MEDAN MAGNET INDUKSI
7.7
Gejala Kemagnetan : Medan Magnet adalah ruangan yang memberikan gaya magnet kepada benda-benda dan muatan listrik yang bergerak disekitarnya. Adanya medan magnet dinyatakan dengan garis-garis gaya magnet ( garis induksi ) Apabila B membentuk sudut dengan garis normal N dari bidang datar seluas A , maka fluks magnetik dirumuskan sebagai berikut : N
B
A . = Arah induksi magnet tegak lurus bidang gambar menuju pembaca x = Arah induksi magnet tegak lurus bidang gambar menjauhi pembaca
= B.A Cos = fluks magnetik dengan satuan weber ( Wb )
A = luas bidang dengan satuan m2 B = induksi magnet dengan satuan Wb.m-2 atau tesla ( T ) Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus Listrik 1. Hans Christian Oersted : Menemukan bahwa disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet.
P a i
2. Andre Marie Ampere . Menenukan arah medan magnet disekitar kawat berarus listrik. Arah medan magnet dapat dicari dengan aturan tangan kanan Ampere. - Arah ibu jari menunjukan arah arus listrik ( i ). - Arah lipatan empat jari lainnya menyatakan arah induksi magnet( B
i
B
A. Induksi magnet. Menurut Biot dan Savart besar induksi magnet B di titik P berbanding lurus dengan arus listrik ( I ). -
P B
r A
I
berbanding lurus dengan panjang elemen kawat penghantar ( l
- ) - berbanding terbalik dengan kwadrat jarak antara titik itu ke elemen kawat penghantar. ( r2 ) - berbanding lurus dengan sinus sudut antara arah arus dan garis penghubung titi itu ke elemen kawat penghantar ( Sin )
a l
B = Induksi magnet ( Wb/m2 = tesla ) k = konstanta = 10-7 weber/amp.m o = 4 i = kuat arus listrik ( A ) r = jarak AP = sudut antara l dengan r
a. Disekitar kawat lurus panjang. Besar induksi magnet di titik P adalah : P
B=
a i
Keterangan : B = Induksi magnet ( Wb/m2 = tesla ) k = konstanta = 10-7 weber/amp.m o = 4 i = kuat arus listrik ( A ) a = jarak titik ke kawat penghantar
Induksi magnet disekitar kawat melingkar. Besar induksi magnet B di titik P pada sumbu lingkaran yang berjarak r terhadap keliling lingkaran adalah sebesar : B Cos r
a
B
x
A
B B Sin
P
i
Besar induksi magnet B di pusat kawat melingkar ( A )yang bejari jari a adalah sebesar
Keterangan : B = kuat medan magnet induksi [(Wb/m2 = Tesla (T)] o = 4 x 10-7 ( Wb/A.m) a = jarak suatu titik dari kawat (m) Jika kawat melingkar terdiri dari N lilitan , besar induksi magnet pada pusat lingkarannya adalah :
Induksi magnet pada sumbu solonoida : Solonoida adalah kumparan atau lilitan kawat yang sangat rapat. N Apabila N = jumlah lilitan , l = panjang lilitan , maka n l T
O
Sumbu Solenoida
Di pusat solenoida : N B = o i . l B = o i .n
Di ujung solenoida : 1 N B = o i . 2 l B =
o .i.n 2
d. Induksi magnet pada Toroida Toroida adalah solonoida yang dlengkungkan yang sumbunya membentuk lingkaran dengan jari-jari sebagai berikut : R R2 R 1 2 Induksi magnet pada pusat solonoida adalah :
atau i B. Gaya Lorentz Gaya Lorentz akan timbul, bila kawat berarus listrik diletakkan dalam medan magnet. a. Besar gaya Lorentz :
B
FL = B.i. .sin
Keterangan : FL = gaya Lorentz (N) B = kuat medan manet (T) i = kuat arus listrik ( A) l = panjang kawat yang dilingkupi oleh medan magnet = sudut antara i dengan B b. Arah gaya Lorentz. Arah Gaya Lorentz dapat dicari dengan aturan tangan kiri atau tangan kanan. Aturan tangan kiri : - jari tengah sebagai arus listrik ( i ). FL - telunjuk sebagai iduksi magnet ( B ). B - ibu jari sebagai gaya Lorentz ( FL )
atau
FL = i x B.
B
i
FL = i B l Sin Aturan tangan kanan : Jari tangan kanan diatur sedemikian rupa sehingga antarn ibu jari, telunjuk dan jari lainnya saling tegak lurus. Maka berlaku: arah telunjuk menyatakan arah kuat arus listrik (i) ,sedangkan tiga jari lainnya (jari tengah, jari manis dan kelingking) menyatakan arah . kuat medan magnet (B) dan ibu jari menyatakan ara gaya Lorentz (FL )
FL
i B
C. Contoh-contoh gaya Lorentz. a. Pada Muatan bergerak Besarnya : FL = Bq v .sin Keterangan : FL = gaya Lorentz ( N ) q = muatan listrik (C) B = kuat medan magnet (T) v kecepatan gerakan muatan (m/s) = sudut antara arah kuat medan magnet dengan arah gerakan muatan Lintasan muatan yang bergerak dalam medan magnet Muatan positif..
+q
Muatan negatif.. xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx
-q
xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx
Besar gaya Lorentz adalah : FL = B q V Sin
b. Muatan yang terperangkap dalam medan xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxx +q x xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx Berlaku :
FL = Fs
magnet homogen
B q v =m
v2 r
Sehingga didapat : mv r = Bq Keterangan : r = jari-jari lintasan (m) m = massa muatan listrik (kg) v = kecepatan muatan listrik (m/s) B = kuat medan magnet (T) q = muatan listrik (C) b. Pada dua kawat sejajar. Bila dua buah kawat sejajar dialiri arus listrik , maka pada masing-masing kawat menunjukan gejala intraksi akibat timbulnya gaya Lorentz 1). Interaksi saling tarik.
i
2). Interaksi saling tolak
i
i
i
F1
F1 F2
F2 a
a 1
akan
2
1
2
Besar gaya interaksinya: FL = D. AFLIKASI GAYA MAGNETIK a. Galvanometer ( G ) Komponen dasar sebuah galvanometer ada-lah sebuah bingkai kawat dan medan magnet homogen. o Bila sebuah G dipasang hambatan de-pan, akan berfungsi sebagai Amper-meter. o Bila sbuah G diseri dengan hambatan, maka akan befungsi sebagai Volt-meter. b. Motor listrik . o Motor pada tepe recorder o Motor pada kipas angin listrik E . INDUKTANSI DIRI (L) Hasil pengamatan Joseph Henry: Besarnya GGL Indukasi sebanding dengan perubahan arus terhadap waktu,sbb.: dI L dt
Sedangkan :
N
d dt
Maka : L=
o. A.N 2 l
Keterangan : L = induktansi diri (H) A = luas penampang kumparan ( m2) l = panjang kumparan ( m) o = permeabilitas ruang hampa ( 4 × 10-7 Wb / A.m ) F. ENERGI YANG TERSIMPAN DALAM KUMPARAN ( w) 1 W = L.I2 2 W = energi yang tersimpan pada induktor (J) L = induktasi diri inductor ( H) I = kuat arus listrik yang lewat pada induktor. ( A)
