MODUL

1
MODUL 14 Medan Magnet dan Kemagnetan
Science Center Universitas Brawijaya
2
MAGNET

• Sejarah kemagnetan mulai jauh lebih awal dengan
  peradaban kuno di Asia. Ada daerah pada asia yang
  disebut Magnesia di mana ditemukan batu-batu yang
  bergerak saling tarik menarik. Batu-batu ini
  disebut magnet
• Magnet mempunyai dua kutub yaitu
• - kutub utara
• - kutub selatan
• (digunakan sebagai alat bantu navigasi kompas)

3
Kutub Magnet
U S
S U
Tolak Menolak
U S
U S
Tarik menarik
S U
U S
Tolak Menolak
4
Medan Magnet

• Medan Magnet adalah daerah yang masih dipengaruhi
  garis-garis medan magnet
• Garis-garis medan magnet menunjuk dari kutub
  utara ke selatan
• Arah medan magnet merupakan tangensial (garis
  singgung) terhadap suatu garis di titik saja.
• Jumlah garis persatua luas sebanding dengan besar
  medan magnet

5
ARUS LISTRIK MENGHASILKAN KEMAGNETAN

• Hans Christian Oersted (1777-1851) menemukan
  bahwa ketika jarum kompas yang diletakkan di
  dekat kawat ber-arus listrik ternyata jarum
  menyimpang.

• Gambar a menunjukkan garis-garis medan di
  sekitar arus listrik.
• Gambar b menunjukkan kaidah tangan kanan untuk
  mengingat arah medan magnet.

6
GAYA PADA ARUS LISTRIK DI MEDAN MAGNET

• Magnet memberikan gaya pada kawat pembawa arus
• Arah gaya (F) selalu tegak lurus terhadap arah
  arus (I) dan juga tegak lurus terhadap medan
  magnet (B).
• Gambar berikut menunjukkan arah gaya yang
  ditimbulkan karena kawat dialiri arus listrik di
  dalam medan magnet.

F
7
GAYA PADA ARUS LISTRIK DI MEDAN MAGNET

• Kawat berarus dengan panjang l diletakkan dalam
  medan magnet dengan membentuk sudut ? terhadap
  arah medan, akan mendapat gaya sebesar
• F IlB sin ?
• Jika arah arusnya tegak lurus terhadap medan (?
  90) maka gaya yang terjadi sebesar
• F IlB sin 90 Fmax IlB
• Satuan SI untuk medan magnet B adalah Tesla (T)
• 1T 1N/A.m atau
• 1T 1Wb/m2
• Dalam cgs satuan
• medan magnet gauss
• 1 gauss (G) 10-4 T

8
Contoh Soal

• Satuan dari medan magnet B adalah,
• A. kg s-2A-1 B. kg m s-2A-1 C. kg
  m2s-2A-1
• D. kg s-1A-1 E. kg s-2A-2

JAWAB A
9
Contoh Soal

• Sebuah kawat berarus mempunyai panjang l 20 cm
  berada didaerah medan magnet 2T dan membentuk
  sudut ? 30o terhadap arah medan sehingga
  dikenai gaya sebesar 5 N. Besarnya arus yang
  mengalir dalam kawat adalah
• 5 A B. 2,5 A C. 25 mA
• D. 2,5 mA E. 25 A

Jawab E (9 dari 19 peserta menjawab
benar)
Pretest Pelatihan Guru 25 Mei 2006
10

• Contoh
• Sebuah kawat yang membawa arus 30A memiliki
  panjang l12cm dan membentuk sudut terhadap arah
  medan magnet ? 60, medan magnet seragam pada
  0,9T. Berapa gaya pada kawat ?
• Jawab
• F IlB sin ?
• F (30A)(0,12m)(0,9T) sin60
• F (30A)(0,12m)(0,9T) (0,866)
• F 2,8 N

11
GAYA PADA MUATAN LISTRIK YANG BERGERAK DI MEDAN
MAGNET
Karena arus pada kawat terdiri dari muatan
listrik yang bergerak, maka kita bisa
mengharapkan bahwa partikel muatan yang bergerak
bebas juga akan mengalami gaya ketika melewati
medan magnet. Jika N partikel maka INq/t dan l
vt Sehingga gaya pada satu partikel F IlB
sin ? F qvB sin ?
12
Contoh soal

• 15 . Medan magnet tidak berinteraksi dengan,
• A. muatan listrik yang diam
• B. muatan listrik yang bergerak
• C. magnet permanen yang diam
• D. magnet permanen yang bergerak
• E. kawat berarus listrik yang diam

Jawab A (7 dari 19 peserta menjawab
benar)
Pretest Pelatihan Guru 25 Mei 2006
13
Contoh soal

• Jika suatu partikel bermuatan ditembakkan pada
  arah tegak lurus medan magnet yang serbasama,
  maka partikel tersebut akan bergerak melingkar
• (benar)
• SEBAB
• Partikel bermuatan yang bergerak dalam medan
  magnet akan mendapat gaya yang arahnya selalu
  tegak lurus arah gerak partikel dan tegak lurus
  arah medan magnet
• (benar)
• Pernyataan dan alasan kedua-duanya benar dan
  menunjukkan hubungan sebab akibat

Jawab A (9 dari 19 peserta menjawab
benar)
Pretest Pelatihan Guru 25 Mei 2006
14

• Contoh
• Sebuah proton dengan laju 5x106 m/det pada medan
  magnet merasakan gaya sebesar 8x10-14 N menuju
  barat ketika bergerak vertikal ke bawah. Ketika
  bergerak horisontal ke arah utara, ia merasakan
  gaya nol. Berapa besar dan arah medan magnet di
  daerah ini ? (muatan pada proton adalah
  qe1,6x10-19 C).
• Jawab
• Proton tidak merasakan gaya ketika bergerak ke
  utara, medan pasti mempunyai arah utara selatan.
  B pasti menunjuk ke utara untuk menghasilkan gaya
  ke barat ketika bergerak ke atas.

15
MEDAN MAGNET YANG DISEBABKAN OLEH KAWAT LURUS

• Medan magnet B pada titik di dekat kawat lurus
  yang panjang berbanding lurus dengan arus I pada
  kawat dan berbanding terbalik terhadap jarak r
  dari kawat

Konstanta pembanding dinyatakan ?o /2? dengan ?o
adalah permeabilitas ruang hampa sebesar 4 ?
x10-7T.m/A.Dengan demikian medan magnet
16

• Contoh
• Berapakah besar medan magnet pada jarak 10 cm
  dari kawat lurus yang dialiri arus 25A ?
  Permeabilitas ruang hampa ?o 4?x10-7Tm/A
• Jawab

17
GAYA ANTARA DUA KAWAT PARALEL

• Medan magnet B1 yang dihasilkan oleh I1
  dinyatakan dengan
• Gaya F per satuan panjang l pada konduktor yang
  membawa arus I2 adalah F/lI2B1, sehingga

18

1. Arus paralel dengan arah yang sama menghasilkan
   gaya tarik-menarik satu sama lain
2. Arus berlawanan arah menghasilkan gaya
   tolak-menolak

• Contoh
• Dua kawat pada kabel yang 2m berjarak 3mm dan
  membawa muatan arus dc 8A. Hitung gaya antara
  kedua kawat tersebut!
• Jawab

19
MEDAN MAGNET DI DALAM SOLENOIDA

• Medan magnet yang disebabkan oleh beberapa
  lingkaran solenoida
• Jika kumparan-kumparan tersebut berdekatan, medan
  akan mendekati seragam
• Medan magnet pada solenoida B ?oNI/l . Jika
  nN/l merupakan jumlah loop per satuan panjang,
  maka B ?onI

20
Kabel koaksial pada gambar di samping menggunakan
pintalan silindris (solenoida) yang simetris
untuk melindungi agar medan listrik eksternal
tidak masuk.

• Contoh
• Solenoida tipis dengan panjang 10 cm memiliki
  400lilitan kawat dan membawa arus 2A. Hitung
  medan di dalam di dekat pusat.
• Jawab
• Jumlah lilitan per satuan panjang
  n400/0,14000/m
• B ?onI (12,57x10-7 T.m/A)(4000/m)(2A) 0,01T

21
TORSI PADA LOOP ARUS

• Gambar (a) menunjukkan loop paralel dengan
  garis-garis medan B.Gambar (b) tampak atas dan
  gambar ( c) menunjukkan loop membuat sudut
  terhadap B yang akan memperkecil torsi karena
  lengan beban diperkecil.
• Total torsi merupakan jumlah torsi yang
  disebabkan oleh masing-masing gaya sehingga
• ? IaBb/2IaBb/2
• ? IabB IAB di mana Aab
• Jika ada N loop kawat berarti arus NI sehingga
  ?NIAB
• Jika permukaan kumparan membentuk sudut ? dengan
  B maka torsi menjadi ?NIAB sin?

22

• Contoh
• Kumparan kawat melingkar mempunyai diameter 20cm
  dan terdiri dari 10 llop (lilitan). Arus pada
  setiap loop sebesar 3 A dan kumparan diletakkan
  pada medan magnet 2T. Tentukan torsi maksimum dan
  minimum yang diberikan pada kumparan oleh medan.
• Jawab
• Luas kumparan A?r2 3,14 (0,1m)2 3,14x10-2m2
• Torsi maksimum terjadi ketika permukaan kumparan
  paralel terhadap medan magnet, sehingga ? 90
• ?NIAB sin?
• (10)(3A)(3,14x10-2m2)(2T) (1) 1,88N.m
• Torsi minimum terjadi jika sin ? 0 sehingga
• ? 0

23
APLIKASI-1 GALVANOMETER

• Medan magnet memberikan torsi pada loop sebesar
  ?NIAB sin?
• Torsi magnet dilawan oleh pegas yang memberikan
  torsi sebesar ?s k? (Hukum Hooke)

24
APLIKASI-2 BEL LISTRIK

• Pada saat Saklar terbuka, tidak ada arus yang
  mengalir melalui kumparan sehingga batang besi
  masih tetap di posisi awal (tidak memukul bel)
• Pada saat saklar tertutup, maka ada arus yang
  mengalir melalui kumparan dan menimbulkan medan
  magnet yang akan menarik batang besi untuk
  memukul bel.

25
APLIKASI-3 MOTOR DC

• Motor listrik mengubah energi listrik menjadi
  energi mekanik (rotasional). Motor bekerja dengan
  prinsip yang sama dengan galvanometer kecuali
  tidak adanya pegas sehingga kumparan dapat
  berputar secara kontinu.
• Susunan komutator lengan pada motor DC menjamin
  pergantian arus pada jangkar agar rotasi terus
  berjalan. Komutator dipasang ke tangkai motor dan
  berputar bersamanya, sementara sikat tetap diam.

26
APLIKASI-4 SPEAKER