medan magnet, gaya magnet, ggl induksi

23
1 Pertemuan 18 - 19 Medan Magnet, Gaya Magnet dan Gaya Gerak Listrik Induksi Matakuliah : D0564/Fisika Dasar Tahun : September 2005 Versi : 1/1

Upload: atmamu-arow-casillas

Post on 05-Jul-2015

672 views

Category:

Documents


39 download

TRANSCRIPT

Page 1: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

1

Pertemuan 18 - 19 Medan Magnet, Gaya Magnet dan

Gaya Gerak Listrik Induksi

Matakuliah : D0564/Fisika Dasar

Tahun : September 2005

Versi : 1/1

Page 2: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

2

Learning Outcomes

Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa

akan mampu :

• Menjelaskan konsep medan magnet, gaya magnet dan gaya gerak listrik induksi (C2)

Page 3: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

3

Outline Materi

• Medan magnet dan kuat medan magnet, hukum Biol-savart

• Gaya magnet, gaya Lorenz• Gaya gerak listrik (ggl) induksi, hukum Lenz-

Faraday

Page 4: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

4

MEDAN MAGNET

Muatan listrik selalu mengeluarkan medan listrik.

Muatan listrik yang bergerak mengeluarkan medan listrik dan Medan Magnet.

Arus listrik merupakan gerakan elektron, sehingga akan membangkitkan medan magnet disekitar kawat penghantarnya.

Simbul-simbul besaran dalam medan magenet: = fluks magnet, merupakan jumlah garis gaya

magnet. (satuan WEBER, W)

Page 5: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

5

B = rapat medan magnet, merupakan fluks magnet persatuan luas bidang yang ditembus. (satuan W/m2)

H = Intensitas medan magnet atau kuat medan magnet. (satuan : Ampere/meter, A/m)

B = oH (18.1)

o = permeabilitas hampa (satuan W/Am) = 4 x 10-7 W/Am = permeabilitas mediumr = permeabilitas relatif = /o

Page 6: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

6

Hubungan antara B dan dinyatakan:

= A.B = A B cos (18.2)

dimana A : luasan loop yang ditembus

Page 7: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

7

Fluks magnet didefinisikan sebagai banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus luasan, dan ditulis:

= B dA (18.3)

Fluks magnet dapat ditingkatkan dengan cara memberikan bahan feromegnetik di dalam luasan tersebut. (ingat =r o)

Page 8: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

8

HUKUM BIOT SAVART

Hukum Biot-Savart menjelaskan besar dan arah medan magnet di sekitar kawat berarus.

1. Kawat lurus berarus. Medan magnet B pada titik p yang berjarak a

dari kawat yang panjangnya l dan dialiri arus I dinyatakan sbb:

l

a

p

i1 2

Page 9: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

9

214

coscos ai

B op (18.4)

Jika panjang kawat tak berhingga (∞), maka:

ai

B op

2

Jika posisi p simetri tengah:

12

cosai

B op

(18.5)

(18.6)

Page 10: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

10

2.Kawat lingkaran berarus.

irp

ri

B op 2

(18.7)

3.Kawat kumparan (solenoida)

l

iN l

R2

1

Page 11: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

11

122

sinsin lNi

B op

(18.8)

jika l>>R, maka bedan B di pusat solenoida:

lNi

B op

(18.9)

4.Kumparan Toroida (kumparan lingkaran).

Rd

Rl

Ni

Page 12: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

12

Medan magnet di dalam kumparan (posisi Rd<r<Rl):

rNi

B o

2

(18.10)

Medan magnet pada r<Rd dan r>Rl sama dengan nol.

GAYA MAGNETIK

• Gaya magnetik pada partikel bermuatan

Page 13: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

13

Partikel bermuatan Q coulomb bergerak dengan kecepatan pada suatu medan magnet , akan mengalami gaya :

0 F gaya maka ,Bsejajar V Jika

Bdan V antarasudut

r̂ sin B V BVq= F

q

Gaya magnet pada penghantar berarus :

Jika kawat sepanjang l dialiri arus i dan berada dalam medan B, maka :

Page 14: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

14

I = dQdt dQ = I dt

dF = dQ V B

= I dt V B

= I V dt B

= I d B

Untuk penghantar yang lurus dan B

yang konstan, maka :

F = I L B sin

Page 15: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

15

dengan :

= sudut antara L dan BHUKUM FARADAY

Jika fluks magnet yang menembus loop tertutup berubah terhadap waktu, maka terjadi gaya gerak listrik (ggl) induksi () pada loop tersebut.

)cos( ABdt

dN

dt

dN (18.11)

N = jumlah lilitan pada loop

Page 16: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

16

Perubahan fluks magnet dapat dikarenakan:

•Perubahan karena fungsi sinusoidal arus bolak-balik•Fungsi putaran ().

Kesimpulan:Ggl induksi akan timbul pada loop tertutup jika ada perubahan terhadap waktu (minimum salah satu) dari A, B atau .

Page 17: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

17

INDUKTANSI

1. Induktasi bersama. Jika batang besi yang panjangnya l dililit dengan

kumparan sehingga jumlah lilitannya N1 kemudian dialiri arus i1, maka akan timbul medan magnet.

1

11

l

iNB o

Page 18: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

18

Jika kemudian di luar lilitan pertama dililitkan lagi kawat lain dengan jumlah lilitan N2, maka ggl induksi akan terjadi pada lilitan kedua, yaitu:

dt

diM 1

2121 (18.12)

M21disebut Induktasi bersama, yang nilainya:

l

ANNM o 21

21

(18.13)

Hal yang sama akan terjadi jika yang diberi arus pada lilitan dua, dimana M21 = M12

Page 19: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

19

2.Induktansi Diri

l

iN

Jika kumparan dialiri arus yang berubah sebagai fungsi waktu, maka akan terjadi induksi diri sehingga timbul ggl pada kumparan itu sendiri.

Page 20: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

20

dt

diL

dt

di

iN

dt

dN

(18.14)

l

AN

i

NL o

2 (18.15)

Jika dalam kumparan ada inti besi, dengan =ro maka induktansi dan ggl induksinya juga berubah dengan faktor r

Contoh.

Page 21: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

21

1. Suatu kawat yang panjangnya 5 m dialiri arus 20 A.

a. Jika kawat dibentuk persegi, tentukan kuat medan di pusat diagonalnya?

b. Juka kawar dibuat lingkaran, tentukan kuat medan magnet di pusatnya?

Jawab:

Page 22: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

22

a. Jika kawat berbentuk persegi empat, maka panjang sisinya :5/4 = 1,25 m.

Jarak terdekat dari kawat ke pusat diagonal adalah: a = 1,25/2 = 0,625 m

Dari pers. 16.6 diperoleh kuat medan di pusat adalah:

mAa

i

a

ix

BH

o

/4,142

2

1

24

Page 23: medan magnet, gaya magnet, GGL induksi

23

b. Kawat berbentuk lingkaran, keliling 5 m.

Jari-jarinya: 0,796 m

Kuat medan di pusat diperoleh dari pers. 16.7, yaitu: H= i/2r = 12,6 A/m