Medan Magnetik - Website Staff UIstaff.ui.ac.id/.../suryadarma/material/medansumbermedanmagnetik.pdf · • Jika sebuah magnet kecil diberikan medan magnet (B) maka magnet ... Medan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Sejarah• Studi magnetisme berkembang dari pengamatan bahwa “batu-
batu tertentu”(magnetit) dapat menarik potongan besi kecil-kecil. Fenomena magnetisme berasal dari daerah Magnesia (Asia Kecil) dimana batu-batu itu ditemukan. 2000 tahun yang lalu.
• Pada abad ke-12, acuan tertulis juga menyatakan bahwapenggunaan magnet untuk navigasi sudah banyak dilakukan.
• Pada tahun 1269, Pierre de Maricourt menemukan bahwajarum jam yang diletakkan pada berbagai posisi pada magnet alami akan berbentuk bola
• Magnet alami merupakan bumi sendiri (William Gilbert 1600).
• Medan magnetik bumi memiliki besar 0,6 G dan diarahkan kebawah dan utara, yang membuat sudut kira-kira 70o dengangaris mendatar. (Besar dan arah medan magnetik bumiberubah-ubah dari satu tempat ketempat lain. Data ini kira-kira benar untuk Amerika Serikat bagian tangah). Proton bermuatan q=1,6 x 10-19 C sedang bergerak secaramendatar kearah utara dengan kecepatan v=107 m/s. Hitunglah gaya magnetik pada proton tersebut.
Contoh Soal• Sepotong kawat yang panjangnya 3 mm menyalurkan arus
3A dalam arah x. Kawat ini terletak dalam medan magnetikyang besarnya 0,02 T yang berada pada bidang xy danmembuat sudut 30o dengan sumbu x seperti gambardibawah. Berapakah gaya magnetik yang dikerahkan padapotongan kawat tersebut?
• Jika sebuah partikel bergeraktegak lurus dalam sebuah medanB, maka lintasan gerak partikelakan dibelokkan seperti padagambar. Akan tetapi kecepatanpartikel tidak berubah.maF =
• Proton yang bermasa m = 1,67 x 10-27 kg dan muatan q = -e = 1,6 x 10-19C bergerak dalam lingkaran yang berjari-jari21 cm tegak lurus terhadap medan magnetik B = 4000 G. Carilah (a) periode gerak dan (b) kecepatan protonnya.
• Diketahui:m = 1,67 x 10-27 kg q = 1,6 x 10-19C B = 4000 G
Pemilihan Kecepatan• Jika sebuah muatan dilewatkan pada sebuah medan
magnetik dan medan listrik maka pergerakan muatan dapatdikendalikan.
• Perhatikan gambar berikut: qvBqE = BEv =
Dari kedua formulasi diatasdapat disimpulkan bahwapartikel dengan muatan lambatakan dibelokkan oleh medanlistrik, sedangkan partikeldengan kecepatan tinggi akandibelokkan oleh medan magnet.
• Misalkan x1 jarak plat defleksi, berguna untuk mengatur pergerakanelektron.
• Jika elektron bergerak mendatar dengan kecepatan vo ketika memasukiplat tersebut, waktu yang dihabiskan diantara plat tersebut ialah t1 = x1/v0dan kecepatan tegak (Vy) ketika elektron meninggalkan pelat ialah:
Pengukuran q/m untuk Elektron oleh Thomson (1)• Penyimpangan pada daerah sepanjang pelat adalah:
• Pada daerah berikutnya elektron melewati daerah x2. Dimanawaktu yang dibutuhkan untuk mencapai layar ialah t2=x2/v0, sehingga penyimpangan tambahan adalah:
Contoh Soal• Elektron lewat tidak dibelokkan ketika melewati pelat alat
Thomson ketika medan listrik 3000 V/m dan terdapat medanmagnetik silang sekuat 1,40 G. Jika pelat panjangnya 4 cm dan ujung pelat 30 cm dari layar, carilah simpangan pada layarapabila medan magnetik dihilangkan.
Spektrometer Massa• Alat mengukur perbandingan massa
terhadap muatan dari ion yang muatannyadiketahui dengan mengukur jari-jari orbit melingkarnya dalam medan magnet seragam.
• Jika ion awalnya diam, lalu bergerak melaluibeda potensial ∆V, energi kinetik ion ketikamemasuki medan magnetik sama dengankehilangan energi potensialnya:
• Gambar diatas menunjukkan gaya-gaya yang dikerahkan oleh medanmagnetik seragam pada simpal arus persegi panjang dengan vektorsatuan n membentuk sudut dengan medan magnetik B.
• Momen gayanya merupakan perkalian gaya dengan lengan gayanya:θθτ sinsin IABIabB ==
• Jika sebuah magnet kecil diberikan medan magnet (B) maka magnet kecil tersebut cenderung untuk meluruskan dirinya terhadap medanmagnet yang disebabkab adanya gaya F1 dan F2 seperti pada gambar.
• Jika kekuatan kutub (qm) magnet dipengaruhi oleh medan magnet (B) maka akan diperoleh hubungan:dimana kekuatan kutub ini bernilai positif untuk kutub utara dan negatifuntuk kutub selatan.
• Sehingga momen magnetinya dapat didefinisikan sebagai:dengan l merupakan vektor dari kutub selatan atau utara.
• Jika kedua lempeng tersebut dihubungkandengan kawat yang bertahanan R makaelektron akan mengalir dari bagian ataslempengan menuju bagian bawah lempeng.
• Dengan demikian akan muncul beda potensialantara lempeng atas dengan lempeng bawahyang dikenal dengan sebutan tegangan Hall.
• Jika batang kawat pada bagian tertentu kitabesarkan maka muatan yang melaluinyadalam sebuah medan magnet tertentu akanmengalami gaya magnetik. Gaya inimenyebabkan muatan pada kawatterpolarisasi.
• Hans Christian Oersted pada abad 19 menemukan bahwajarum kompas disimpangkan oleh arus listrik didekatnya.
• Sebulan setelahnya Jean Baptiste Biot dan Felix Savart(dikenal dengan hukum Biot-Savart) mengumumkan hasil-hasil pengukuran tentang gaya pada magnet di dekat kawatpanjang yang membawa arus listrik.
• Kemudian Andre-Marie Ampere memperluas percobaan inidan menunjukkan bahwa elemen arus juga mengalami gayaketika berada dalam medan magnetik dan bahwa dua arusakan saling memberikan gaya.
= 4,5 nC sedang bergerakdengan kecepatan 3,6 x 107
m/det sejajar dengan sumbu x sepanjang garis y = 3. Carilahmedan magnetik yang dihasilkan oleh muatan inidititik asal apabila muatannyaberada dititik x = -4m i, y = -3 m j, seperti pada gambar.
• Muatan titik q1 berada pada titik R = xi + yj dan bergerak sejajar sumbu x dengan kecepatan v1 = v1 i. Muatan titik kedua q2 berada di titik asal danbergerak sepanjang sumbu x dengan kecepatan v2 = v2 I, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Carilah gaya magnetik yang diberikan olehsetiap muatan pada muatan lainnya.
• Kedua gambar diatas mengilustrasikan arah medan magnet yang terjadi pada solenoida.
• Gambar solenoida sebelah kiri menunjukkan konsentrasi medanpada tiap segmen, dan gambar kanan mengilustrasikan kekuatanmedan magnet dengan gambar soleniod terlihat dari sisi atas.