APSiswaNavbarV2

redesain-navbar Portlet

BelajarPintarV3

Fisika

Kemagnetan

Daftar Materi

MATERI

Medan Magnet

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering kali menggunakan peralatan elektronik seperti mixer, blender, kipas angin, dan bahkan mobil listrik. Yang menarik adalah bahwa sebagian besar peralatan ini menggunakan prinsip kerja magnet induksi. Di dalamnya, terdapat motor listrik yang memiliki komponen magnet dan kumparan kawat. Saat diberi arus listrik, motor listrik ini dapat mengubah energi listrik menjadi gerakan mekanik.

Prinsip medan magnet juga digunakan dalam teknologi transportasi modern, seperti kereta Maglev. Kereta ini dapat mencapai kecepatan tinggi hingga 600 km/jam. Konsep medan magnet induksi memungkinkan kereta ini mengapung di atas rel tanpa kontak fisik, menghasilkan pergerakan yang cepat dan efisien.

Tidak hanya magnet yang dapat menghasilkan gerakan, tetapi perubahan dalam medan magnet juga menghasilkan efek menarik. Ketika medan magnet di sekitar kumparan kawat mengalami perubahan, ini menghasilkan Gaya Gerak Listrik (GGL) yang dikenal sebagai induksi elektromagnetik. Efek ini dimanfaatkan dalam pembangkit listrik menggunakan generator.

Medan magnet terbentuk oleh kutub-kutub magnet yang saling tarik menarik atau tolak menolak. Serbuk besi yang ditaburkan di sekitar magnet akan membentuk pola garis-garis medan. Bahkan Bumi sendiri memiliki medan magnet yang terbentuk di sekitar intinya. Medan magnet ini mempengaruhi arah kompas dan memiliki dampak besar dalam navigasi dan pemahaman tentang Bumi.

Gaya Magnet

  • Gaya Magnet pada Muatan Bergerak

Dalam fisika, medan magnet memiliki peran penting dalam menentukan gaya pada muatan yang bergerak. Berbeda dengan medan listrik, medan magnet hanya memengaruhi muatan yang bergerak dan arah kecepatannya tidak sejajar dengan arah medan magnet. Jika muatan bergerak dalam medan magnet, akan terjadi interaksi antara muatan dan medan magnet yang menghasilkan gaya magnet. Gaya ini dapat dihitung dengan rumus:

Di mana F adalah gaya magnet pada muatan (N), q adalah muatan muatan (C), v adalah kecepatan muatan (m/s), B adalah kuat medan magnet (Tesla), dan tetha adalah sudut antara kecepatan dan arah medan magnet.

Untuk menentukan arah gaya magnet pada muatan yang bergerak dalam medan magnet, kita dapat menggunakan aturan tangan kanan. Dalam aturan ini, ibu jari menunjukkan arah kecepatan muatan, telunjuk menunjukkan arah medan magnet, dan telapak tangan menunjukkan arah gaya magnetnya.

  • Gaya Magnet dalam Kawat Berarus Listrik

Medan magnet juga mempengaruhi kawat berarus listrik. Saat kawat berarus berada dalam medan magnet, terjadi interaksi antara arus listrik dan medan magnet yang menghasilkan gaya magnet. Gaya ini dapat dihitung dengan rumus:

Di sini, F adalah gaya magnet pada kawat (N), i adalah kuat arus listrik dalam kawat (A), l adalah panjang kawat (m), B adalah kuat medan magnet (Tesla), dan tetha adalah sudut antara arah kawat berarus dan arah medan magnet.

Prinsip gaya magnet juga digunakan dalam spektrometer massa, alat untuk menentukan massa atom. Sampel diionisasi menjadi bermuatan positif, lalu dilewatkan pada pelat dengan beda potensial yang menghasilkan kecepatan. Dengan menggunakan persamaan gaya magnet, massa partikel yang memasuki detektor dapat dihitung.

Gaya magnet pada kawat berarus listrik memiliki peran penting dalam motor listrik, menghasilkan gerakan putaran pada komponen-komponen motor. Aturan tangan kanan digunakan untuk menentukan arah gaya magnet pada muatan yang bergerak.

Motor Listrik

Motor listrik merupakan salah satu komponen penting dalam banyak perangkat elektronik yang berputar saat diberi arus listrik. Motor listrik terdiri dari magnet dan kumparan kawat yang akan berputar ketika arus listrik mengalir melaluinya.

Saat arus listrik mengalir melalui kumparan kawat dalam motor listrik, terjadi interaksi antara arus listrik dan medan magnet. Interaksi ini menghasilkan gaya magnet yang bekerja pada kedua sisi kumparan. Dalam gambaran yang lebih sederhana, kita dapat membayangkan bahwa pada sisi kumparan yang berlawanan, ada momen gaya yang bekerja. Momen-momen ini bersifat berlawanan arah dan menciptakan gaya torsi, atau momen kopel, yang menyebabkan kumparan berputar.

Putaran kumparan dalam motor listrik dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu medan magnet, arus listrik yang mengalir melalui kumparan, dan jumlah lilitan kumparan. Momen kopel yang mendorong putaran kumparan muncul karena adanya dua momen gaya berlawanan pada kawat berarus listrik. Meskipun besar gaya magnet tetap, besar momen gaya selalu berubah karena posisi kawat terhadap arah medan magnet juga berubah.

Gaya magnet pada setiap sisi kawat dapat dihitung menggunakan persamaan:

di mana L adalah panjang sisi kiri atau kanan kawat, B adalah kuat medan magnet, dan i adalah kuat arus listrik.

Besar momen gaya pada setiap sisi kawat dapat dihitung dengan persamaan:

di mana d adalah lengan gaya atau jarak tegak lurus antara poros rotasi dan titik tangkap gaya.

Momen kopel adalah jumlah dari momen-momen gaya pada kedua sisi kawat. Momen kopel terbesar terjadi saat sudut antara arus dan medan magnet adalah 90 derajat dan terkecil saat 0 derajat.

Luas penampang kawat (A) dapat digunakan dalam perhitungan momen gaya pada satu sisi kawat.

Konsep prinsip kerja motor listrik memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari. Motor listrik digunakan dalam berbagai perangkat, seperti blender, kipas angin, dan mobil listrik. Prinsip ini juga penting dalam pengembangan teknologi canggih, seperti robotika dan otomatisasi industri.

1.

Kerjakan  soal berikut ini !

Benda yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet disebut dengan ...
 


A. Bahan Magnetik
B. Feromagnetik
C. Paramagnetik
D. Diamagnetik
E. Non magnetik

JAWABAN BENAR

B.

Feromagnetik

PEMBAHASAN

  • Bahan magnetik : benda-benda yang ditarik oleh magnet
  • Feromagnetik : benda-benda yang ditarik dengan kuat oleh magnet seperti: besi, baja, kobalt, dan nikel
  • Paramagnetik : benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet, seperti : magnesium, lithium
  • Diamagetik : benda-benda yang tidak ditarik oleh magnet (sebagian sumber mengatakan ditolak lemah) seperti: perak, emas, tembaga, bismut
     

2.

Kerjakan  soal berikut ini !

Penyebab jarum kompas yang selalu menunjukkan arah utara-selatan adalah ....
 


A. Di utara dan di selatan ada magnet yang terbesar
B. Untuk memudahkan penentuan arah angin
C. Ada tarikan dari kutub-kutub bumi
D. Ada tarikan oleh kutub-kutub magnet bumi
E. Terdapat baterai didalam kompas

JAWABAN BENAR

D.

Ada tarikan oleh kutub-kutub magnet bumi

PEMBAHASAN

Di dalam bumi terdapat magnet bumi dengan posisi seperti gambar di atas, kutub utara magnet bumi berada di bagian kutub selatan geografis bumi (di bawah) sedangkan kutub selatan magnet bumi berada di bagian kutub utara geografis bumi (di atas). Kutub utara jarum kompas akan tertarik kutub selatan magnet bumi sehingga selalu menunjukkan arah utara dan selatan

3.

Kerjakan  soal berikut ini !

Daerah di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet disebut ….


A. Gaya magnet
B. Induksi magnet
C. Kutub magnet
D. Medan magnet
E. Fluks magnet

JAWABAN BENAR

D.

Medan magnet

PEMBAHASAN

Medan magnet adalah ruang/daerah disekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet tersebut. Medan magnet digambarkan dengan garis–garis gaya magnet,  dan dinyatakan dengan anak panah.

4.

Kerjakan  soal berikut ini !

Pernyataan berikut yang sesuai dengan teori medan magnet adalah.. Kecuali..
 


A. Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.
B. Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
C. Tempat yang garis-garis gaya magnetnya rapat menunjukkan medan magnetnya kuat, sebaliknya tempat yang garis-garis magnetiknya renggang menunjukkan medan magnetnya lemah
D. Besarnya medan magnet pada suatu titik dipengaruhi oleh besarnya gaya magnet yang dialami oleh titik tersebut.
E. Besarnya medan magnet berbanding lurus dengan jarak titik terhadap sumber magnet.

JAWABAN BENAR

E.

Besarnya medan magnet berbanding lurus dengan jarak titik terhadap sumber magnet.

PEMBAHASAN

Pernyataan pada ops E salah, dikarenakan besarnya medan magnet berbanding terbalik degan jarak titik pada dengan jarak titik terhadap sumber magnet. Hal tersebut sesuai dengan rumus :


 

5.

Kerjakan soal berikut dengan benar!

Dua kawat sejajar terpisah sejauh 8 cm, dialiri arus listrik seperti pada gambar diatas. Besar dan arah arus induksi magnteik pada titik P adalah….


A. 4×10-5 W/m2 menembus bidang
B. 5×10-5 W/m2 menembus bidang
C. 6×10-5 W/m2 menembus bidang
D. 7×10-5 W/m2 menembus bidang
E. 8×10-5 W/m2 menembus bidang

JAWABAN BENAR

A.

4×10-5 W/m2 menembus bidang

PEMBAHASAN

Berdasarkan kaidah tangan kanan, kawat yang berarus 4A arah induksi magnetiknya masuk B1 masuk bidang. Dan kawat yang berarus 6A arah induksi magnetiknya masuk B2 masuk bidang. Sehingga bisa dirumuskan :


Sehingga, Besar dan arah arus induksi magnteik pada titik P adalah 4×10-5  T dan menembus bidang ( sesuai dengan kaidah tangan kanan ).

6.

Jawablah soal berikut ini!

Sebuah motor listrik memiliki kumparan yang dialiri arus sebesar 10 A dan berada dalam medan magnet sebesar 0,2 T. Jika panjang kawat dalam kumparan adalah 1 meter, berapakah besar gaya yang dihasilkan oleh motor tersebut?


A. 1 N
B. 2 N
C. 3 N
D. 4 N
E. 5 N

JAWABAN BENAR

B.

2 N

PEMBAHASAN

Gaya yang dihasilkan oleh motor listrik dapat dihitung dengan rumus yang sama dengan gaya magnetik:


 

7.

Jawablah soal berikut ini!

Sebuah motor listrik memiliki daya keluaran sebesar 200 W dan beroperasi pada tegangan 100 V. Berapakah besar arus listrik yang mengalir melalui motor tersebut?


A. 1 A
B. 2 A
C. 3 A
D. 4 A
E. 5 A

JAWABAN BENAR

B.

2 A

PEMBAHASAN

Daya listrik (P) didefinisikan sebagai hasil kali antara tegangan (V) dan arus (I):


 

redesain-navbar Portlet