induksi magnet

Induksi Magnet
77
Sumber: indonetwork-co.id
INDUKSI MAGNET

Di SMP kalian telah dikenalkan dengan magnet batang. Apakah ada sumber lain yang dapat menghasilkan medan magnet selain batang magnet? Jawabnya dapat kalian lihat pada gambar di atas. Mengapa besi-besi tua itu dapat diangkat, bagaimana induksi magnet yang terjadi. Kejadian apa saja yang dapat menimbulkan gaya tarik magnet?
Semua hal di atas dapat kalian pelajari pada bab ini, oleh sebab itu setelah belajar

bab ini kalian diharapkan dapat :
1. menentukan induksi magnet oleh kawat berarus,
2. menentukan gaya yang ditimbulkan oleh kawat berarus dalam medan magnet,
3. menentukan gaya yang ditimbulkan oleh muatan bergerak dalam medan magnet.

Fisika SMA Kelas XII
78A. Medan Magnet oleh Kawat Berarus

Pada awalnya orang menemukan bahwa logam- logam tertentu dapat dibuat sebagai magnet. Magnet inilah yang dapat menimbulkan medan magnet. Magnet ini ada yang berbentuk batang, jarum dan ladam. Batang magnet ini memiliki dua kutub yaitu kutub utara U dan kutub selatan S. Dua kutub sejenis akan tolak menolak dan kutub tidak sejenis akan tarik menarik.
Pada tahun 1820 seorang ilmuwan Denmark,Hans
Gambar 5.1
Pengaruh kawat berarus terha-
dap kompas
Gambar 5.2

Kaidah tangan kanan. Arah induksi magnet masuk bidang, gambar disimbolkan

dan keluar bidang, gambar disim- bolkan
Gambar 5.3

Kawat lurus panjang berarus. Di titik P, induksi masuk bidang gambar (X)
Christian Oersted (1777-1857) menemukan suatu gejala

yang menarik. Saat jarum kompas diletakkan di sekitar kawat berarus ternyata jarum kompas menyimpang. Kemudian disimpulkan bahwa di sekitar kawat berarus timbul medan magnet. Medan magnet oleh kawat berarus inilah yang dinamakan induksi magnet.

Induksi magnet merupakan besaran vektor arahnya dapat ditentukan dengan menggunakan kaedah tan- gan kanan. Lihat Gambar 5.2 . Ibu jari sebagai arah arus I dan empat jari lain sebagai arah induksi magnet B. Sedangkan besaran induksi magnetnya dipengaruhi oleh kuat arusnya I, jarak titik ke penghantar dan bentuk penghantarnya. Perhatikan penjelasan berikut.
1. Kawat Lurus Panjang Berarus

Induksi magnet di sekitar kawat lurus panjang sebanding dengan kuat arus I dan berbanding terbalik dengan jaraknyaa. Konstanta pembandingnya adalah
. Perhatikan persamaan berikut.
Bp =
.............................................(5.1)
dengan : Bp = induksi magnet di titik P (wb/m2)
i = kuat arus listrik (A)
a= jarak titik P ke kawat (m)
μ0= permiabilitas hampa (4π.10-7 wb/Am)

Induksi Magnet
79
CONTOH 5.1

Dua kawat lurus panjang berarus listrik sejajar dengan jarak 15 cm. Kuat arusnya searah dengan besar IA= 10 A dan IB = 15 A. Tentukan induksi magnet di suatu titik C yang berada diantara kedua kawat berjarak 5 cm dari kawat IA.
Penyelesaian
IA = 10 A
IB = 15 A
aA = 5 cm
aB = 10 cm

Letak titik C dapat dilihat seperti pada Gambar 5.4. Sesuai kaedah tangan kanan arah induksi magnetnya berlawanan arah sehingga memenuhi :
BC= BA- BB
=
−
==
= 10-5 wb/m2

Dua kawat lurus panjang A dan B berjarak 10 cm satu sama lain. Keduanya dialiri arus sebesar IA = 2 A dan IB = 3 A. Tentukan :
a. Induksi magnet di titik tengah antara kedua
kawat,
b. letak titik yang induksi magnetnya nol!
2. Kawat Melingkar Berarus

Perhatikan Gambar 5.5. Sebuah kawat dilingkar-lingkar- kan kemudian dialiri arus, jari-jari a dan terdapat N lilitan. Sesuai kaedah tangan kanan, induksi magnet di pusat ling- karan P arahnya ke sumbu X positif. Besarnya induksi magnet sebanding dengan kuat arus I dan berbanding
terbalik dengan a. Konstanta pembandingnya
.
Bp =
N
..........................................(5.2)
Gambar 5.4

Induksi magnet di suatu titik oleh dua kawat berarus. BB keluar bidang dan BA masuk bidang.
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba
soal berikut.
Gambar 5.5
Induksi magnet di pusat ling-
karan

Fisika SMA Kelas XII
80
CONTOH 5.2

Kawat melingkar terdiri dari 50 lilitan dialiri arus sebesar 5 A. Jari-jari lingkaran 15 cm. Tentukan besar induksi magnet di pusat lingkaran tersebut.
Penyelesaian
I = 5A
N = 50
a= 15 cm = 15.10-2m
Induksi magnet di pusat lingkaran memenuhi :
Bp =
N
=
. 50 = 3,3π . 10-4 wb/m2

Sebuah kawat dibuat setengah lingkaran seperti gam- bar di bawah. Jika dialiri arus 10 A maka tentukan arah dan besar induksi magnet di titik P.
3. Solenoida Berarus

Solenoida adalah nama lain dari kumparan yang di- panjangkan, lihat Gambar 5.6. Kuat medan magnet pada titik yang berada di pusat sumbu solenoida memenuhi persamaan berikut.
Bp =μ0in
dan n =
...................................(5.3)
CONTOH 5.3

Sebuah solenoida jari-jarinya 2 mm dan panjangnya 50 cm memiliki 400 lilitan. Jika dialiri arus 2 A maka tentukan induksi magnet di titik tengah suatu solenoida!
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba
soal berikut.
Gambar 5.6
Solenoida berarus

Induksi Magnet
81
Penyelesaian
l= 50 cm = 0,5 m
N = 400
I = 2A
Induksi magnet di titik tengah suatu solenoida sebesar :
B =μ0in
= 4π.10-7. 2 .
= 6,4π . 10-4wb/m2

Kuat arus 5 A dialirkan pada solenoida yang memiliki kerapatan lilitan 1000 lilitan/m. Tentukan kuat medan magnet di titik tengah suatu solenoida.
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba
soal berikut.
LATIHAN 5.1

1. Kawat lurus panjang berarus listrik 5 A diarahkan mendatar dari selatan ke utara. Tentukan arah dan besar induksi magnet pada titik yang berjarak 4 cm di :
a. atas kawat,
b. bawah kawat,
c. di timur kawat,
d. di barat kawat.

2. Dua kawat lurus panjang berjarak 8 cm satu dengan yang lain. Kedua kawat dialiri arus I1 = 5 A dan I2= 6 A. Tentukan kuat medan listrik di titik yang berjarak 2 cm dari I1 dan 6 cm dari I2.

3. Kawat A berarus 6 A dan kawat B berarus 8 A dipasang sejajar pada jarak 14 cm. Tentukan letak suatu titik yang memiliki kuat medan magnet nol jika :
a. arusnya searah,
b. arusnya berlawanan arah!

4. Tentukan induksi magnet di titik P pada kawat-kawat berarus seperti di bawah.
a.
b.

5. Sebuah solenoida dihubungkan dengan sumber arus seperti gambar di bawah. Solenoida itu dapat menjadi magnet. Tentukan kutub-kutub magnet yang terjadi !

6. Suatu solenoid memiliki panjang 1,5 meter dengan 500 lilitan dan jari-jari 5 mm. Bila solenoid itu dialiri arus sebesar 0,2 A, tentukanlah induksi magnet di tengah solenoid ! (μo = 4π 10-7 Wb / Am)

Fisika SMA Kelas XII
82B. Gaya Lorentz

Sudah tahukah kalian dengan gaya Lorentz ? Di SMP kalian sudah belajar gaya ini. Gaya Lorentz meru- pakan nama lain dari gaya magnetik yaitu gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet. Kapan akan timbul bila ada interaksi dua medan magnet, contohnya adalah kawat berarus dalam medan magnet, kawat sejajar berarus dan muatan yang bergerak dalam medan magnet. Cermati penjelasan berikut.
1. Kawat Berarus dalam Medan Magnet

Pada setiap kawat berarus yang diletakkan dalam daerah bermedan magnet maka kawat tersebut akan merasakan gaya magnet. Gaya magnet atau gaya Lorentz merupakan besaran vektor. Arahnya dapat menggunakan kaedah tangan kanan seperti pada Gambar 5.7. Ibu jari sebagai arah I, empat jari lain sebagai arah B dan arah gaya Lorentz sesuai dengan arah telapak.

Besarnya gaya Lorentz sebanding dengan kuat arus I, induksi magnet B dan panjang kawatl. Jika B membentuk sudutθ terhadap I akan memenuhi persamaan berikut.Fl = B Il sinθ....................................... (5.4)

dengan : Fl = gaya Lorentz (N)
B = induksi magnet (wb/m2)
I = kuat arus listrik (A)
l= panjang kawat (m)
θ= sudut antara B dengan I
CONTOH 5.4

Sebuah kawat yang dialiri arus 3 A berada dalam medan magnet 0,5 tesla yang membentuk sudut 300. Berapakah besar gaya Lorentz yang dirasakan kawat tersebut sepanjang 5 cm?
Penyelesaian
I = 3A
B = 0,5 tesla (1 tesla = 1 wb/m2)
θ= 300
l= 5 cm = 5.10-2 m
Gaya Lorentz memenuhi :

Fl= B Il sin 300
= 0,5 . 3 . 5.10-2 .
= 3,75 . 10-2 N
Fl
B
θ
I
(a)
(b)
B
F
I
Gambar 5.7