Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-08 Medan Magnetik.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-08 Medan Magnetik."— Transcript presentasi:

1

2 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-08 Medan Magnetik

3 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Topik Hari ini Pengantar Gaya Magnetik Gaya Magnetik Gaya Lorentz Gaya Lorentz Bubble Chamber Velocity Selector Mass Spectrometer Cyclotron

4 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Pengantar Jika sebuah kawat yang diletakkan vertikal di sekitar tumpukan pasir halus (atau serbuk besi) diberi arus listrik, maka pasir halus ini akan membentuk garis-garis konsentris dengan kawat sebagai pusatnya. Garis-garis ini menggambarkan bahwa di sekitar kawat tersebut medan magnetik atau medan magnet. Medan magnetik diberi simbol* : B *Tidak ada aturan baku dalam menamai medan vektor pada gejala magnetisasi. B mungkin disebut juga sebagai induksi magnetik atau rapat fluks magnetik. Medan vektor yang lain H, kadang disebut sebagai medan magnetik. Dalam kuliah ini kita anggap B sebagai besaran yang lebih mendasar, karenanya kita sebut B sebagai medan magnetik.

5 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Pengantar … Dalam medan listrik kita mengenal: muatan listrik  E  muatan listrik Seharusnya simetri antara medan listrik dan medan magnet memungkinkan kita untuk menuliskan muatan magnet  B  muatan magnet Akan tetapi karena tidak/belum dijumpai muatan magnetik tunggal (monopole magnetic), maka pernyataan yang lebih lengkap adalah: muatan listrik yg bergerak  B  muatan listrik yg bergerak atau arus listrik  B  arus listrik Jadi arus listrik akan menimbulkan medan listrik

6 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Medan Magnetik N S N S Medan magnetik, B, searah dengan arah jarum kompas Besarnya ditentukan dari gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak

7 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Muatan bergerak dalam medan magnetik Eksperimen menunjukkan FBFB v + B B B Medan magnetik menembus bidang Berkas partikel bermuatan dalam Medan B

8 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik Besarnya gaya magnetik F B yang bekerja pada suatu partikel sebanding dengan muatan q dan laju partikel |v| Besar dan arah dari gaya F B bergantung pada kecepatan partikel v dan besar & arah medan magnetik B

9 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik… Ketika partikel bergerak sejajar dengan vektor medan magnetik, gaya magnetik yang bekerja pada partikel adalah nol Ketika vektor kecepatan partikel v membuat sudut   dengan medan magnetik, gaya magnetik bekerja dalam arah yang tegak lurus dengan v dan B. Dengan kata lain F  bidang yang dibentuk oleh v dan B

10 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik… Gaya magnetik yang bekerja pada muatan positif berlawanan arah dengan gaya magnetik yang bekerja pada muatan negatif yang begerak dalam arah yang sama Besarnya medan magnetik yang bekerja pada partikel yang bergerak sebanding dengan sin  dimana  adalah sudut yang dibentuk vektor kecepatan partikel dan medan magnetik B

11 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya yang bekerja pada muatan yang bergerak dalam medan magnetik … Eksperimen menunjukkan bahwa: Kita dapat menggunakan hubungan ini untuk menentukan besarnya B

12 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya Magnetik Jika sebuah muatan q bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnetik B, maka muatan tersebut akan mengalami gaya magnetik F, yang besarnya adalah: Atau dalam bentuk vektor   v F q Aturan tangan kanan

13 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya Magnetik … Satuan SI untuk B adalah tesla (T) 1 tesla = 1 newton / (coulomb.meter/second) = 1 newton / (ampere.meter) Satuan yang lebih awal untuk B (bukan SI) adalah gauss. 1 tesla = 10 4 gauss

14 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Tabel 1. Beberapa contoh nilai medan magnetik LokasiMedan Magnetik, (T) Pada permukaan bintang neutron (dihitung) 10 8 Dekat magnet superkonduktor5 Dekat elektromagnetik yang besar 1 Dekat batang magnetik kecil10 -2 Dekat permukaan bumi10 -4 Ruang antar bintang Dalam ruang kedap magnetik10 -14

15 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Perbedaan antara gaya listrik dan gaya magnetik Bekerja searah dengan medan listrik Bekerja pada partikel bermuatan tanpa memperdulikan apakah bergerak atau tidak Bekerja memindahkan partikel Bekerja dalam arah tegak lurus medan magnetik Bekerja pada partikel muatan hanya jika partikel tersebut bergerak Tidak bekerja untuk menindahkan partikel Charged particle in E field c.f. Charged particle in B field

16 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Usaha dan Energi Gaya magnetik tidak bekerja untuk memindahkan partikel yang bergerak Energi kinetik partikel tidak berubah Laju tidak berubah tetapi kecepatan dan arah bisa berubah

17 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Partikel bermuatan dalam medan magnetik serba sama Medan menembus bidang + v v FBFB Perhatikan laju tidak berubah tetapi arah berubah Force is always  to v

18 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Partikel bermuatan dalam medan magnetik serba sama Medan menembus bidang v FBFB + + Karena gaya selalu dalam arah radial, ia bekerja untuk mempertahankan partikelbergerak dalam lingkaran Charged particle spiralling in B field

19 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bubble chamber Momentum / charge is Radius [measured] times Field [known]

20 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal Sebuah proton bergerak dalam lintasan lingkaran dengan jari-jari 14 cm dalam sebuah medan magnetik 0.35 T yang tegak lurus dengan kecepatan proton. Tentukan laju linier proton.

21 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Gaya Lorentz

22 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya Lorentz Jika medan listrik E dan medan magnetik B dua- duanya diaplikasikan pada partikel bermuatan maka total gayanya adalah: Gaya ini dikenal sebagai gaya Lorentz: E q  FBFB v FEFE

23 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Selektor kecepatan & Gaya Lorentz -ve +ve + FEFE FBFB Gaya magnetik Gaya listrik Gaya Total Gaya Lorentz

24 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Velocity Selector v FBFB + Berkas partikel bermuatan dalam medan B + v -ve +ve + FEFE Gaya magnetik Gaya listrik

25 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Velocity Selector (selektor kecepatan) -ve +ve + FEFE + v FBFB FBFB

26 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Selektor kecepatan

27 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Velocity Selector Magnetic Force Electric Force Equating the magnitudes Since the velocity & Magnetic Field are perpendicular thus Finally Since E & B are fixed we have selected a single velocity

28 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bainbridge Mass spectrometer Charge to mass ratio r Measuring the radius for fixed B 1, B 2, E 1, gives you the mass/charge ratio

29 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bainbridge Mass Spectrometer Measuring the radius for fixed B 1, B 2, E 1, gives you the mass/charge ratio Thomson used this technique to measure the charge to mass ratio of the electron Or of course the charge/mass ratio

30 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Spektrometer massa

31 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Bainbridge Mass Spectrometer Velocity Selector Medan Magnetic homogen Film perekam

32 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Spektrometer massa

33 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Quiz Recording film a bc A mass spectrometer records particles arriving at position b. If particles of the same charge but half the mass were put in the with the same set-up would they arrive at a, b or c? If particles of the half the charge & half the mass were put in the with the same set-up would they arrive at a, b or c? If particles of the double the charge & 3 × mass were put in the with the same set-up would they arrive at a, b or c?

34 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Cyclotron Ingat rumus untuk jari-jari partikel bermuatan yang bergerak dan medan magnetik serba sama sehingga Ini adalah frekuensi sudut dimana partikel bergerak melingkar (spiral) dalam medan magnetik serba sama yang dikenal sebagai frekuensi cyclotron. N.B. frekuensi (juga periode T = 2  /  tidak bergantung pada kecepatan partikel tetapi hanya pada sifat fundamental dari partikel dan kuat medan magnetik B. Berguna bagi aplikasi praktis dalam suatu pemercepat partikel Cyclotron

35 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Cyclotron Partikel pada jari-jari dalam & luar membutuhkan waktu yang sama untuk 1 putaran Meskipun partikel pada jari-jari lebih luar bergerak lebih cepat +ve -ve  -ve  +ve FEFE Pada setiap siklus partikel melewati gap dan dipercepat oleh medan listrik. Hal ini menyebabkan bertambahnya kecepatan dan bergerak dengan jari- jari yang lebih besar FEFE

36 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Cyclotron We must switch the charge of the drums at the right frequency V t  t = T/2 =  m/qB VV Kecepatan maksimum yang dapat dicapai: Pada saat partikel meninggalkan akselerator

37 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Cyclotron V t  t = T/2 =  m/qB Setiap percepatan melewati gap memberikan tambahan energi: VV Energi kinetik akhir: Jumlah siklus:

38 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Cyclotron

39 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Partikel bermuatan dalam medan magnetik serba sama The angular velocity of a particle in a magnetic field depends only on its charge to mass ratio Or we can measure the radius, for a particle of known charge, mass in a known field to find the velocity If we know the mass, velocity, charge and magnetic field we can estimate the radius

40 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal a). Tentukan besar medan B b). Tentukan kecepatan angular elektron

41 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal …. a). Medan magnetik B b). Kecepatan angular elektron

42 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Gaya pada kawat berarus

43 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada suatu kawat berarus Sebuah kawat berarus terdiri dari partikel bermuatan yang bergerak sehingga tiap partikel akan mengalami gaya berikut. + FBFB v B A l

44 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada kawat berarus Gaya total pada segmen kawat adalah jumlah gaya pada seluruh muatan Asumsikan gayanya sama pada setiap pembawa arus (muatan) Jumlah muatan (N) adalah densitas muatan (n) × Volume (Al) Kumpulkan semua yg tidak berarah (besaran skalar) Ingat laju hanyut

45 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada suatu kawat berarus… Gaya pada kawat Vector panjang kawat searah dengan arah arus Arus Medan Magnetik L B Gaya = NOL B L |F|=ILB B L

46 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada kawat berarus B F 1 =0 F 3 =0 F 5 =0 F 2 =IL 2 B F 4 =IL 4 B Gaya pada suatu segmen kawat sama dengan gaya pada suatu kawat lurus antara dua titik yang sama

47 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada suatu kawat berarus…

48 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal Suatu kawat yang dibentuk sehingga menjadi setengah lingkaran dengan jejari R diberi arus I seperti pada gambar. Kawat diletakkan dalam suatu bidang xy dan medan magnetik serba sama diberikan searah sumbu-y positif. Hitung total gaya magnetik yang bekerja pada loop kawat.

49 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal… Gaya yang bekerja pada bagian kawat yang lurus F 1 =ILB = I (2R) B Gaya yang bekerja pada bagian kawat yang melengkung sama dengan gaya pada suatu kawat lurus antara dua titik yang sama F 2 =- ILB = -I (2R) B Gaya total:

50 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada loop kawat berarus L B F = 0 L L L F = +ILB F = -ILB Gaya total adalah nolTetapi torsi/torka tidak nol

51 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Torsi pada loop kawat berarus L’L’ B L L L’L’ Tetapi torsi/torka tidak nol Karena L×B tegak lurus L’    x B  = IA = momen dipol magnet

52 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh soal: Kontrol satelit Banyak satelit menggunakan kumparan yang disebut torquers untuk mengatur arahnya. Alat ini berinteraksi dengan medan magnetik bumi untuk menghasilkan torsi pada satelit dalam arah x,y,z. Energi dari sistem kontrol ini berasal dari sel-surya. Jika momen dipol magnetik dari alat kontrol adalah 250 A.m 2, tentukan torsi maksimum yang diberikan ke satelit bila torquer dinyalakan pada ketinggian dimana medan magnetik bumi adalah 3 x T.

53 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Summary Practical uses of moving charge in magnetic field Lorentz Force Force on Wire

54 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S End of Section...


Download ppt "Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-08 Medan Magnetik."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google