Induksi Magnetik di Sumbu Solenoida dan Toroida

Fisika SMAMA XII 122 Besarnya induksi magnetik di pusat sumbu toroida adalah B = μ In atau B = .... 4.13 dengan : B = induksi magnet di pusat tengah-tengah toroida μ = permeabilitas ruang hampa I = kuat arus listrik dalam toroida N = jumlah lilitan dalam toroida 2 πr = keliling toroida Bagaimana menentukan kutub-kutub magnet pada solenoida? 1. Sebuah solenoida yang panjangnya 50 cm memiliki 2000 lilitan, dialiri arus sebesar 4 ampere. Hitunglah induksi magnet : a. di ujung solenoida, b. di tengah-tengah solenoida Penyelesaian : Diketahui : L = 50 cm = 5.10 -1 m N = 2.000 llt I = 4 A μ = 4 π × 10 -7 Wb A -1 m -1 Ditanyakan : a. B = ...? di ujung b. B = ...? di tengah-tengah Jawab : n = = 4.10 3 lilitanm a. Induksi magnet di ujung solenoida B = μ In = . 4 π.10 -7 . 4 . 4.10 3 = 32 π . 10 -4 T Contoh Soal Keingintahuan : Rasa Ingin Tahu 123 Fisika SMAMA XII Wawasan Produktivitas : Kewirausahaan b. Induksi magnet di tengah-tengah solenoida B = μ In = 4 π.10 -7 . 4 . 4.10 3 = 64 π . 10 -4 T 2. Sebuah toroida yang memiliki 4.000 lilitan dialiri arus sebesar 5 A. Apabila diketahui jari-jari lingkaran bagian dalam 8 cm dan bagian luar 12 cm. Tentukan besarnya induksi mgnet pada toroida tersebut Diketahui : N = 4.000 llt I = 5 A r 1 = 8 cm r 2 = 12 cm Ditanyakan : B = ...? Jawab : Jari-jari rata-rata toroida adalah : r = r 1 + r 2 = 8 + 12 = 10 cm = 1.10 -1 m B = = = 4.10 -2 T Adanya medan magnet di sekitar kawat yang beraliran arus listrik dapat dimanfaatkan untuk melakukan kegiatan misalnya menjalankan mesin produksi pada suatu pabrik dengan memanfaatkan sebuah relai yang bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Coba buatlah sebuah relai sederhana yang diperlengkapi dengan skema alat, cara kerja, dan rincian biaya yang digunakan sampai alat tersebut dapat digunakan Soal Latihan : 1. Sebuah solenoida panjangnya 25 cm, terdiri atas 500 lilitan. Apabila solenoida tersebut dialiri arus listrik sebesar 5 A, tentukan besarnya induksi magnet di ujung dan di tengah-tengah solenoida tersebut 2. Sebuah toroida memiliki 10.000 lilitan. Apabila jari-jari lingkaran luar dan dalam toroida masing-masing 18 cm dan 12 cm, tentukan besarnya induksi magnet di dalam toroida tersebut Fisika SMAMA XII 124

B. Gaya Magnetik Gaya Lorentz

Apabila sebuah penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnet, timbul gaya Lorentz yang dapat meng- gerakkan penghantar ter- sebut. Hal ini pertama kali dikemukakan oleh fisikawan Belanda yang bernama Prof. Dr. Lorentz. Info Sains Alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik adalah motor listrik. Motor listrik jika kita hubungkan dengan sumber tegangan akan berputar. Bagaimana prinsip motor listrik tersebut bekerja, dapatkah kalian menjelaskan- nya? Apabila kita perhatikan di dalam motor listrik terdapat sebuah kumparan kawat dan magnet tetap. Motor listrik tersebut dapat berputar karena timbulnya gaya Lorentz atau gaya magnetik yang terjadi pada kumparan kawat penghantar beraliran arus listrik yang berada dalam medan magnet. Marilah sekarang kita mempelajari timbulnya gaya magnet yang dialami oleh sebuah kawat penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan mag- net

1. Gaya Magnetik pada Kawat Berarus dalam

Medan Magnetik Perhatikan Gambar 4.8, sebuah kawat penghantar AB yang dibentang- kan melalui medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet tetap. Apabila pada ujung kawat A kita hubungkan dengan kutub positif baterai dan ujung B kita hubungkan dengan kutub negatif baterai, maka pada kawat AB mengalir arus dari A ke B. Pada saat itu kawat AB akan bergerak ke atas. Sebaliknya jika arus listrik diputus dihentikan, kawat kembali ke posisi semula. Sebaliknya jika ujung A di- hubungkan dengan kutub negatif dan ujung B dihubungkan dengan kutub positif baterai, kembali kawat bergerak ke bawah berlawanan dengan gerak semula. Gerakan kawat ini menunjuk- kan adanya suatu gaya yang bekerja pada kawat tersebut saat kawat tersebut dialiri arus listrik. Gaya yang bekerja pada tersebut disebut gaya magnetik atau gaya Lorentz. Gambar 4.8 Gaya Lorentz pada kawat berarus dalam medan magnetik. A F S B U B I I V + - 125 Fisika SMAMA XII Berdasarkan hasil percobaan yang lebih teliti menunjukkan bahwa besarnya gaya magnetik gaya Lorentz yang dialami oleh kawat yang beraliran arus lisrik : a. Berbanding lurus dengan kuat medan magnetinduksi magnet B. b. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat I. c. Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar l . d. Berbanding lurus dengan sudut θ yang dibentuk arah arus I dengan arah induksi magnet B. Besarnya gaya magnetikgaya Lorentz dapat dinyatakan dalam persamaan : F = B I l sin θ .... 4.14 Arah gerakan kawat menunjukkan arah gaya magnetik gaya Lorentz. Untuk mengetahui arah gaya Lorentz dapat digunakan kaidah tangan kanan Gambar 4.9 sebagai berikut. Aturankaidah tangan kanan Apabila tangan kanan dalam keadaan terbuka jari-jari dan ibu jari diluruskan. Arah dari pergelangan tangan menuju jari-jari menyatakan arah induksi magnet dan arah ibu jari menyatakan arah arus listrik, maka arah gaya magnetiknya dinyatakan dengan arah telapak tangan menghadap. Atau dapat juga ditentukan dengan aturan tangan kiri yaitu sebagai berikut. Aturankaidah tangan kiri Apabila antara ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah pada tangan kiri direntangkan saling membentuk sudut 90 o , maka di sini arah jari telunjuk menyatakan arah induksi magnet, arah jari tengah menunjukkan arah arus, dan arah ibu jari menyatakan arah gaya Lorentz. Gambar 4.9 Arah gaya Lorentz berdasarkan kaidah tangan kanan.