medan magnet - MATA KULIAH KODE MK Dosen Pertemuan ke-8 :...

Info iconThis preview shows page 1. Sign up to view the full content.

View Full Document Right Arrow Icon
This is the end of the preview. Sign up to access the rest of the document.

Unformatted text preview: MATA KULIAH KODE MK Dosen Pertemuan ke-8 : FISIKA DASAR II : EL-122 : Dr. Budi Mulyanti, MSi CAKUPAN MATERI 1. 2. 3. 4. 5. MAGNET FLUKS MAGNETIK GAYA MAGNET PADA SEBUAH ARUS MUATAN SIRKULASI EFEK HALL SUMBER-SUMBER: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Frederick Bueche & David L. Wallach, Technical Physics, 1994, New York, John Wiley & Sons, Inc Tipler, Fisika Untuk sains dan Teknik (terjemah oleh Bambang Soegijono), Jakarta, Penerbit Erlangga, 1991 Gancoli Douglas C, Fisika 2 (terjemah), 2001, Penerbit Erlangga, Edisi 5. Sears & Zemansky, Fisika Untuk Universitas 3 (Optika & Fisika Modern), 1991, Jakarta-New York, Yayasan Dana Buku Indonesia Frederick J. Bueche, Seri Buku Schaum Fisika, 1989, Jakarta, Penerbit Erlangga Halliday & Resnick, Fisika 2, 1990, Jakarta, Penerbit Erlangga Sutrisno, Seri Fisika Dasar (Fisika Modern), 1989, Bandung, Penerbit ITB KEMAGNETAN 4.1 MAGNET Tahun 1820 Oersted menyatakan: arus dalam kawat dapat menghasilkan efek efek magnetik yaitu mengubah orientasi jarum kompas. Medan magnet di definisikan sebagai ruang disekitar magnet atau konduktor yang mengangkut arus. Vektor medan magnet secara kuantitatif dinyatakan dengan induksi tersebut. magnet. Induksi magnet dinyatakan dengan garis garis induksi. Garis singgung, garis induksi di setiap titik adalah arah Banyaknya garis persatuan luas penampang yang tegak lurus garis garis tersebut sebanding dengan besar . besar kecil Definisi dapat didefinisaikan melalui efek medan magnet tersebut terhadap benda, misalnya muatan yang bergerak kerana ada medan magnet. Muatan uji ditembakkan melalui titik P (dijadikan titik asal koordinat cartesian 3-dimensi) dengan kecepatan . Maka ada gaya (yang bersifat membelokan muatan uji) yang tegak lurus . Gaya tersebut bekerja terhadap muatan uji, hanya jika ada medan magnet. Jika arah diubah (namun tetap melalui P) maka arah F berubah, walaupun masih tertentu (dua arah yang berlawanan) diperoleh harga F = 0; tegak lurus . Untuk dua arah misal adalah arah . garis garis induksi berdekatan garis garis induksi berjauhan Setelah arah diperoleh arahkan supaya muatan uji bergerak dalam arah tegak lurus , dalam hal ini diperoleh Fmaks . Besar didefinisikan sebagai : ; Secara umum : Jika muatan uji pos jika gaya ditambahkan dengan kecepatan melalui sebuah titik P dan bekerja terhadap muatan yang bergerak tersebut, maka di titik P tersebut ada medan magnet , yang memenuhi hubungan : atau , dan Jika Jika Jika Analog dengan medan listrik : Jika muatan uji ditempatkan di titik P dan jika sebuah gaya listrik yang memenuhi hubungan : bekerja pada sin sudut antara 0 adalah kuantitas kuantitas yang diukur. 0 (muatan diam) 0 | | dan . gaya magnet muatan uji tersebut, maka ada gaya listrik ; Satuan 1 1 : 10 dan adalah kuantitas yang diukur. Hukum Lorentz : jika sebuah partikel bermuatan bergerak melalui titik dimana ada medan listrik dan medan magnet : Hukum lorentz sebagai penghargaan kepada H.A Lorentz yang telah berjasa dalam penemuan konsep konsep medan listrik dan medan magnet. Contoh : Sebuah medan magnet uniform yang mengarah horizontal dari selatan ke utara besarnya 1,5 T. Jika sebuah proton yang energinya 5,0 Mev bergerak dalam arah vertikal ke bawah melalui medan ini. Berapa gaya yang bekerja pada proton tersebut. 1 2 2 2 5 10 1,7 1,6 10 10 1 1,6 10 3,1 1,7 10 10 1,6 10 Dari rumus | | | | | | 1,6 7,44 10 10 3,1 10 1,5 Jika partikel bermuatannya diganti elektron, maka arah gaya berbelok ke barat. 4.2. FLUKS MAGNETK Fluks magnet permukaan tersebut . . . = fluks total Kasus khusus jika Satuan : dan B uniform, maka : yang menyebar ke sebuah permukaan di deferensil dengan cara , yaitu integral permukaan komponen normal B pada yang sama dengan fluks listrik . . Jadi dalam [Wb] atau [Tesla][m2], sehingga 1 Artinya induksi magnet sama dengan fluks persatuan luas daerah yang tegak lurus medan magnet. Sehingga induksi magnet disebut juga rapat fluks. Jika jumlah garis persatuan luas (yang tegak lurus arah garis tersebut) sama dengan besar B, maka satu garis induksi berarti q Weber. Fluks total : jumlah garis induksi yang menembus permukaan tersebut. Induksi (rapat fluks) : jumlah garis persatuan luas. 4.3 GAYA MAGNET PADA SEBUAH ARUS Arus adalah kumpulan muatan yang bergerak Jika n adalah banyaknya elektron persatuan volume, konduktor telah dibahas: Elektron yang bergerak dengan kecepatan akan memperoleh gaya magnet : gaya untuk satu elektron Karena dalam konduktor tersebut ada . elektron, maka : Ini hanya berlaku bila Secara umum : Atau Contoh : Kawat dibengkokkan mengangkut arus uniform dan ditempatkan dalam medan magnet yang keluar bidang gambar. Hitung gaya yang bekerja pada kawat ? Gaya pada bagian lurus arah ke bawah Gaya pada bagian yang bengkok sin sin cos 1 0 1 2 Jadi, gaya resultan 2 2 2 Sama dengan gaya pada kawat lurus dengan panjang 2 Momen Torsi (Torka) Pada Sebuah Loop Arus Momen torsi cenderung merotasi kumparan di sekitar sumbu vertikalnya. Misalkan sebuah loop kawat segiempat siku-siku yang panjangnya a dan lebar b membentuk koil dan ditempatkan dalam sebuah medan magnet uniform . Besarnya momen torsi sin Momen torsi ini bekerja pada tiap-tiap lilitan koil, maka jika ada N lilitan momen torsi pada seluruh koil adalah sin ; sin =luas koil Tapi ternyata persamaan ini tidak hanya untuk loop berbentuk bidang segiempat sikusiku. Dengan mendefinisikan : Maka Momen dipol magnet momen dipol magnet harus diambil terletak sepanjang sebuah sumbu yang tegak lurus bidang loop. Berlaku aturan tangan kanan. Gambar. Aturan tangan kanan, ibu jari arah , jari-jari melengkung mengelilingi loop dalam arah arus. Untuk mengubah orientasi dipol harus ada usaha luar. Orientasi yang ada dianggap sebagai energi potensial. Bila maka usaha nol. sin . Dalam medan listrik . cos 4.4 MUATAN SIRKULASI Orbit Partikel Bermuatan Dalam Medan Magnet Misalkan : Partikel bernuatan positif Partikel bermuatan negatif Kecepatan dalam arah tegak lurus . Sebuah gaya yang besarnya bekerja terhadap partikel itu di titik tertentu. Karena gaya tegak lurus kecepatan, maka tidak akan mempengaruhi besar kecapatan (percepatan nol) namun mempengaruhi arahnya (seperti gaya sentripetal). Nampak seperti di titik-titik P, Q arah gaya dan arah kecepatan berubah ubah (namun besarnya konstan), karena , dan konstan. Dengan demikian partikel bergerak konstan. Karena karena pengaruh gaya yang besarnya tetap dan arahnya tegak lurus kecepatan partikel, sehingga orbit partikel berbentuk lingkaran, dengan kecepatan tangensial gaya gaya sentripetal, maka sehingga : Jika kecepatan awal tidak tegak lurus medan , partikel tidak dalam orbit lingkaran. ~ (momentum partikel) Ingat : Usaha yang dilakukan oleh gaya magnet terhadap partikel bermuatan selalu nol, karena gaya ini tegak lurus arah gerak. Satu-satunya efek gaya magnet adalah mengubah arah gerak. Frekuensi ; kecepatan sudut 4.5 EFEK HALL Adanya gaya pada muatan bergerak dalam konduktor yang berada dalam medan megnet. Konduktor berbentuk lempengan pipih. Muatan-muatan bebas pembawa arus didorong ke atas lempengan oleh gaya magnet (gaya non-elektrostatik) Sehingga gaya non-elektrostatik medan non-elektrostatik Dalam hal ini karena pembawa muatan adalah elektron, maka akan ada muatan negatif berlebihan menumpuk di pinggiran atas lempengan dan meninggalkan muatan positif berlebih di bawah. Ini terjadi sampai medan elektrostatik (dalam kondukor). Karena arus transversal akhir 0 ; medan hall konduktor berada pada rangkaian terbuka dalam arah transversal dan beda potensial antara tepi-tepi lempeng dapat diukur dengan potensiometer sama dengan ggl (gaya gerak listrik) Hall dalam lempeng. Efek Hall dapat menjelaskan proses konduksi. Terbukti untuk logam. Tepi atas lempeng memang bermuatan negatif terhadap tepi bawah, sehingga nyatalah membawa muatan dalam logam adalah elektron. Medan elektrostatik (medan Hall) dalam arah sama dan berlawanan arah dengan gaya magnet. Seperti dapat ditulis sebagai Sedangkan rapat arus Masukkan ke * Atau ; Diketahui diperoleh jumlah partikel elektron pembawa muatan (elektron konduksi) persatuan volume diukur dengan potensiometer Contoh 1. muatan sirkulasi Sebuah elektron dengan energi 10 eV bersirkulasi di dalam sebuah bidang tegak lurus medan magnet uniform sebesar 1,0 x 10-4 T (1 gauss). a) Berapa jari-jari lintasan (orbit) nya ? 2 2 1,6 10 9,11 10 1,9 10 10 1,9 10 10,81 10 9,11 10 1,6 10 0,108 b) Berapakah frekuensi cyclotron ? 2 1 2 1 2,8 10 c) Berapa perioda perputaran T 3,57 10 Contoh 2: Efek Hall Sebuah pita tembaga yang lebarnya 2,0 cm dan tebalnya 1,0 mm ditempatkan di dalam sebuah medan magnetik dengan Jawab: | | 2 10 500 1 10 1,5 . Jika sebuah arus sebesar 500 A dialirkan di dalam pita tersebut, berapakah perbedaan potensial Hall yang muncul melalui pita tersebut? 8,4 10 / Soal-soal (Halliday & Resnick): 1. Partikel partikel 1, 2, dan 3 mengikuti jalan yang diperlihatkan gambar di bawah ini sewaktu melewati medan magnet. Partikel-partikel apakah itu? 1) partikel positif 2) partikel netral 3) partikel negatif 2. Ion chlorine ( 3 10 / arahnya keluar 1,6 bidang 10 . ) ditembakkan dalam arah sumbu x positif dengan ( 0,035 ) yang ke dalam medan magnet uniform a. Hitung gaya yang dialami ion chlorine tersebut! b. Jika ion tersebut membentuk lintasan lingkaran. Lingkaran tersebut berada di atas / bawah sumbu x. Jawab 1,6 3 10 0,035 10 / a. | | | | | | 1,6 1,68 10 10 3 10 0,035 b. arah ke atas. Berarti lingkaran berada diatas sumbu x. ...
View Full Document

Ask a homework question - tutors are online