gaya MagnetikTujuan PercobaanMengamati gaya magnetik

Alat-Alat Percobaan1. Aluminium foil 4. Sebuah sakelar2. Sebuah magnet U 5. Dua buah penjepit3. Sebuah baterai

Langkah-Langkah Percobaan

1. Susunlah peralatan tersebut, seperti pada gambar berikut.

pitaaluminium

penjepit

sakelar

– +

sebelumsakelar ditutup,pita aluminiumdalam keadaan

mendatar

FP

sakelar

Q– +

Page 11: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 115

2. Tutuplah sakelar agar arus listrik mengalir melalui pita aluminium.3. Apakah yang terjadi dengan pita aluminium tersebut?4. Ubahlah polaritas dari baterai, kemudian amati yang terjadi pada pita

aluminium.5. Balikkan posisi kutub magnet U, kemudian amati yang terjadi pada pita

aluminium.6. Apakah kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

F

BF

I

Gambar 5.17Arah gaya magnetik sesuai dengankaidah tangan kanan.

Gambar 5.16Gaya magnetik yang dialami kawatpenghantar berarus listrik.

SUB

Ion bermuatan dari Mataharimendekati Bumi dan masuk keatmosfer menuju daerah kutubpada umumnya dikatakan adanyapengaruh medan magnetik Bumi.Kadang-kadang kejadian inimenimbulkan fenomena yangdisebut aurora borealis atau cahayautara di daerah lintang utara.

Charged ions approach the Earth fromthe Sun and enter the atmospheremainly near the poles, sometimescausing a phenomenon called theaurora borealis or northern lights innorthern latitudes.

Informasiuntuk Anda

Information for You

P F

Q

B

Contoh 5.5

2. Gaya Magnetik pada Muatan yang Bergerak

Sumber: Physics for Scientist and Engineers

Page 12: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII116

=

B

Gambar 5.18Gaya yang dialami muatan

bergerak dalam medanmagnetik.

R F v

A

Gambar 5.19Pengukuran massa ion

menggunakan spektroskop massa.

x

r

+ q

S

+

B

V

Page 13: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 117

Contoh 5.6

Tantanganuntuk Anda

Suatu partikel bermuatan 0,04 Cbergerak sejajar dengan kawatberarus listrik 10 A. Jika jarak antarapartikel dan kawat 5 cm, hitunglahberapa gaya yang dialami partikeltersebut?

Page 14: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII118

3. Gaya Magnetik antara Dua Kawat Sejajar

Gambar 5.20Dua buah penghantar lurus

sejajar dialiri oleh arus listrik.(a) I

1 searah dengan I

2.

(b) I1 berlawanan arah dengan I

2.

garis medankarena I

1 I2

garis medankarena I

2

PQ

B1

B2

F1

F2

a

garis medankarena I

2

garis medankarena I

1I

1I

2

B1

B2

Q PF1 F

2

a

I1

Contoh 5.7

B

B

I

Page 15: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 119

Kata Kunci• gaya magnetik• kaidah tangan kanan

Contoh 5.8

Tes Kompetensi Subbab B

Page 16: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII120

C. Aplikasi Gaya Magnetik

1. Motor Listrik

I

I

poros

arah putaran

F

B

CB

D

F

A

komutator

sikat karbon

Gambar 5.21Skema motor listrik

Gambar 5.22Skema galvanometer

F

a

F

b

I

Ipivot

U S

2. Galvanometer

Tugas Anda 5.2Anda mengenal kipas angin, mesincuci, dan motor penggerak mesinjahit. Alat-alat tersebut dihubungkandengan listrik arus AC. Carilah carakerjanya. Apakah cara kerjanya samadengan motor listrik yang dibahasberdasarkan Gambar 5.21?

Page 17: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 121

3. Pengeras Suara (Loudspeaker)

4. Kereta Api Terbang

Sumber: Science Discovery 1, 2004

Gambar 5.23Kereta api terbang mampumelaju dengan kecepatanlebih dari 400 km/jam.

Page 18: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII122

D. Sifat Magnet Bahan

1. Bahan Ferromagnetik

2. Bahan Paramagnetik

3. Bahan Diamagnetik

Gambar 5.24(a) Gerak melingkar elektron

mengelilingi inti; (b) Spin elektrontidak berpasangan; (c) Spin elektron

berpasangan.

SS

U UU

S

Gambar 5.25Bahan ferromagnetik dalam

solenoida

Gambar 5.26Bahan paramagnetik dalam

solenoida

Gambar 5.27Bahan diamagnetik

dalam solenoida

S U

S U

Page 19: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 123

bel

pegas baja

interuptor(pemutar

arus)

sakelar

besi U

kumparan

Gambar 5.28Skema rangkaianrelai magnetik

engsel

rangkaian kedua

solenoida

sakelar

armatur(lempengan)

inti besi

Gambar 5.29Skema rangkaianbel listrik

4. Suhu Curie

5. Penerapan Bahan Ferromagnetika. Relai Magnetik (Penghubung)

b. Bel Listrik

Sumber: Physics for Scientists andEngineers, 3rd Edition, 2000

Page 20: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII124

Rangkuman

I

B

Page 21: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 125

Peta Konsep

Setelah Anda mempelajari materi bab ini, Anda tentudapat memahami bahwa medan magnetik dihasilkandari magnet permanen dan kawat berarus. Anda tentumemahami juga pengaruh medan magnetik pada kawatberarus serta pemanfaatan fenomena tersebut dalam

Refleksi

teknologi. Dari materi yang ada pada bab ini, bagianmanakah yang menurut Anda sulit dipahami? Coba Andadiskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda. Selainitu, coba Anda cari manfaat dan aplikasi lain dari materi-materi bab ini.

Page 22: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII126

Tes Kompetensi Bab 5

I1

a

B

P

I1

I2

4d 3

4d

C

A B

IA

= 5A IB

= 5A

ai

x

P

r

Page 23: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 127

II

I2

I1

P

O

P

a

I

Page 24: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII128

1

81

4

1

2

S

B

U

I

10 cm

1 cm

Q

I1

I2

a b

d c

20 cm

P

h

DC

AI

B

I

Page 25: Bab 5 kls xii

Medan Magnetik 129

I

P

IQ

RI

P

ba

Ia = 10 A

Ib = 5 A10 cm

Q

P

R4 cm

4 cmO

P R

A B

I1 = 5 A I

2 = 5 A

8 cmb10 cma

Page 26: Bab 5 kls xii

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII130

P

Q