Silabus dan RPP Fisika SMK Kelas X, XI, XII.rar

MEDAN MAGNET

MAGNET DAN KUTUB KUTUB MAGNET
• Kutub magnet: bagian
magnet yang paling kuat
pengaruh kemagnetannya
• Kutub kutub magnet: utara
dan selatan
• Jarum untuk kompas
secara bebas mengarah ke
utara dan selatan
• Bumi sebagai magnet
dengan kutub kutub
magnet sedikit bergeser
dari kutub kutub geografi

Medan dan Gaya Magnet
• Muatan yang bergerak dalam medan
magnet akan mengalami gaya magnet:
v


 
F qv B
Fmagnet
B

Muatan uji, +q

• Besar gaya magnet:

F qvB sin 

KE MANA ARAH GAYA MAGNETNYA?

Gaya magnet pada proton
• Berapaka besarnya gaya magnet yang dialami proton
dengan arah gerak membentuk sudut 60° dengan arah
medan magnet yang besarnya 2.5 tesla. Proton tersebut
bergerak dengan kecepatan setengah kecepatan cahaya.

F (1.6 10 19 C )(1.5 108 m / s)(2.5T ) sin 60
F 5.2 10

 11

N

Gaya magnet pada kawat berarus

 
Fmagnet  ILxB

Fmagnet  ILB sin 

Momen Gaya pada Loop
• Ingat
  
 r F




b 
F I ds B
a

• Untuk medan magnet homogen  terhadap
arus F I l B
• Maka momen gaya:
 2aIlB (2al ) IB  AIB
  
 IA B

F
2a

F

B

Momen Gaya pada Dipole

• Ingat:

   
 r F F qE
q+

• Maka

 
 qr E

q
F

F

2a

E

Momen Listrik dan
Momen Magnet
• Momen magnet



 I A

• Momen dipole lsitrik


p 2aq rˆ

rˆ : vektor satuan

  
  B
  
  p E


FLorentz

GAYA LORENTZ

 
qE( gy  listrik )  qv xB( gy  magnet )

Ke mana arah Fmagnet?

Gerak muatan dalam
medan magnet
• Muatan positif yang masuk ke dalam medan
magnet akan dibeolokan (orbit melingkar)
v2
m F qvB
r
mv
v
r

qB
r
Frekuensi Siklotron:

v qB
 
r m

B

Siklotrom
• Siklotron: alat untuk mempercepat
partikel (proton,detron dll)
• Terdiri dari dua ruang semisilinder yang
ditempatkan dalam medan magnet
• Di antara kedua semisilinder diberi
potensial listrik bolak-balik (104 volt)
• Ion dalam semisilinder akan mengalami
gaya magnet yang menyebabkan bergerak
dalam setengah lingkaran lalu dipercepat

oleh medan lisrik E, masuk lagi ke dalam
medan magnet B dan bergerak milingkar
dengan jari-jari lebih besar (karena
kecepan lebih besar).

E

p+

B

Pemilih Kecepatan
• Gaya Lorentz
E


  
F qE  qv B
• Ketika F = 0 dan
  

v EB

p+

maka

E
v
B

B

Spektrometer Massa
• Alat yang digunakan untuk menentukan
massa atau perbandingan massa terhadap
2
muatan:
mv
qvB2 

R
m B2 R ; v  E

p+
B1
q
v
B
m B1 B2 R
1

Jadi
B2
q
E
E

Efek Hall
• Gaya magnet pada petikel
pembawa muatan dalam

konduktor berarus akan
menimbulkan beda potensial
(efek hall)
qvB qEH
I nqvA

V
+ +
 

+


+


E H vB
I
I
v

nqA nqdt

Potensial Hall:
Koefisien Hall:

IBRH
VH EH d vBd 
t
I
t
RH 
nq
d

A=dt

HUKUM BIOT- SAVART

• Tahun 1819 Hans Christian Oersted mengamati
bahwa jarum kompas dapat menyimpang di atas
kawat berarus
• Arus listrik sebagai sumber medan magnet.

• Pada tahun 1920-an Jean-Baptiste Biot dan Felix
Savart melakukan eksperimen menentukan medan
magnet di sekitar kawat berarus tersebut:
• Medan magnet di sekitar berarus adalah:



Ids rˆ
dB k m
2
r
0
7
km 
10 Wb / A m
4
0 - permeabilitas ruang hampa

I
ds

^r
r

Penggunaan Hukum
Biot-Savart
• B = dB1+dB2+…+dBi
• B =dB
ds i rˆi
 0 
B   I 
2
 4 
ri

  0  ds rˆ
dB   I
2
 4  r

dB1
r1

dB2 dB
i
ri

r2

ds2
ds1

dsi

Penggunaan Hukum
Biot-Savart
dB1
dB

  0  ds rˆ
dB   I
2
 4  r
dB1

r1

r1

r
ds
ds1

Penggunaan Hukum
Biot-Savart
dB1
r1

  0  ds rˆ
dB    I
2
4

  r

Analog :

1 Q
| E |
4 0 | r |2

Contoh 1: Medan magnet di
sekitar kawat berarus
a
tan  
x

a
sin  
r r

a

rˆ


ds

ds dx

x

tan   

a
x
r

  0  ds rˆ
dB   I
2
4

  r

a

rˆ


x

ds

ds  dx

Besar:
Arah:

ds rˆ  ds rˆ sin 

B berarah keluar
r

dB
r
ds

2

  0   sin  
dB   I 
 sin  dx
 4   a 

dx sin 
a
sin 

 a 
r 

 sin  
2

3
  0 I   sin 
 2


 4   a


 dx


2

tan   

a
x
r
a

rˆ


x

ds

ds  dx

a
x 
tan 
3
  0 I   sin 
 2
dB 

 4   a

dx
a
 2
d sin 

 dx


3
  0 I   sin 
 2


 4   a

a
dx  2 d
sin 
 a 
 2  d
 sin  

 0 I 

sin d

 4a 

0 I
0 I
0 I
 0 I 
180
B dB 
sin

d






cos




2

0

4a
4a
2a
 4a 

Contoh 2: Medan
magnet dari loop
kawat berarus
Direction:

  0  ds rˆ
dB   I
2
 4  r
ds

r

B keluar bidang
gambar

Magnitude:
ds selalu  terhadap r

dB
r
ds
  I 
B  dΒ  0 2   ds
 4R 

  0 I  ds rˆ
d B 
 2
 4  r

  I 
 0 2   ds
 4R 

  I 
 0 2  2R
 4R 

 0 I 

ds
2
 4R 


0 I
2R

Hukum Amper
• Integral tertutup B·ds sama dengan 0I, I
adalah arus total yang dicakupi oleh
permukaan tertutup

 
B ds 0 I

a

I

I

B  ds 2 Ι
0

B

I
I

B  ds 0

B

I
I

B  ds  2 Ι
0

BI
I

B  ds  2 Ι
0

B

I

Medan magnet di sekitar kawat
berarus
B  ds 0 I
r

I

B  ds  B ds
B konstan

B  ds 2rB
2rB  0 I

atau

0 I
B
2r

Medan magnet di dalam kawat
berarus I0
A

r

 B  ds 2rB  I
0

Circle

2
a
r 2
r
I  I0  2 I0  2 I0
A
R
R

0 I
B
2r

r
B  0
I
2 0
2R

Medan magnet di sekitar kawat
panjang berarus
r
B  0
I
2 0
2R
B

0 I 0
B
2r

r

R

Medan B di dalam Toroida
• Toroid berbentuk donut dengan dililiti koil.

 
B ds B2r 0 NI
• Maka,

 0 NI
B
2r

ds
r

Medan magnet di dalam Solenoida
• Jika solenoida terdiri dari
jumlah lilitan N dan
panjang adalah l, maka:

 
B ds Bl 0 NI

 0 NI
B
 0 nI
l

ds

l