RPP KTSP SMA KELAS 3
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
MATA PELAJARAN
:FISIKA
KELAS/SEMESTER
:XII IPA/1
PERTEMUAN KE
:10
ALOKASI WAKTU
:3 x 45’
STANDAR KOMPETENSI :
1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai
masalah dan produk teknologi
KOMPETENSI DASAR
penyelesaikan
:
1.1. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi.
1.2. Memahami hukum faraday, hukum lenz dan GGL induksi.
INDIKATOR
:
1. Mendiskripsikan induksi magnet disekitar kawat lurus, melingkar, solenoida, toroida
berarus
2. Mendiskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak
3. Mendiskripsikan gaya gerak listrik induksi, hukum faraday dan hukum lenz
I.
II.
TUJUAN PEMBELAJARAN :
Setelah kegiatan pembelajaran selesai,siswa dapat:
1. Menjelaskan induksi magnet disekitar kawat lurus,melingkar,solenoida,toroida
berarus
2. Menjelaskan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak
3. Menjelaskan gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz
MATERI AJAR
Pengertian Medan Magnet
Medan magnet adalah ruangan disekitar benda-benda yang menimbulkan gaya
magnet.Gaya magnet dapat ditimbulkan oleh benda-benda yang bersifat magnet dan
arus listrik atau muatan listrik yang bergerak.Medan magnet dapat digambarkan
dengan garis-garis gaya magnet yang disebut spektrum magnet.Garis gaya magnet
adalah garis khayal yang merupakan lintasan kutub utara magnet-magnet kecil apabila
dapat bergerak dengan bebas.
Medan Magnetik di Sekitar Kawat Lurus Berarus
Medan magnet di sekitar kawat berarus dapat digambarkan dengan garis-garis medan
magnet dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan atau sekrup putar
kanan.Kaidah tangan kanan:”Jika tangan kanan menggenggam penghantar lurus
dengan ibu jari menunjukkan arah arus listrik ,arah ke empat jari yang menggenggam
menyatakan arah garis medan magnetik.”
Besar induksi magnet disekitar kawat lurus panjang berarus I berada sejauh a dari
kawat.
B p=
μ0 i
2π a
Dengan:
B = induksi magnetik di titik yang diamati( Wb m−2 )
μ0 = 4 π ×10−7 Wb . A . m
i = kuat arus (A)
a = jarak titik dari kawat
Medan Magnetik di Sekitar Kawat Melingkar
induksi magnetik di pusat lingkaran.Apabila induksi magnet yang dicari berada pada
titik O di pusat lingkaran maka θ=90 ° dan r = a sehingga :
μ I
B= 0
2a
Apabila kawat terdiri dari N lilitan ,menjadi:
μ0 ∈ ¿
2a
B=¿
Keterangan :
B = Induksi magnet pada pusat lingkaran (T)
I
= Kuat arus (A)
N
= Banyak lilitan
A = jari-jari lingkaran (m)
Medan magnet di sekitar solenoida
Solenoida adalah kumparan kawat atau kumparan yang rapat dengan ukuran panjang
jauh lebih besar daripada garis tengahnya.Melalui percobaan disimpulkan bahwa
kumparan atau solenoid berarus listrik berperangai seperti magnet batang.
Panjang solenoida I,yang terdiri N buah lilitan ,jumlah lilitan tiap satuan panjang
N
menjadi n =
dan jari-jari kumparannya a,induksi magnet di tengah sumbu
l
solenoida,
Besar induksi magnet di pusat solenoida.
μ iN
B= 0
l
Besar induksi magnet di ujung solenoida.
μ iN
B= 0
2l
Dengan,
L = panjang solenoida
N = Banyaknya lilitan
Induksi magnet pada sumbu toroida
Toroida adalah kumparan yang dililitan pada inti yang berbentuk lingkaran.Induksi
magnet di titik P dirumuskan sebagai berikut.
μ Ni
B= 0
2π a
B = induksi magnetik di pusat toroida (T)
N = jumlah lilitan
a = jari-jari toroida (m)
i = kuat arus (A)
Gaya Magnetik pada kawat berarus
Sebuah kawat penghantar bearus listrik atau muatan listrik terletak dalam medan
magnet ataupun pada dua buah penghantar yang dialiri arus,listrik,akan menghasilkan
gaya interaksi yang disebut gaya Lorentz.
Medan magnet dapat menimbulkan gaya pada kawat berarus.Sebuah kawat berarus
diletakkan dalam medan magnet ,akan mendapatkan suatu gaya karena pengaruh
medan magnet tersebut,yang dinamakan gaya Lorentz.
θ
Besarnya gaya Lorentz:
1. Berbanding lurus dengan kuat medan magnet (B)
2. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (A)
3. Berbanding lurus dengan panjang kawat (l)
4. Berbanding lurus dengan sinus sudut antara arah arus i dan arah medan magnet
(B)
Jadi dapat dituliskan sebagai berikut:
F=B I l sin α
Dengan:
F =gaya lorentz (N)
B = medan magnetik (B)
l = panjang kawat (m)
I = kuat arus listrik (ampere)
α
= sudut yang dibentuk oleh I dan B
Untuk memudahkan mengingat arah gaya Lorentz,banyak orang menggunakan kaidah
tangan kanan.
Kaidah tangan kanan menyatakan :
“ Bila tangan kanan terbuka dengan ibu jari menunjukkan arah arus I dan keempat jari
lain yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnetik B,arah gaya Lorentz adalah
ke atas,tegak lurus dengan permukaan telapak tangan”
Gaya magnetik pada muatan bergerak
Karena arus listrik adalah aliran muatan-muatan yang bergerak,maka muatan yang
bergerak dalam medan magnet juga mengenai gaya lorentz.
Besar gaya magnetik pada muatan bergerak ialah:
F=B q v sin α
q=muatan listrik (C)
v= kecepatan muatan (m/s)
α
= sudut antara kecepatan muatan dan arah medan
magnet.
Gaya gerak listrik induksi
Φ ) adalah banyaknya garis medan magnetik yang dilingkupi oleh
¿
suatu daerah tertentu (A) dalam arah tegak lurus.
Fluk magnetik
Secara matematis dapat dirumuskan,
Φ=BA cos θ
Φ = fluks magnetik yang melalui suatu bidang (weber)
B
= induksi magnetik/komponen medan magnet yang tegak lurus bidang (tesla)
A
= luas bidang yang melingkupi fluks magnetik ( m 2 )
Θ = sudut antara medan magnetik dengan arah normal bidang
Hukum Faraday
Jika arus listrik mengalir di dalam suatu rangkaian,maka disekitar arus tersebut akan
timbul fluks magnet.Dari percobaan Faraday ternyata GGL induksi yang timbul antara
ujung-ujung penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang
dilingkupi oleh penghantar tersebut.
Secara matematik;
ε =−N
∅ −∅1
∆∅
=−N 2
∆t
t 2 −t 1
Jika fluks magnetik berubah terhadap waktu maka:
ε =−N
d∅
dt
Dengan:
ε = GGL induksi (volt)
N = Banyaknya lilitan
d∅
dt
= turunan pertama fungsi fluks magnetik
H ukum Lenz
GGL induksi dan arus induksi hanya ada selama perubahan fluks magnetik
terjadi.Sedangkan arah arus induksi ditentukan dengan Hukum Lenz “Arah arus
induksi sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang menentang
perubahan medan magnet”
Penerapan Induksi Elektromagnetik
1. Transformator
Transformator terdiri atas kumparan primer,kumparan sekunder dan teras besi
yang berlapis-lapis.Transformator hanya dapat berfungsi jika dialiri arus bolakbalik atau tegangan AC.
GGL Induksi akibat perubahan induksi magnet.Dari persamaan faraday:
dB
dt
Besar GGL induksi akibat perubahan besar induksi magnetik merupakan prinsip
kerja transformator.
Beberapa persamaan yang telah kita kenal adalah
Vp Ns
=
Vs Np
Vs/Vp = tegangan sekunder/primer
ε =−N A
Ns/Np = jumlah lilitan
2. Pembangkit GGL induksi
Alternator,yaitu alat yang mampu membangkitkan ggl induksi.Misalnya
penerapan yang lain sebagai generator.Kumparan dengan luas bidang A berputar
memotong medan magnet B dengan kecepatan sudut ω .Sudut θ yang
dibentuk antara medan magnet dengan normal bidang berubah setiap saat
(θ=ωt) .Besar fluks magnetik yang dilengkapi kumparan adalah
Φ=B . A cos θ=B . A cos ω t .
ωt
B . A cos ¿
¿
d¿
d∅
=¿
dt
Sehingga,
ε =ε m sin ωt ; ε mak =N B A ω
III.
MODEL DAN METODE PEMBELAJARAN
Model : kooperatif learning
Metode : diskusi ,Informasi,demonstrasi
IV.
LANGKAH-LANGKAH PEMBELAJARAN :
Pertemuan Pertama
No
.
1.
Kegiatan Pembelajaran
Kegiatan Awal(Apersepsi)
1. Menuliskan materi pokok
2. Menyebutkan tujuan pembelajaran
3. Memberikan motivasi dengan bertanya : “Apa yang
kalian ketahui mengenai medan magnet?”
Waktu
15 menit
2.
3.
V.
95 menit
Kegiatan Inti
Peserta didik (dibimbing oleh guru)mendiskusikan
konsep garis gaya magnetik.
Peserta didik memperhatikan penjelasan guru
mengenai gaya magnetik pada kawat berarus dan
muatan bergerak
Peserta didik memperhatikan penjelasan guru
mengenai magnet disekitar kawat
lurus,melingkar,solenoida,toroida berarus
Peserta didik (Dibimbing oleh guru mendiskusikan
mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday
dan hukum lenz
Peserta didik memperhatikan dan mengamati
penjelasan guru mengenai gaya gerak listrik
induksi ,hukum faraday dan hukum lenz
Peserta didik memperhatikan contoh soal menentukan
gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum
lenz
Guru memberikan beberapa soal latihan/kuis
mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday
dan hukum lenz
Guru mengoreksi jawaban peserta didik apakah sudah
benar atau belum. Jika masih terdapat Peserta Didik
yang belum dapat menjawab dengan benar ,guru
langsung memberikan bimbingan.
25 menit
Kegiatan Penutup
a. Guru membantu peserta didik membuat kesimpulan
b. Memberikan tugas rumah berupa PR
ALAT/BAHAN/SUMBER BELAJAR/MEDIA
Alat/Bahan :Kawat/kabel,baterai,magnet jarum/kompas,kumparan,solenoida,dan
toroida.
Sumber Belajar :Physics for senior high school year XII(Yudhistira)
Media : OHP,ppt
VI.
PENILAIAN :
1. Kuis
2. Tes ketrampilan
3. Pengamatan aktivitas ,sikap,dan tingkah laku peserta didik dalam mengikuti
proses pembelajaran di dalam kelas saat tanya jawab/diskusi
4. Tugas mandiri atau kelompok
Contoh soal kuis:
1. Suatu kumparan luas 400 cm 2 dengan lilitan berada dalam medan magnet
dari 2× 10−2 Wm−2 menjadi 5 ×10−2 Wm−2 dalam waktu 0,15
detik.Tentukan besar GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan.
2. Sebuah muatan negatif bergerak ke utara memasuki medan magnetik yang
arahnya ke timur maka muatan tersebut akan mendapat gaya yang arahnya
ke......
3. Kawat lurus berarus listrik dengan arah dari timur ke barat dalam pengaruh
medan magnetik dengan arah dari selatan ke utara.Arah gaya magnetikpada
kawat adalah..
4. Fluks magnetik yang menembus bidang merupakan fungsi waktu
2
Φ=4 t +5 t+2 dengan fluks dalam milli weber dan t dalam sekon.Hitung
besar GGL induksi pada t = 4 s.
5. Sebuah magnet batang digerakkan menjauhi kumparan yang terdiri dari 600
lilitan,medan magnet yang memotong kumparan berkurang dari 9 ×10−5
Wb menjadi 4 × 10−5 Wb dalam selang waktu 0,015 sekon,besar GGL
induksi antar kedua ujung kumparan ada...volt
Jawaban kuis:
2
1. Diketahui : A = 400 cm 2 = 4 ×10−2
m
N = 50 lilitan
−2
−2
∆ B=3 × 10 Wm
∆ t=0,15 detik
ε
Ditanya :
= ....volt
dB
Jawab : ε =−NA
dt
−50 . 3. 10−2 . 4 . 10−2
ε=
=−0 , 4 volt
0 ,15
|ε|=0,4 volt
2. Bawah
3. Bawah
4.
2
d Φ −d(4 t + 5t +2)
=
dt
dt
ε =( 8 t+5 ) → ε ( 4 )=( 8 . 4+5 )=37 mV
ε =−N
5. 2
Lampiran
1. LKS
2. BAHAN AJAR
MEDAN MAGNETIK
Kompetensi Dasar
Siswa dapat menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk
teknologi.
Salah satu aspek yang paling terkenal mengenai gejala kemagnetan adalah aspek yang
berkaitan dengan magnet yang mampu menarik benda yang terbuat dari besi. Jika dua magnet
didekatkan, masing – masing magnet akan mengalami gaya magnet, baik tarik – maenarik
maupun tolak -menolak. Jarum kompas yang menunjukkan arah utara – selatan juga
merupakan salah satu fenomena alam yang terkenal. Konsep gaya magnetik banyak
digunakan dalam berbagai bidang misalnya motor listrik, tabung gambar televisi, pengeras
suara, printer dan disk drive.
Medan magnetik dihasilkan oleh magnet permanen, arus listrik, dan muatan yang
bergerak lainnya. Medan magnet dapat mengerahkan gaya pada muatan yang bergerak dan
pada penghantar bermuatan listrik. Untuk menghitung medan magnetik yang dihasilkan oleh
penghantar berarus listrik dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu menggunakan hukum Biot
– Savart dan hukum Ampere.
A. KEMAGNETAN
Gejala kemagnetan pertama kali diamati sekitar 2500 tahun yang lalu dalam
potongan – potongan biji besi yang bersifat magnet. Biji besi ini ditemukan di dekat
koka kuno Magnesia ( sekarang Manisa, di Turki bagian brat). Potongan – potongan
biji besi ini sekarang dikenal sebagai magnet permanen. Magnet permanen dapat
mengerahkan gaya satu sama lain dan juga pada potongan – potongan besi yang tidak
bersifat magnet. Jika batang besi disentuhkan dengan magnet permanen, maka batang
besi itu berubag menjadi magnet. Elanjutnya, bila batang besi itu diapungkan pada
permukaan air dengan menggunakan sepotong gabus, maka batang besi cenderung
sejajar dengan arah utara – selatan. Jarum kompas merupakan salah satu contoh
sepotong besi yang bersifat magnet.
Sebelum interaksi magnet pada muatan bergerak diketahui, interaksi magnet
permanen dan jarum kompas dijelaskan dengan kutub – kutub magnet. Jika magnet
permanen yang berbentuk batang ( magnet batang ) bebas berputar, maka salah satu
ujungnya selalu menunjuk ke utara. Ujung magnet ini dinamakan kutub utara.
Sedangkan ujung yang lain dinamakan kutub selatan. Kutub – kutub yang tidak
sejenis saling tarik – menarik , sedangkan yang sejenis akan saling tolak menolak.
Seperti pada gambar.
Konsep kutub magnet serupa dengan konsep muatan listrik, kutub utara dan
selatan magnet berturut-turut serupa dengan muatan positif dan muatan negatif.
Muatan negatif dan positif dapat berdiri sendiri, tetapi tidak ada bukti eksperi men
yang menunjukkan bahwa ada kutub magnet tunggal. Jadi kutub-kutub magnet selalu
muncul berpasangan.
Bukti eksperimen mengenai hubungan antara medan magnetik dan muatan
yang bergerak ditemukan oleh ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted pada tahun
1819. Dalam eksperimennya, sebuah kompas ditempatkan di atas kawat horisontal :
a. Jika tidak ada arus (I =0) jarum kompas menunjuk ke utara.
b. Jika arus mengalir ke utara,kutub utara jarum kompas menyimpang ke timur.
c. Jika arus mengalir ke selatan, kutub utara jarum kompas menyimpang ke barat.
Jika kompas ditempatkan ke bawah kawat, penyimpangan jarum kompas akan
teerjadi sebaliknya.
B. MEDAN MAGNETIK
Medan magnetik adalah ruang di sekitar magnet yang dapat menyebabkan ben
atau magnet lain yang mengalami gaya magnetik. Besaran yang menyatakan medan magnetik
di sekitar kawat berarus listrik adalah induksi magnetik. Induksi magnetik termasuk besaran
vektor sehingga memiliki besar dan arah.
Untuk memudahkan dalam mengingat arah garis – garis induksi magnetik dapat
digunakan dengan kaidah tangan kanan sebagai berikut :
Genggam kawat yang berarus dengan tangan kanan, sedemikian sehingga jempol tangan
menunjukkan ke arah arus listrik, maka arah putaran keempat jari kanan yang dirapatkan
menyatakan arah lingkaran garis – garis induksi magnetik.Arus mengalir dari kutub positif ke
kutub negatif.
1. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik
Besar kecilnya medan magnetik disebut fluks( Φ ¿ magnetik dengan satuan weber
(Wb) . Jumlah garis gaya yang menembus tegak lurus bidang seluas 1 m 2 disebut rapat fluks
magnetik (B)
Φ
A
B=
Keterangan :
Φ = jumlah garis gaya (Wb)
A = luas bidang (m2)
B = rapat fluks magnetik (Wb/m2) atau tesla (T)
Induksi magnetik di suatu titik di udara sama dengan kuat medan magnetik di titik itu.
B=H
Keterangan :
H = kuat medan magnetik (A/m)
B = induksi magnetik (Wb/m2)
Dalam hal ini kuat medan magnetik H adalah penyebab induksi magnetik B apabila kejadian
tidak di udara
B=
μ
.H
Tabel. Sistem Satuan untuk Beberapa Besaran Magnetik
Sistem Satuan
Fluks ( Φ ¿
SI atau MKS
Wb
Kuat Medan
(H)
Am
CGS
Maxwell
Oersted
Rapat Fluks ( B )
Maxwell/cm
(Gauss)
Wb/m
Permeabilitas (
μ¿
Wb/Am
Gauss/Oersted
C. HUKUM BIOT-SAVART
Induksi magnetik di sebuah titik yang disebabkan oleh elemen arus I dikemukakan oleh Biot.
Induksi magnetik di titik P akibat elemen arus I berbanding :
a. Lurus dengan kuat arus (I);
b. Lurus dengan panjang elemen arus pada kawat (dl);
c. Terbalik dengan kuadrat jarak antara titik A dengan elemen arus (r2);
d. Lurus dengan sinus sudut antara elemen arus dan jarak ( α )
Secara matematis, pernyataan tersebut dirumuskan sebagai berikut :
I . dl. sin ∝
dB = k .
r2
Keterangan :
dB = induksi magnetik di titik (Wb/m2)
I = arus listrik (A)
dl = panjang elemen penghantar (m)
r = jarak elemen dl terhadap titik (m)
k = konstanta magnetik = 10-7 Wb/Am
Arah induksi magnetik tegak lurus terhadap bidang yang melalui titik tersebut dan
elemen arus.
Konstanta magnetik apabila dinyatakan dalam hubungannya dengan permeabilitas
udara adalah
μ0
k = 4π
μ 0 = 4 π x 10-7 Wb/Am
1. Induksi Magnetik pada Kawat Lurus
2k . I
B= a
Atau
μ 0. I
B = 2 π .a
Keterangan :
B = induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus listrik (Wb/m2)
I = kuat arus (A)
a = jarak titik terhadap arus (m)
μ 0 = 4 π x 10-7 Wb/Am
2. Induksi magnetik di sekitar arus melingkar
a. Induksi Magnetik pada sumbu kawat melingkar berarus listrik
k I 2 π a sin θ
r2
Atau
I .2 π a sin θ
μ0
= 4π .
r2
μ 0 I a sinθ
B=
2
2r
B=
B
Keterangan :
B =induksi magnetik pada sumbu lingkaran (T)
I =kuat arus (A)
a = jari – jari lingkaran
r = jarak titik P terhadap arus listrik (m)
θ = sudut antara sumbu dengan jarak
μ 0 = permeabilitas vakum = 4 π x 10-7 Wb/Am
Apabila lingkaran kawat berupa kumparan tipis yang terdiri dari N lilitan, persamaan
menjadi :
μ 0 I a N sin θ
B=
2
2r
Keterangan :
N = banyak lilitan
b. Induksi Magnetik pada Pusat Kawat Melingkar
B=
B=
μ0 I a
2
2r
μ0 I N
2a
Apabila kawat terdiri dari N lilitan, maka :
B=
μ0 I N
2a
Keterangan :
B = induksi magnetik pada sumbu lingkaran (T)
I = kuat arus (A)
N = banyak lilitan
a = jari – jari lingkaran (m)
3. Induksi Magnetik dalam Solenoida
Solenoida merupakan gulungan kawat (kumparan) yang panjang. Apabila
banyak lilitan solenoida N dan panjangnya l, maka jumlah lilitan tiap satuan panjang
N
dinyatakan : n =
l
a. Untuk bagian tengah :
B=
μ 0.n . l
Keterangan :
B = induksi magnetik di tengah – tengah solenoida (Wb/m2)
l = kuat arus (A)
n = jumlah lilitan tiap satuan panjang solenoida (lilitan/m)
b. Untuk bagian ujung :
μ0n I
B= 2
Keterangan :
B = induksi magnetik di ujung solenoida (Wb/m2)
n = jumlah lilitan tiap satuan panjang solenoida (lilitan/m)
4. Induksi Magnetik di Dalam Toroida
μ0 N I
B = πD
Keterangan :
B = induksi magnetik di pusat toroida (Wb/m2)
N = jumlah lilitan
D = diameter toroida (m)
D. MUATAN LISTRIK YANG BERGERAK DALAM PENGARUH MEAN
MAGNETIK MENGALAMI GAYA
1. Gaya Magnetik pada Muatan
Muatan listrik yang bergerak dalam medan magnetik akan mendapatkan gaya
yang disebut gaya Lorentz. Gaya itu timbul karena adanya interaksi medan magnetik.
Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut :
1) Muatan (q) yang bergerak akan menimbulkan arus listrik dan pada saat bersamaan
di sekitar arus akan timbul medan magnetik.
2) Medan magnetik akibat arus itulah yang berinteraksi dengan medan magnetik
yang ada.
Gaya magnetik yang bekerja diperoleh :
F = B . q . v . sin
θ
Keterangan :
F = gaya magnetik atau gaya Lorentz (N)
B = medan magnetik (Wb)
q = muatan (C)
θ = sudut antara v dan B
Untuk menentukan arah dari gaya (F) digunakan metode tangan kanan, dengan
metode tangan kiri, dengan telapak tangan menghadap pengamat, ibu jari
menunjukkan arah gaya (F), telunjuk menunjukkan arah medan magnetik (B), dan jari
tengah menunjukkan arah kecepatan (v). Aplikasi dari teori tersebut secara teknis
digunakan pada :
1. Alat yang menggerakkan elektron pada layar televisi ataupun dalam
kamera televisi.
2. Spektrometer massa, yaitu alat untuk mengukur massa atom berbagai
isotop.
3. Siklotron, yaitu alat untuk mempercepat partikel bermuatan agar
mempunyai energi seperti apabila dipercepat dengan beda potensial listrik
sampai ribuan juta volt.
2. Gaya Magnetik pada Penghantar Berarus Listrik
Percobaan Oersted menunjukkan bahwa kutub-kutub magnet jarum mengalami
Gaya magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik. Suatu fakta menunjukkan bahwa
penghantar yang berarus listrik di dalam medan magnetik juga mengalami gaya
magnetik. Gaya magnetik pada penghantar berarus listrik yang berada di dalam
medan magnetik itu disebut juga gaya Lorentz.
Gaya yang bekerja pada kawat dirumuskan :
F = B . I . l . sin θ
Keterangan :
F = gaya magnetik pada kawat (N)
I = arus dalam kawat (A)
l = panjang kawat (m)
B = medan magnetik (Wb/m2)
θ = sudut yang terbentuk dari perpotongan garis gaya (B) dengan kawat.
3. Gaya Magnetik pada Kwat Sejajar Berarus Listrik
Besarnya gaya magnetik tidak menggunakan medan magnetik hasil gaya
magnetik permanen melainkan menggunakan medan magnetik yang berasal dari
kawat berarus listrik.
Sehingga besar gaya magnetik :
F=
F
l
=
μ0 I 1 I 2l
2πa
μ0 I 1 I 2l
2πa
Keterangan :
F
= gaya magnetik pada masing – masing kawat (N)
I1, I2 = kuat arus (A)
a
= jarak kedua kawat (m)
l
= panjang kawat (m)
Jika I1 =I2= I menjadi :
2
μ0 I l
2πa
F=
F
l
=
μ0 I2
2π a
Keterangan :
F
= gaya tiap satuan panjang kawat (N/m)
l
Arah dari gaya magnetik bergantung pada arah arus yang ada pada kedua
kawat, yaitu sebagai berikut :
a. Jika Arah Kedua Arus Searah
Jika arah kedua arus searah , akan menimbulkan gaya tarik – menarik.
b. Jika Arah Kedua Arus Berlawanan
Jika arah kedua arus searah , akan menimbulkan gaya tolak – menolak.
4. Satuan Kuat Arus
Jika terdapat dua kawat sejajar berarus listrik sama, akan timbul gaya
magnetik pada kedua kawat yang sama besarnya. Arah gaya tersebut
bergantung pada arah arus pada kawat. Kenyataan itu digunakan sebagai dasar
untuk menetapkan satuan 1 ampere.
1 ampere adalah besarnya kuat arus listrik yang mengalir pada dua
kawat sejajar 1 meter sehingga menimbulkab gaya magnetik tiap satuan
panjang kawat sebesar 2 x 10-7 N/m.
E. PENERAPAN KONSEP GAYA MAGNETIK
1. Cara / PrinsipKerja, FungsidanKomponen Galvanometer
Galvanometer berperan sebagai komponen dasar pada beberapa alat ukur, antara lain
amperemeter, voltmeter, serta ohmmeter.
Gambar 1. Galvanometer tangen. [1]
Peralatan ini digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus listrik lemah. Sebagaimana ditunjukkan
pada Gambar 1, galvanometer berupa kumparan bergerak, terdiri atas sebuah kumparan terbuat dari
kawat tembaga isolasi halus dan dapat berputar pada sumbunya yang mengelilingi sebuah inti besi
lunak tetap yang berada di antara kutub-kutub suatu magnet permanen. Interaksi antara medan
magnetik B permanen dengan sisi-sisi kumparan akan dihasilkan bila arus I mengalir melaluinya,
sehingga akan mengakibatkan torka pada kumparan. Kumparan bergerak memiliki tongkat penunjuk
atau cermin yang membelokkan berkas cahaya ketika bergerak, dimana tingkat pembelokan tersebut
merupakan ukuran kekuatan arus.
2. Penerapan Gaya Lorentzuntuk Motor Listrik
Sebuah motor listrik merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Mesin ini tidak bising, bersih, dan memiliki efisiensi tinggi. Alat ini bekerja dengan prinsip
bahwa arus yang mengalir melalui kumparan di dalam medan magnet akan mengalami gaya
yang digunakan untuk memutar kumparan. Pada motor induksi, arus bolak-balik diberikan
pada kumparan tetap (stator), yang menimbulkan medan magnetik sekaligus menghasilkan
arus di dalam kumparan berputar (rotor) yang mengelilinginya. Keuntungan motor jenis ini
adalah arus tidak harus diumpankan melalui komutator ke bagian mesin yang bergerak. Pada
motor serempak (synchronous motor), arus bolak-balik yang hanya diumpankan pada stator
akan menghasilkan medan magnet yang berputar dan terkunci dengan medan rotor. Dalam
hal ini magnet bebas, sehingga menyebabkan rotor berputar dengan kelajuan yang sama
dengan putaran medan stator. Rotor dapat berupa magnet permanen atau magnet listrik yang
diumpani arus searah melalui cincin geser.
Gambar 2. Bagian-bagian Motor listrik.
3. Aplikasi Gaya Magnetik untuk Relai
Relai merupakan suatu alat dengan sebuah sakelar, untuk menutup relai digunakan magnet listrik.
Arus yang relatif kecil dalam kumparan magnet listrik dapat digunakan untuk menghidupkan arus
yang besar tanpa terjadi hubungan listrik antara kedua rangkaian.
Gambar 3. Relai. [2]
4. Penerapan Gaya Magnet untukKereta Maglev
Maglev merupakan kereta api yang menerapkan konsep magnet listrik untuk mengubah
energi listrik menjadi energi mekanik. Kata “Maglev” berasal dari magnetic levitation. Kereta
api ini dipasangi magnet listrik di bawahnya yang bergerak pada jalur bermagnet listrik.
Magnet tolak-menolak sehingga kereta api melayang tepat di atas jalur lintasan. Gesekan
kereta api dengan jalur lintasan berkurang sehingga kereta api bergerak lebih cepat.
Gambar 4. Kereta Maglev. [3]
5. Penerapan Gaya Lorentz untuk Video Recorder
Pada video recorder, sinyal disimpan di dalam pita magnetik. Video recorder sangat
tergantung pada magnetisme dan listrik. Ia menggunakan dorongan magnetik dari kawat yang
membawa arus dalam motor listrik untuk memutar drum pada kecepatan tinggi dan
menggerakkan pita yang melaluinya dengan lembut. Untuk merekam suatu program, arus
yang mengalir melalui kumparan kawat di dalam drum digunakan untuk menciptakan pola
magnetik pada pipa. Jika pita tersebut diputar ulang, alat perekam menggunakan pola
magnetik ini untuk menghasilkan arus yang dapat diubah ke dalam gambar.
Gambar 5. Camcorder. [4]
5. Pengeras suara (loudspeaker) Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip bahwa induksi
magnetik memberikan gaya pada kawat berarus listrik. Melalui arus bolak-balik dengan
frekuensi sinyal audio, corong loudspeaker bergerak maju mundur dengan frekuensi yang
sama. Hal ini menyebabkan rapatan dan renggangan pada udara di sekitarnya, sehingga
energi bunyi dapat dihasilkan.
6. Detektor logam Detektor logam bekerja berdasarkan konsep gaya magnet, yaitu fluks
magnet. Peningkatan fluks magnet biasanya disertai peningkatan tegangan di dalam arus yang
mengalir lewat kurnparan penerima yang memicu alarm. Kumparan penerima yang melarik
badan seseorang segera menyiagakan bila sejumlall 'ogam dapat terdeteksi,
7. Spektrometer massa Banyak metode yang digunakan untuk mengukur massa suatu atom,
tetapi yang paling teliti adalah menggunakan spektrometer massa.Alat ini menggunakan gaya
magnetik atom bermuatan (ion) untuk menentukan massa atom dengan ketelitian mencapai 7
angka.
3.SOAL LATIHAN
PILIHAN GANDA
1. Kuatgaris-garisgaya magnet disebut……
a. medan magnet
b. induksimagnetik
c. diamagnetik
d. paramagnetik
e. feromagnetik
2. Saatelektronmemasukimedan
searahdengan........
a. sumbu x positif
b. sumbu y positif
c. sumbu z positif
d. sumbu z negatif
e. sumbu y negatif
magnet,
electron
Mendapatgaya
Lorentz
yang
3. Di antaracontoh-contoh di bawahini, yang merupakanbahandiamagnetik......
a. aluminium, tembaga, besi
b. aluminium, perak, tembaga
c. tembaga, emas, perak
d. aluminium, tembaga, wolfram
e. wolfram, bismuth, magnesium
4.
Gaya
geraklistrikinduksi
yang
terjadidalamsuaturangkaianbesarnyaberbandingLurusdengancepatperubahanfluksmagnetik
yang dilingkunginya.HukuminiDiungkapkanoleh…..
a. Lorentz
b. Biot – Savart
c. Faraday
d. Henry
e. Lentz
5. Duakawatamatpanjangdipasangvertikalsejajardenganjarak d. Kawatpertamadialiriarus I
keatas. Titik P (dalambidangkeduakawatitu) terletakdiantaranyadanberjarak 1/3 d
darikawatpertama.Jikainduksimagnetik di titik P besarnyanol, iniberartiarus yang
mengalirdalamkawatkeduaadalah …
a. 1/3 I kebawah
b. ½ I kebawah
c. 3I keatas
e. 2I kebawah
6. Kemagnetan suatu magnet akan berkurang bila ...
a. didinginkan hingga -30 ℃
b. didinginkan hingga -50 ℃
c. dipukul - pukul dengan keras
d. didekatkan pada magnet batang lain yang kutubnya berlawanan
e. disimpan dalam kotak kayu
Pembahasan :
Kemagnetan suatu magnet batang dapat berkurang, bila magnet batang tersebut :
a) Dipanaskan,
b) Dipukul – pukul dengan keras,
c) Berada dalam kumparan yang dialiri arus bolak – balik, dan
d) Disimpan berhadapan dekat magnet batang lain yang kutubnya sama
Jawaban : C
7. Bagian magnet yang medan magnetnya terlemah adalah ...
a. bagian tengah
c. ujung
e. Tepi
b. bagian pinggir
d. Kutub
Pembahasan :
Tempat yang garis-garis medan medan magnetnya paling renggang
menyatakan medan magnet yang terlemah. Tempat itu adalah bagian
tengah magnet.
Jawaban : A
8. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 40 A. Besarnya
induksi magnet pada sebuah titik yang jaraknya 10 cm dari pusat kawat
tersebut adalah ...
a. 8. 10-6 T
c. 8. 10-5 T
e. 4. 10-4 T
b. 4. 10-6 T
d. 12. 10-5 T
Jawaban : C
9. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran dan berjari-jari 10 cm terdiri
atas 20 lilitan. Agar kuat medan magnet pusat lingkaran sama dengan 4
π . 10-3 T, maka besar arus listrik yang mengalir haruslah ...
a. 100 A
c. 10 A
e. 1 A
b. 50 A
d. 5 A
Jawaban : A
10. Sebuah solenoida mempunyai panjang 20 cm dan terdiri atas 50
lilitan. Jika kuat medan magnet di tengah-tengah (pusat) solenoida 2
10-4 T , maka kuat arus yang mengalir pada solenoida adalah ...
a. 2 A
c. 10 A
e. 4. 10-2 A
b. 4 A
d. 2. 10-2 A
Jawaban : A
π
11. Suatu partikel bermuatan dilepaskan dari keadaan diam pada suatu
daerah yang dipengaruhi mdan listrik dan medan magnet ternyata
membentuk lintasan lurus maka ...
a. besar medan magnet lebih kecil dibanding medan listrik
b. besar medan magnet lebih besar dibanding medan listrik
c. besar medan magnet sama dengan medan listrik
d. arah medan magnet paralel terhadap medan listrik
.
e. arah medan magnet tegak lurus terhadap medan listrik
12. Sebuah proton bergerak ke arah sumbu +Z setelah dipercepat melalui
beda potensial V. Proton itu kemudian melalui suatu daerah dengan
medan listrik E ke arah sumbu +X dan medan magnet B ke arah sumbu
+Y. Ternyata arah gerak proton tidak terpengaruh. Bila percobaan ini
diulang
tetapi dengan mengganti proton dengan sebuah elektron,
maka elektron akan ...
a. terbelokkan ke arah sumbu -X
b. terbelokkan ke arah sumbu +X
c. terbelokkan ke arah sumbu +Y
d. terbelokkan ke arah sumbu -Y
e. tidak terpengaruh arah geraknya
13. Suatu partikel bermuatan 0,04 C bergerak sejajar dengan kawat
berarus listrik 10 A. Jika jarak partikel kawat 5 cm, laju partikel 5 m/s,
μ N (medan magnetnya
maka gaya yang dialami partikel adalah ...
dari kawat panjang berarus)
a. 0
c. 4
e. 8
b. 2
d. 6
14. Partikel dengan muatan 2 kali muatan elektron bergerak dalam medan
π
magnet homogen B secara tegak lurus. Besar medan B adalah
T. Bila
4
frekuensi 4 siloktron adalah 1600 Mz, maka besarnya massa adalah ... kg.
a. 2,5 x 10-23
c. 1,2 x 10-23
e. 3,3 x 10-23
b. 5 x 10 -22
d. 7,5 x 10-22
15. Dua buah partikel massanya m1 : m2 = 2 : 1 dan muatannya q1 : q2 = 2
: 1. Kedua partikel itu bergerak melingkar dalam bidang yang tegak lurus
medan magnet homogen. Bila besar momentum kedua partikel itu sama,
maka perbandingan jari – jari orbit partikel itu r1 : r2 , adalah ...
a. 4 : 1
b. 2 : 1
c. 1 : 1
d. 1 : 2
e. 1 : 4
16. Kutub selatan magnet jarum pada kompas menunjukkan ...
a. kutub selatan magnet bumi
b. kutub utara magnet bumi
c. kutub utara bumi
d. khatulistiwa
e. acak
17. Oersted menemukan bahwa ...
a. magnet menimbulkan arus
b. magnet menimbulkan medan magnet
c. kutub – kutub magnet selalu berpasangan
d. arus listrik menimbulkan medan magnet
e. bumi merupakan magnet yang sangat besar
18. Kuat medan magnet di titik sejauh r dari suatu kawat lurus beraturan I
sebanding dengan ...
a. I
c. r3
e. r
2
2
b. I
d. r
19. Sebuah antiproton bergerak vertikal ke atas ketika memasuki medan
magnetik homogen yang mengarah ke utara. Gaya magnet pada saat itu
mengarah ke ...
a. timur
c. utara
e. atas
b. barat
d. selatan
20. Dua kawat lurus diletakkan sejajar pada jarak r. Jika kedua kawat itu
masing – masing dialiri arus I yang arahnya sama, kedua kawat itu akan ...
a. tolak – menolak dengan gaya sebanding r
b. tarik – menarik dengan gaya sebanding r-2
c. tolak – menolak dengan gaya sebanding I-1
d. tarik – menarik dengan gaya sebanding I2
e. tarik – menarik dengan gaya sebanding r2
21. Kecepatan sudut dari sebuah partikel q yang bergerak melingkar pada
medan magnet homogen B dengan jari – jari R dan massa partikel m, akan
memenuhi persamaan
m
a. ω=
qB
qB
b. . ω=
m
m
c. . ω=
qR
qB
d. . ω=
mR
qB
e. . ω=
2π m
Jawaban : B
22. Kawat melingkar dengan jari – jari 2 π cm dialiri arus listrik 4 A.
Induksi magnetik di pusat lingkaran kawat tersebut adalah ...
a. 2 x 10-5 T
b. 4 x 10-5 T
c. 5 x 10-5 T
d.6 x 10-5 T
e. 7 x 10-5 T
23. Solenoida dengan panjang 25 cm terdiri dari 800 lilitan. Jika pada
solenoida dialiri arus 2 A, induksi magnetik yang terjadi pada pusat
solenoida tersebut adalah ...
a. 2,56 π x 10-3 Wb/m2
b. 5,12 π x 10-3 Wb/m2
c. 6,64 π x 10-3 Wb/m2
d. 7,68 π x 10-3 Wb/m2
e. 8,46 π x 10-3 Wb/m2
24. Kawat lurus panjang berarus listrik 8 A, berarah ke utara. Besar dan
arah induksi magnetik di suatu titik yang berada 4 cm di atas kawat
tersebut adalah ...
a. 4 x 10-5 T ke timur
b. 4 x 10-5 T ke barat
c. 4 x 10-5 T ke bawah
d. 8 x 10-5 T ke timur
e. 32 x 10-5 T ke barat
25. Kawat lurus panjang berarus listrik. Tenyata titik – titik yang berada 6
cm di sebelah timur kawat memiliki induksi magnetik 3 x 10-5 Wb/m2 ke
utara. Hal itu menunjukkan bahwa besar dan arah arus pada kawat
tersebut ...
a. 6 A ke selatan
b. 8 A ke atas
c. 9 A ke atas
d. 9 A ke bawah
e. 10 A ke barat
Referensi :
Taranggono,Agus . 2005. Sains Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Bumi Aksara
Ruwanto,Bambang. 2005. Asas – Asas Fisika 3 A. Yogjakarta : Yudhistira
Yayan Sofyan Suri, 2007 . Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Bogor : Duta Grafika
Subagya,hari.2007.Sains Fisika 3 SMA/MA.Jakarta :Bumi Aksara
RANCANGAN PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Medan magnet
Dosen pengampu: Nyoman Ayu, S.Pd., M.Pd
Disusun oleh:
Solikhatun Romadhona
13330044
Elsa Asri Anggraini
13330045
Nur Vicka Tamarayati
13330059
PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PGRI SEMARANG
2014
MATA PELAJARAN
:FISIKA
KELAS/SEMESTER
:XII IPA/1
PERTEMUAN KE
:10
ALOKASI WAKTU
:3 x 45’
STANDAR KOMPETENSI :
1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai
masalah dan produk teknologi
KOMPETENSI DASAR
penyelesaikan
:
1.1. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi.
1.2. Memahami hukum faraday, hukum lenz dan GGL induksi.
INDIKATOR
:
1. Mendiskripsikan induksi magnet disekitar kawat lurus, melingkar, solenoida, toroida
berarus
2. Mendiskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak
3. Mendiskripsikan gaya gerak listrik induksi, hukum faraday dan hukum lenz
I.
II.
TUJUAN PEMBELAJARAN :
Setelah kegiatan pembelajaran selesai,siswa dapat:
1. Menjelaskan induksi magnet disekitar kawat lurus,melingkar,solenoida,toroida
berarus
2. Menjelaskan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak
3. Menjelaskan gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz
MATERI AJAR
Pengertian Medan Magnet
Medan magnet adalah ruangan disekitar benda-benda yang menimbulkan gaya
magnet.Gaya magnet dapat ditimbulkan oleh benda-benda yang bersifat magnet dan
arus listrik atau muatan listrik yang bergerak.Medan magnet dapat digambarkan
dengan garis-garis gaya magnet yang disebut spektrum magnet.Garis gaya magnet
adalah garis khayal yang merupakan lintasan kutub utara magnet-magnet kecil apabila
dapat bergerak dengan bebas.
Medan Magnetik di Sekitar Kawat Lurus Berarus
Medan magnet di sekitar kawat berarus dapat digambarkan dengan garis-garis medan
magnet dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan atau sekrup putar
kanan.Kaidah tangan kanan:”Jika tangan kanan menggenggam penghantar lurus
dengan ibu jari menunjukkan arah arus listrik ,arah ke empat jari yang menggenggam
menyatakan arah garis medan magnetik.”
Besar induksi magnet disekitar kawat lurus panjang berarus I berada sejauh a dari
kawat.
B p=
μ0 i
2π a
Dengan:
B = induksi magnetik di titik yang diamati( Wb m−2 )
μ0 = 4 π ×10−7 Wb . A . m
i = kuat arus (A)
a = jarak titik dari kawat
Medan Magnetik di Sekitar Kawat Melingkar
induksi magnetik di pusat lingkaran.Apabila induksi magnet yang dicari berada pada
titik O di pusat lingkaran maka θ=90 ° dan r = a sehingga :
μ I
B= 0
2a
Apabila kawat terdiri dari N lilitan ,menjadi:
μ0 ∈ ¿
2a
B=¿
Keterangan :
B = Induksi magnet pada pusat lingkaran (T)
I
= Kuat arus (A)
N
= Banyak lilitan
A = jari-jari lingkaran (m)
Medan magnet di sekitar solenoida
Solenoida adalah kumparan kawat atau kumparan yang rapat dengan ukuran panjang
jauh lebih besar daripada garis tengahnya.Melalui percobaan disimpulkan bahwa
kumparan atau solenoid berarus listrik berperangai seperti magnet batang.
Panjang solenoida I,yang terdiri N buah lilitan ,jumlah lilitan tiap satuan panjang
N
menjadi n =
dan jari-jari kumparannya a,induksi magnet di tengah sumbu
l
solenoida,
Besar induksi magnet di pusat solenoida.
μ iN
B= 0
l
Besar induksi magnet di ujung solenoida.
μ iN
B= 0
2l
Dengan,
L = panjang solenoida
N = Banyaknya lilitan
Induksi magnet pada sumbu toroida
Toroida adalah kumparan yang dililitan pada inti yang berbentuk lingkaran.Induksi
magnet di titik P dirumuskan sebagai berikut.
μ Ni
B= 0
2π a
B = induksi magnetik di pusat toroida (T)
N = jumlah lilitan
a = jari-jari toroida (m)
i = kuat arus (A)
Gaya Magnetik pada kawat berarus
Sebuah kawat penghantar bearus listrik atau muatan listrik terletak dalam medan
magnet ataupun pada dua buah penghantar yang dialiri arus,listrik,akan menghasilkan
gaya interaksi yang disebut gaya Lorentz.
Medan magnet dapat menimbulkan gaya pada kawat berarus.Sebuah kawat berarus
diletakkan dalam medan magnet ,akan mendapatkan suatu gaya karena pengaruh
medan magnet tersebut,yang dinamakan gaya Lorentz.
θ
Besarnya gaya Lorentz:
1. Berbanding lurus dengan kuat medan magnet (B)
2. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (A)
3. Berbanding lurus dengan panjang kawat (l)
4. Berbanding lurus dengan sinus sudut antara arah arus i dan arah medan magnet
(B)
Jadi dapat dituliskan sebagai berikut:
F=B I l sin α
Dengan:
F =gaya lorentz (N)
B = medan magnetik (B)
l = panjang kawat (m)
I = kuat arus listrik (ampere)
α
= sudut yang dibentuk oleh I dan B
Untuk memudahkan mengingat arah gaya Lorentz,banyak orang menggunakan kaidah
tangan kanan.
Kaidah tangan kanan menyatakan :
“ Bila tangan kanan terbuka dengan ibu jari menunjukkan arah arus I dan keempat jari
lain yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnetik B,arah gaya Lorentz adalah
ke atas,tegak lurus dengan permukaan telapak tangan”
Gaya magnetik pada muatan bergerak
Karena arus listrik adalah aliran muatan-muatan yang bergerak,maka muatan yang
bergerak dalam medan magnet juga mengenai gaya lorentz.
Besar gaya magnetik pada muatan bergerak ialah:
F=B q v sin α
q=muatan listrik (C)
v= kecepatan muatan (m/s)
α
= sudut antara kecepatan muatan dan arah medan
magnet.
Gaya gerak listrik induksi
Φ ) adalah banyaknya garis medan magnetik yang dilingkupi oleh
¿
suatu daerah tertentu (A) dalam arah tegak lurus.
Fluk magnetik
Secara matematis dapat dirumuskan,
Φ=BA cos θ
Φ = fluks magnetik yang melalui suatu bidang (weber)
B
= induksi magnetik/komponen medan magnet yang tegak lurus bidang (tesla)
A
= luas bidang yang melingkupi fluks magnetik ( m 2 )
Θ = sudut antara medan magnetik dengan arah normal bidang
Hukum Faraday
Jika arus listrik mengalir di dalam suatu rangkaian,maka disekitar arus tersebut akan
timbul fluks magnet.Dari percobaan Faraday ternyata GGL induksi yang timbul antara
ujung-ujung penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang
dilingkupi oleh penghantar tersebut.
Secara matematik;
ε =−N
∅ −∅1
∆∅
=−N 2
∆t
t 2 −t 1
Jika fluks magnetik berubah terhadap waktu maka:
ε =−N
d∅
dt
Dengan:
ε = GGL induksi (volt)
N = Banyaknya lilitan
d∅
dt
= turunan pertama fungsi fluks magnetik
H ukum Lenz
GGL induksi dan arus induksi hanya ada selama perubahan fluks magnetik
terjadi.Sedangkan arah arus induksi ditentukan dengan Hukum Lenz “Arah arus
induksi sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang menentang
perubahan medan magnet”
Penerapan Induksi Elektromagnetik
1. Transformator
Transformator terdiri atas kumparan primer,kumparan sekunder dan teras besi
yang berlapis-lapis.Transformator hanya dapat berfungsi jika dialiri arus bolakbalik atau tegangan AC.
GGL Induksi akibat perubahan induksi magnet.Dari persamaan faraday:
dB
dt
Besar GGL induksi akibat perubahan besar induksi magnetik merupakan prinsip
kerja transformator.
Beberapa persamaan yang telah kita kenal adalah
Vp Ns
=
Vs Np
Vs/Vp = tegangan sekunder/primer
ε =−N A
Ns/Np = jumlah lilitan
2. Pembangkit GGL induksi
Alternator,yaitu alat yang mampu membangkitkan ggl induksi.Misalnya
penerapan yang lain sebagai generator.Kumparan dengan luas bidang A berputar
memotong medan magnet B dengan kecepatan sudut ω .Sudut θ yang
dibentuk antara medan magnet dengan normal bidang berubah setiap saat
(θ=ωt) .Besar fluks magnetik yang dilengkapi kumparan adalah
Φ=B . A cos θ=B . A cos ω t .
ωt
B . A cos ¿
¿
d¿
d∅
=¿
dt
Sehingga,
ε =ε m sin ωt ; ε mak =N B A ω
III.
MODEL DAN METODE PEMBELAJARAN
Model : kooperatif learning
Metode : diskusi ,Informasi,demonstrasi
IV.
LANGKAH-LANGKAH PEMBELAJARAN :
Pertemuan Pertama
No
.
1.
Kegiatan Pembelajaran
Kegiatan Awal(Apersepsi)
1. Menuliskan materi pokok
2. Menyebutkan tujuan pembelajaran
3. Memberikan motivasi dengan bertanya : “Apa yang
kalian ketahui mengenai medan magnet?”
Waktu
15 menit
2.
3.
V.
95 menit
Kegiatan Inti
Peserta didik (dibimbing oleh guru)mendiskusikan
konsep garis gaya magnetik.
Peserta didik memperhatikan penjelasan guru
mengenai gaya magnetik pada kawat berarus dan
muatan bergerak
Peserta didik memperhatikan penjelasan guru
mengenai magnet disekitar kawat
lurus,melingkar,solenoida,toroida berarus
Peserta didik (Dibimbing oleh guru mendiskusikan
mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday
dan hukum lenz
Peserta didik memperhatikan dan mengamati
penjelasan guru mengenai gaya gerak listrik
induksi ,hukum faraday dan hukum lenz
Peserta didik memperhatikan contoh soal menentukan
gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum
lenz
Guru memberikan beberapa soal latihan/kuis
mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday
dan hukum lenz
Guru mengoreksi jawaban peserta didik apakah sudah
benar atau belum. Jika masih terdapat Peserta Didik
yang belum dapat menjawab dengan benar ,guru
langsung memberikan bimbingan.
25 menit
Kegiatan Penutup
a. Guru membantu peserta didik membuat kesimpulan
b. Memberikan tugas rumah berupa PR
ALAT/BAHAN/SUMBER BELAJAR/MEDIA
Alat/Bahan :Kawat/kabel,baterai,magnet jarum/kompas,kumparan,solenoida,dan
toroida.
Sumber Belajar :Physics for senior high school year XII(Yudhistira)
Media : OHP,ppt
VI.
PENILAIAN :
1. Kuis
2. Tes ketrampilan
3. Pengamatan aktivitas ,sikap,dan tingkah laku peserta didik dalam mengikuti
proses pembelajaran di dalam kelas saat tanya jawab/diskusi
4. Tugas mandiri atau kelompok
Contoh soal kuis:
1. Suatu kumparan luas 400 cm 2 dengan lilitan berada dalam medan magnet
dari 2× 10−2 Wm−2 menjadi 5 ×10−2 Wm−2 dalam waktu 0,15
detik.Tentukan besar GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan.
2. Sebuah muatan negatif bergerak ke utara memasuki medan magnetik yang
arahnya ke timur maka muatan tersebut akan mendapat gaya yang arahnya
ke......
3. Kawat lurus berarus listrik dengan arah dari timur ke barat dalam pengaruh
medan magnetik dengan arah dari selatan ke utara.Arah gaya magnetikpada
kawat adalah..
4. Fluks magnetik yang menembus bidang merupakan fungsi waktu
2
Φ=4 t +5 t+2 dengan fluks dalam milli weber dan t dalam sekon.Hitung
besar GGL induksi pada t = 4 s.
5. Sebuah magnet batang digerakkan menjauhi kumparan yang terdiri dari 600
lilitan,medan magnet yang memotong kumparan berkurang dari 9 ×10−5
Wb menjadi 4 × 10−5 Wb dalam selang waktu 0,015 sekon,besar GGL
induksi antar kedua ujung kumparan ada...volt
Jawaban kuis:
2
1. Diketahui : A = 400 cm 2 = 4 ×10−2
m
N = 50 lilitan
−2
−2
∆ B=3 × 10 Wm
∆ t=0,15 detik
ε
Ditanya :
= ....volt
dB
Jawab : ε =−NA
dt
−50 . 3. 10−2 . 4 . 10−2
ε=
=−0 , 4 volt
0 ,15
|ε|=0,4 volt
2. Bawah
3. Bawah
4.
2
d Φ −d(4 t + 5t +2)
=
dt
dt
ε =( 8 t+5 ) → ε ( 4 )=( 8 . 4+5 )=37 mV
ε =−N
5. 2
Lampiran
1. LKS
2. BAHAN AJAR
MEDAN MAGNETIK
Kompetensi Dasar
Siswa dapat menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk
teknologi.
Salah satu aspek yang paling terkenal mengenai gejala kemagnetan adalah aspek yang
berkaitan dengan magnet yang mampu menarik benda yang terbuat dari besi. Jika dua magnet
didekatkan, masing – masing magnet akan mengalami gaya magnet, baik tarik – maenarik
maupun tolak -menolak. Jarum kompas yang menunjukkan arah utara – selatan juga
merupakan salah satu fenomena alam yang terkenal. Konsep gaya magnetik banyak
digunakan dalam berbagai bidang misalnya motor listrik, tabung gambar televisi, pengeras
suara, printer dan disk drive.
Medan magnetik dihasilkan oleh magnet permanen, arus listrik, dan muatan yang
bergerak lainnya. Medan magnet dapat mengerahkan gaya pada muatan yang bergerak dan
pada penghantar bermuatan listrik. Untuk menghitung medan magnetik yang dihasilkan oleh
penghantar berarus listrik dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu menggunakan hukum Biot
– Savart dan hukum Ampere.
A. KEMAGNETAN
Gejala kemagnetan pertama kali diamati sekitar 2500 tahun yang lalu dalam
potongan – potongan biji besi yang bersifat magnet. Biji besi ini ditemukan di dekat
koka kuno Magnesia ( sekarang Manisa, di Turki bagian brat). Potongan – potongan
biji besi ini sekarang dikenal sebagai magnet permanen. Magnet permanen dapat
mengerahkan gaya satu sama lain dan juga pada potongan – potongan besi yang tidak
bersifat magnet. Jika batang besi disentuhkan dengan magnet permanen, maka batang
besi itu berubag menjadi magnet. Elanjutnya, bila batang besi itu diapungkan pada
permukaan air dengan menggunakan sepotong gabus, maka batang besi cenderung
sejajar dengan arah utara – selatan. Jarum kompas merupakan salah satu contoh
sepotong besi yang bersifat magnet.
Sebelum interaksi magnet pada muatan bergerak diketahui, interaksi magnet
permanen dan jarum kompas dijelaskan dengan kutub – kutub magnet. Jika magnet
permanen yang berbentuk batang ( magnet batang ) bebas berputar, maka salah satu
ujungnya selalu menunjuk ke utara. Ujung magnet ini dinamakan kutub utara.
Sedangkan ujung yang lain dinamakan kutub selatan. Kutub – kutub yang tidak
sejenis saling tarik – menarik , sedangkan yang sejenis akan saling tolak menolak.
Seperti pada gambar.
Konsep kutub magnet serupa dengan konsep muatan listrik, kutub utara dan
selatan magnet berturut-turut serupa dengan muatan positif dan muatan negatif.
Muatan negatif dan positif dapat berdiri sendiri, tetapi tidak ada bukti eksperi men
yang menunjukkan bahwa ada kutub magnet tunggal. Jadi kutub-kutub magnet selalu
muncul berpasangan.
Bukti eksperimen mengenai hubungan antara medan magnetik dan muatan
yang bergerak ditemukan oleh ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted pada tahun
1819. Dalam eksperimennya, sebuah kompas ditempatkan di atas kawat horisontal :
a. Jika tidak ada arus (I =0) jarum kompas menunjuk ke utara.
b. Jika arus mengalir ke utara,kutub utara jarum kompas menyimpang ke timur.
c. Jika arus mengalir ke selatan, kutub utara jarum kompas menyimpang ke barat.
Jika kompas ditempatkan ke bawah kawat, penyimpangan jarum kompas akan
teerjadi sebaliknya.
B. MEDAN MAGNETIK
Medan magnetik adalah ruang di sekitar magnet yang dapat menyebabkan ben
atau magnet lain yang mengalami gaya magnetik. Besaran yang menyatakan medan magnetik
di sekitar kawat berarus listrik adalah induksi magnetik. Induksi magnetik termasuk besaran
vektor sehingga memiliki besar dan arah.
Untuk memudahkan dalam mengingat arah garis – garis induksi magnetik dapat
digunakan dengan kaidah tangan kanan sebagai berikut :
Genggam kawat yang berarus dengan tangan kanan, sedemikian sehingga jempol tangan
menunjukkan ke arah arus listrik, maka arah putaran keempat jari kanan yang dirapatkan
menyatakan arah lingkaran garis – garis induksi magnetik.Arus mengalir dari kutub positif ke
kutub negatif.
1. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik
Besar kecilnya medan magnetik disebut fluks( Φ ¿ magnetik dengan satuan weber
(Wb) . Jumlah garis gaya yang menembus tegak lurus bidang seluas 1 m 2 disebut rapat fluks
magnetik (B)
Φ
A
B=
Keterangan :
Φ = jumlah garis gaya (Wb)
A = luas bidang (m2)
B = rapat fluks magnetik (Wb/m2) atau tesla (T)
Induksi magnetik di suatu titik di udara sama dengan kuat medan magnetik di titik itu.
B=H
Keterangan :
H = kuat medan magnetik (A/m)
B = induksi magnetik (Wb/m2)
Dalam hal ini kuat medan magnetik H adalah penyebab induksi magnetik B apabila kejadian
tidak di udara
B=
μ
.H
Tabel. Sistem Satuan untuk Beberapa Besaran Magnetik
Sistem Satuan
Fluks ( Φ ¿
SI atau MKS
Wb
Kuat Medan
(H)
Am
CGS
Maxwell
Oersted
Rapat Fluks ( B )
Maxwell/cm
(Gauss)
Wb/m
Permeabilitas (
μ¿
Wb/Am
Gauss/Oersted
C. HUKUM BIOT-SAVART
Induksi magnetik di sebuah titik yang disebabkan oleh elemen arus I dikemukakan oleh Biot.
Induksi magnetik di titik P akibat elemen arus I berbanding :
a. Lurus dengan kuat arus (I);
b. Lurus dengan panjang elemen arus pada kawat (dl);
c. Terbalik dengan kuadrat jarak antara titik A dengan elemen arus (r2);
d. Lurus dengan sinus sudut antara elemen arus dan jarak ( α )
Secara matematis, pernyataan tersebut dirumuskan sebagai berikut :
I . dl. sin ∝
dB = k .
r2
Keterangan :
dB = induksi magnetik di titik (Wb/m2)
I = arus listrik (A)
dl = panjang elemen penghantar (m)
r = jarak elemen dl terhadap titik (m)
k = konstanta magnetik = 10-7 Wb/Am
Arah induksi magnetik tegak lurus terhadap bidang yang melalui titik tersebut dan
elemen arus.
Konstanta magnetik apabila dinyatakan dalam hubungannya dengan permeabilitas
udara adalah
μ0
k = 4π
μ 0 = 4 π x 10-7 Wb/Am
1. Induksi Magnetik pada Kawat Lurus
2k . I
B= a
Atau
μ 0. I
B = 2 π .a
Keterangan :
B = induksi magnetik di sekitar kawat lurus berarus listrik (Wb/m2)
I = kuat arus (A)
a = jarak titik terhadap arus (m)
μ 0 = 4 π x 10-7 Wb/Am
2. Induksi magnetik di sekitar arus melingkar
a. Induksi Magnetik pada sumbu kawat melingkar berarus listrik
k I 2 π a sin θ
r2
Atau
I .2 π a sin θ
μ0
= 4π .
r2
μ 0 I a sinθ
B=
2
2r
B=
B
Keterangan :
B =induksi magnetik pada sumbu lingkaran (T)
I =kuat arus (A)
a = jari – jari lingkaran
r = jarak titik P terhadap arus listrik (m)
θ = sudut antara sumbu dengan jarak
μ 0 = permeabilitas vakum = 4 π x 10-7 Wb/Am
Apabila lingkaran kawat berupa kumparan tipis yang terdiri dari N lilitan, persamaan
menjadi :
μ 0 I a N sin θ
B=
2
2r
Keterangan :
N = banyak lilitan
b. Induksi Magnetik pada Pusat Kawat Melingkar
B=
B=
μ0 I a
2
2r
μ0 I N
2a
Apabila kawat terdiri dari N lilitan, maka :
B=
μ0 I N
2a
Keterangan :
B = induksi magnetik pada sumbu lingkaran (T)
I = kuat arus (A)
N = banyak lilitan
a = jari – jari lingkaran (m)
3. Induksi Magnetik dalam Solenoida
Solenoida merupakan gulungan kawat (kumparan) yang panjang. Apabila
banyak lilitan solenoida N dan panjangnya l, maka jumlah lilitan tiap satuan panjang
N
dinyatakan : n =
l
a. Untuk bagian tengah :
B=
μ 0.n . l
Keterangan :
B = induksi magnetik di tengah – tengah solenoida (Wb/m2)
l = kuat arus (A)
n = jumlah lilitan tiap satuan panjang solenoida (lilitan/m)
b. Untuk bagian ujung :
μ0n I
B= 2
Keterangan :
B = induksi magnetik di ujung solenoida (Wb/m2)
n = jumlah lilitan tiap satuan panjang solenoida (lilitan/m)
4. Induksi Magnetik di Dalam Toroida
μ0 N I
B = πD
Keterangan :
B = induksi magnetik di pusat toroida (Wb/m2)
N = jumlah lilitan
D = diameter toroida (m)
D. MUATAN LISTRIK YANG BERGERAK DALAM PENGARUH MEAN
MAGNETIK MENGALAMI GAYA
1. Gaya Magnetik pada Muatan
Muatan listrik yang bergerak dalam medan magnetik akan mendapatkan gaya
yang disebut gaya Lorentz. Gaya itu timbul karena adanya interaksi medan magnetik.
Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut :
1) Muatan (q) yang bergerak akan menimbulkan arus listrik dan pada saat bersamaan
di sekitar arus akan timbul medan magnetik.
2) Medan magnetik akibat arus itulah yang berinteraksi dengan medan magnetik
yang ada.
Gaya magnetik yang bekerja diperoleh :
F = B . q . v . sin
θ
Keterangan :
F = gaya magnetik atau gaya Lorentz (N)
B = medan magnetik (Wb)
q = muatan (C)
θ = sudut antara v dan B
Untuk menentukan arah dari gaya (F) digunakan metode tangan kanan, dengan
metode tangan kiri, dengan telapak tangan menghadap pengamat, ibu jari
menunjukkan arah gaya (F), telunjuk menunjukkan arah medan magnetik (B), dan jari
tengah menunjukkan arah kecepatan (v). Aplikasi dari teori tersebut secara teknis
digunakan pada :
1. Alat yang menggerakkan elektron pada layar televisi ataupun dalam
kamera televisi.
2. Spektrometer massa, yaitu alat untuk mengukur massa atom berbagai
isotop.
3. Siklotron, yaitu alat untuk mempercepat partikel bermuatan agar
mempunyai energi seperti apabila dipercepat dengan beda potensial listrik
sampai ribuan juta volt.
2. Gaya Magnetik pada Penghantar Berarus Listrik
Percobaan Oersted menunjukkan bahwa kutub-kutub magnet jarum mengalami
Gaya magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik. Suatu fakta menunjukkan bahwa
penghantar yang berarus listrik di dalam medan magnetik juga mengalami gaya
magnetik. Gaya magnetik pada penghantar berarus listrik yang berada di dalam
medan magnetik itu disebut juga gaya Lorentz.
Gaya yang bekerja pada kawat dirumuskan :
F = B . I . l . sin θ
Keterangan :
F = gaya magnetik pada kawat (N)
I = arus dalam kawat (A)
l = panjang kawat (m)
B = medan magnetik (Wb/m2)
θ = sudut yang terbentuk dari perpotongan garis gaya (B) dengan kawat.
3. Gaya Magnetik pada Kwat Sejajar Berarus Listrik
Besarnya gaya magnetik tidak menggunakan medan magnetik hasil gaya
magnetik permanen melainkan menggunakan medan magnetik yang berasal dari
kawat berarus listrik.
Sehingga besar gaya magnetik :
F=
F
l
=
μ0 I 1 I 2l
2πa
μ0 I 1 I 2l
2πa
Keterangan :
F
= gaya magnetik pada masing – masing kawat (N)
I1, I2 = kuat arus (A)
a
= jarak kedua kawat (m)
l
= panjang kawat (m)
Jika I1 =I2= I menjadi :
2
μ0 I l
2πa
F=
F
l
=
μ0 I2
2π a
Keterangan :
F
= gaya tiap satuan panjang kawat (N/m)
l
Arah dari gaya magnetik bergantung pada arah arus yang ada pada kedua
kawat, yaitu sebagai berikut :
a. Jika Arah Kedua Arus Searah
Jika arah kedua arus searah , akan menimbulkan gaya tarik – menarik.
b. Jika Arah Kedua Arus Berlawanan
Jika arah kedua arus searah , akan menimbulkan gaya tolak – menolak.
4. Satuan Kuat Arus
Jika terdapat dua kawat sejajar berarus listrik sama, akan timbul gaya
magnetik pada kedua kawat yang sama besarnya. Arah gaya tersebut
bergantung pada arah arus pada kawat. Kenyataan itu digunakan sebagai dasar
untuk menetapkan satuan 1 ampere.
1 ampere adalah besarnya kuat arus listrik yang mengalir pada dua
kawat sejajar 1 meter sehingga menimbulkab gaya magnetik tiap satuan
panjang kawat sebesar 2 x 10-7 N/m.
E. PENERAPAN KONSEP GAYA MAGNETIK
1. Cara / PrinsipKerja, FungsidanKomponen Galvanometer
Galvanometer berperan sebagai komponen dasar pada beberapa alat ukur, antara lain
amperemeter, voltmeter, serta ohmmeter.
Gambar 1. Galvanometer tangen. [1]
Peralatan ini digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus listrik lemah. Sebagaimana ditunjukkan
pada Gambar 1, galvanometer berupa kumparan bergerak, terdiri atas sebuah kumparan terbuat dari
kawat tembaga isolasi halus dan dapat berputar pada sumbunya yang mengelilingi sebuah inti besi
lunak tetap yang berada di antara kutub-kutub suatu magnet permanen. Interaksi antara medan
magnetik B permanen dengan sisi-sisi kumparan akan dihasilkan bila arus I mengalir melaluinya,
sehingga akan mengakibatkan torka pada kumparan. Kumparan bergerak memiliki tongkat penunjuk
atau cermin yang membelokkan berkas cahaya ketika bergerak, dimana tingkat pembelokan tersebut
merupakan ukuran kekuatan arus.
2. Penerapan Gaya Lorentzuntuk Motor Listrik
Sebuah motor listrik merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Mesin ini tidak bising, bersih, dan memiliki efisiensi tinggi. Alat ini bekerja dengan prinsip
bahwa arus yang mengalir melalui kumparan di dalam medan magnet akan mengalami gaya
yang digunakan untuk memutar kumparan. Pada motor induksi, arus bolak-balik diberikan
pada kumparan tetap (stator), yang menimbulkan medan magnetik sekaligus menghasilkan
arus di dalam kumparan berputar (rotor) yang mengelilinginya. Keuntungan motor jenis ini
adalah arus tidak harus diumpankan melalui komutator ke bagian mesin yang bergerak. Pada
motor serempak (synchronous motor), arus bolak-balik yang hanya diumpankan pada stator
akan menghasilkan medan magnet yang berputar dan terkunci dengan medan rotor. Dalam
hal ini magnet bebas, sehingga menyebabkan rotor berputar dengan kelajuan yang sama
dengan putaran medan stator. Rotor dapat berupa magnet permanen atau magnet listrik yang
diumpani arus searah melalui cincin geser.
Gambar 2. Bagian-bagian Motor listrik.
3. Aplikasi Gaya Magnetik untuk Relai
Relai merupakan suatu alat dengan sebuah sakelar, untuk menutup relai digunakan magnet listrik.
Arus yang relatif kecil dalam kumparan magnet listrik dapat digunakan untuk menghidupkan arus
yang besar tanpa terjadi hubungan listrik antara kedua rangkaian.
Gambar 3. Relai. [2]
4. Penerapan Gaya Magnet untukKereta Maglev
Maglev merupakan kereta api yang menerapkan konsep magnet listrik untuk mengubah
energi listrik menjadi energi mekanik. Kata “Maglev” berasal dari magnetic levitation. Kereta
api ini dipasangi magnet listrik di bawahnya yang bergerak pada jalur bermagnet listrik.
Magnet tolak-menolak sehingga kereta api melayang tepat di atas jalur lintasan. Gesekan
kereta api dengan jalur lintasan berkurang sehingga kereta api bergerak lebih cepat.
Gambar 4. Kereta Maglev. [3]
5. Penerapan Gaya Lorentz untuk Video Recorder
Pada video recorder, sinyal disimpan di dalam pita magnetik. Video recorder sangat
tergantung pada magnetisme dan listrik. Ia menggunakan dorongan magnetik dari kawat yang
membawa arus dalam motor listrik untuk memutar drum pada kecepatan tinggi dan
menggerakkan pita yang melaluinya dengan lembut. Untuk merekam suatu program, arus
yang mengalir melalui kumparan kawat di dalam drum digunakan untuk menciptakan pola
magnetik pada pipa. Jika pita tersebut diputar ulang, alat perekam menggunakan pola
magnetik ini untuk menghasilkan arus yang dapat diubah ke dalam gambar.
Gambar 5. Camcorder. [4]
5. Pengeras suara (loudspeaker) Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip bahwa induksi
magnetik memberikan gaya pada kawat berarus listrik. Melalui arus bolak-balik dengan
frekuensi sinyal audio, corong loudspeaker bergerak maju mundur dengan frekuensi yang
sama. Hal ini menyebabkan rapatan dan renggangan pada udara di sekitarnya, sehingga
energi bunyi dapat dihasilkan.
6. Detektor logam Detektor logam bekerja berdasarkan konsep gaya magnet, yaitu fluks
magnet. Peningkatan fluks magnet biasanya disertai peningkatan tegangan di dalam arus yang
mengalir lewat kurnparan penerima yang memicu alarm. Kumparan penerima yang melarik
badan seseorang segera menyiagakan bila sejumlall 'ogam dapat terdeteksi,
7. Spektrometer massa Banyak metode yang digunakan untuk mengukur massa suatu atom,
tetapi yang paling teliti adalah menggunakan spektrometer massa.Alat ini menggunakan gaya
magnetik atom bermuatan (ion) untuk menentukan massa atom dengan ketelitian mencapai 7
angka.
3.SOAL LATIHAN
PILIHAN GANDA
1. Kuatgaris-garisgaya magnet disebut……
a. medan magnet
b. induksimagnetik
c. diamagnetik
d. paramagnetik
e. feromagnetik
2. Saatelektronmemasukimedan
searahdengan........
a. sumbu x positif
b. sumbu y positif
c. sumbu z positif
d. sumbu z negatif
e. sumbu y negatif
magnet,
electron
Mendapatgaya
Lorentz
yang
3. Di antaracontoh-contoh di bawahini, yang merupakanbahandiamagnetik......
a. aluminium, tembaga, besi
b. aluminium, perak, tembaga
c. tembaga, emas, perak
d. aluminium, tembaga, wolfram
e. wolfram, bismuth, magnesium
4.
Gaya
geraklistrikinduksi
yang
terjadidalamsuaturangkaianbesarnyaberbandingLurusdengancepatperubahanfluksmagnetik
yang dilingkunginya.HukuminiDiungkapkanoleh…..
a. Lorentz
b. Biot – Savart
c. Faraday
d. Henry
e. Lentz
5. Duakawatamatpanjangdipasangvertikalsejajardenganjarak d. Kawatpertamadialiriarus I
keatas. Titik P (dalambidangkeduakawatitu) terletakdiantaranyadanberjarak 1/3 d
darikawatpertama.Jikainduksimagnetik di titik P besarnyanol, iniberartiarus yang
mengalirdalamkawatkeduaadalah …
a. 1/3 I kebawah
b. ½ I kebawah
c. 3I keatas
e. 2I kebawah
6. Kemagnetan suatu magnet akan berkurang bila ...
a. didinginkan hingga -30 ℃
b. didinginkan hingga -50 ℃
c. dipukul - pukul dengan keras
d. didekatkan pada magnet batang lain yang kutubnya berlawanan
e. disimpan dalam kotak kayu
Pembahasan :
Kemagnetan suatu magnet batang dapat berkurang, bila magnet batang tersebut :
a) Dipanaskan,
b) Dipukul – pukul dengan keras,
c) Berada dalam kumparan yang dialiri arus bolak – balik, dan
d) Disimpan berhadapan dekat magnet batang lain yang kutubnya sama
Jawaban : C
7. Bagian magnet yang medan magnetnya terlemah adalah ...
a. bagian tengah
c. ujung
e. Tepi
b. bagian pinggir
d. Kutub
Pembahasan :
Tempat yang garis-garis medan medan magnetnya paling renggang
menyatakan medan magnet yang terlemah. Tempat itu adalah bagian
tengah magnet.
Jawaban : A
8. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 40 A. Besarnya
induksi magnet pada sebuah titik yang jaraknya 10 cm dari pusat kawat
tersebut adalah ...
a. 8. 10-6 T
c. 8. 10-5 T
e. 4. 10-4 T
b. 4. 10-6 T
d. 12. 10-5 T
Jawaban : C
9. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran dan berjari-jari 10 cm terdiri
atas 20 lilitan. Agar kuat medan magnet pusat lingkaran sama dengan 4
π . 10-3 T, maka besar arus listrik yang mengalir haruslah ...
a. 100 A
c. 10 A
e. 1 A
b. 50 A
d. 5 A
Jawaban : A
10. Sebuah solenoida mempunyai panjang 20 cm dan terdiri atas 50
lilitan. Jika kuat medan magnet di tengah-tengah (pusat) solenoida 2
10-4 T , maka kuat arus yang mengalir pada solenoida adalah ...
a. 2 A
c. 10 A
e. 4. 10-2 A
b. 4 A
d. 2. 10-2 A
Jawaban : A
π
11. Suatu partikel bermuatan dilepaskan dari keadaan diam pada suatu
daerah yang dipengaruhi mdan listrik dan medan magnet ternyata
membentuk lintasan lurus maka ...
a. besar medan magnet lebih kecil dibanding medan listrik
b. besar medan magnet lebih besar dibanding medan listrik
c. besar medan magnet sama dengan medan listrik
d. arah medan magnet paralel terhadap medan listrik
.
e. arah medan magnet tegak lurus terhadap medan listrik
12. Sebuah proton bergerak ke arah sumbu +Z setelah dipercepat melalui
beda potensial V. Proton itu kemudian melalui suatu daerah dengan
medan listrik E ke arah sumbu +X dan medan magnet B ke arah sumbu
+Y. Ternyata arah gerak proton tidak terpengaruh. Bila percobaan ini
diulang
tetapi dengan mengganti proton dengan sebuah elektron,
maka elektron akan ...
a. terbelokkan ke arah sumbu -X
b. terbelokkan ke arah sumbu +X
c. terbelokkan ke arah sumbu +Y
d. terbelokkan ke arah sumbu -Y
e. tidak terpengaruh arah geraknya
13. Suatu partikel bermuatan 0,04 C bergerak sejajar dengan kawat
berarus listrik 10 A. Jika jarak partikel kawat 5 cm, laju partikel 5 m/s,
μ N (medan magnetnya
maka gaya yang dialami partikel adalah ...
dari kawat panjang berarus)
a. 0
c. 4
e. 8
b. 2
d. 6
14. Partikel dengan muatan 2 kali muatan elektron bergerak dalam medan
π
magnet homogen B secara tegak lurus. Besar medan B adalah
T. Bila
4
frekuensi 4 siloktron adalah 1600 Mz, maka besarnya massa adalah ... kg.
a. 2,5 x 10-23
c. 1,2 x 10-23
e. 3,3 x 10-23
b. 5 x 10 -22
d. 7,5 x 10-22
15. Dua buah partikel massanya m1 : m2 = 2 : 1 dan muatannya q1 : q2 = 2
: 1. Kedua partikel itu bergerak melingkar dalam bidang yang tegak lurus
medan magnet homogen. Bila besar momentum kedua partikel itu sama,
maka perbandingan jari – jari orbit partikel itu r1 : r2 , adalah ...
a. 4 : 1
b. 2 : 1
c. 1 : 1
d. 1 : 2
e. 1 : 4
16. Kutub selatan magnet jarum pada kompas menunjukkan ...
a. kutub selatan magnet bumi
b. kutub utara magnet bumi
c. kutub utara bumi
d. khatulistiwa
e. acak
17. Oersted menemukan bahwa ...
a. magnet menimbulkan arus
b. magnet menimbulkan medan magnet
c. kutub – kutub magnet selalu berpasangan
d. arus listrik menimbulkan medan magnet
e. bumi merupakan magnet yang sangat besar
18. Kuat medan magnet di titik sejauh r dari suatu kawat lurus beraturan I
sebanding dengan ...
a. I
c. r3
e. r
2
2
b. I
d. r
19. Sebuah antiproton bergerak vertikal ke atas ketika memasuki medan
magnetik homogen yang mengarah ke utara. Gaya magnet pada saat itu
mengarah ke ...
a. timur
c. utara
e. atas
b. barat
d. selatan
20. Dua kawat lurus diletakkan sejajar pada jarak r. Jika kedua kawat itu
masing – masing dialiri arus I yang arahnya sama, kedua kawat itu akan ...
a. tolak – menolak dengan gaya sebanding r
b. tarik – menarik dengan gaya sebanding r-2
c. tolak – menolak dengan gaya sebanding I-1
d. tarik – menarik dengan gaya sebanding I2
e. tarik – menarik dengan gaya sebanding r2
21. Kecepatan sudut dari sebuah partikel q yang bergerak melingkar pada
medan magnet homogen B dengan jari – jari R dan massa partikel m, akan
memenuhi persamaan
m
a. ω=
qB
qB
b. . ω=
m
m
c. . ω=
qR
qB
d. . ω=
mR
qB
e. . ω=
2π m
Jawaban : B
22. Kawat melingkar dengan jari – jari 2 π cm dialiri arus listrik 4 A.
Induksi magnetik di pusat lingkaran kawat tersebut adalah ...
a. 2 x 10-5 T
b. 4 x 10-5 T
c. 5 x 10-5 T
d.6 x 10-5 T
e. 7 x 10-5 T
23. Solenoida dengan panjang 25 cm terdiri dari 800 lilitan. Jika pada
solenoida dialiri arus 2 A, induksi magnetik yang terjadi pada pusat
solenoida tersebut adalah ...
a. 2,56 π x 10-3 Wb/m2
b. 5,12 π x 10-3 Wb/m2
c. 6,64 π x 10-3 Wb/m2
d. 7,68 π x 10-3 Wb/m2
e. 8,46 π x 10-3 Wb/m2
24. Kawat lurus panjang berarus listrik 8 A, berarah ke utara. Besar dan
arah induksi magnetik di suatu titik yang berada 4 cm di atas kawat
tersebut adalah ...
a. 4 x 10-5 T ke timur
b. 4 x 10-5 T ke barat
c. 4 x 10-5 T ke bawah
d. 8 x 10-5 T ke timur
e. 32 x 10-5 T ke barat
25. Kawat lurus panjang berarus listrik. Tenyata titik – titik yang berada 6
cm di sebelah timur kawat memiliki induksi magnetik 3 x 10-5 Wb/m2 ke
utara. Hal itu menunjukkan bahwa besar dan arah arus pada kawat
tersebut ...
a. 6 A ke selatan
b. 8 A ke atas
c. 9 A ke atas
d. 9 A ke bawah
e. 10 A ke barat
Referensi :
Taranggono,Agus . 2005. Sains Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta : Bumi Aksara
Ruwanto,Bambang. 2005. Asas – Asas Fisika 3 A. Yogjakarta : Yudhistira
Yayan Sofyan Suri, 2007 . Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Bogor : Duta Grafika
Subagya,hari.2007.Sains Fisika 3 SMA/MA.Jakarta :Bumi Aksara
RANCANGAN PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Medan magnet
Dosen pengampu: Nyoman Ayu, S.Pd., M.Pd
Disusun oleh:
Solikhatun Romadhona
13330044
Elsa Asri Anggraini
13330045
Nur Vicka Tamarayati
13330059
PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PGRI SEMARANG
2014