Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-09 Hukum Biot-Savart PHYSI.

Presentasi berjudul: "Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-09 Hukum Biot-Savart PHYSI."— Transcript presentasi:

1

2 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-09 Hukum Biot-Savart PHYSI S

3 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Materi Kuliah Review tentang Gaya Lorentz Hukum Biot-Savart

4 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Review tentang Gaya Lorentz

5 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya Lorentz pada partikel bermuatan 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

6 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Aplikasi gaya Lorentz (selektor kecepatan) -ve +ve + FEFE + v FBFB FBFB

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

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

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

10 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

11 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

12 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

13 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya pada suatu kawat berarus… Suatu kawat diletakkan vertikal antara 2 kutub magnet.

14 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 + FBFB v B A l

15 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Hukum Biot-Savart

16 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Pengantar Kita telah mendiskusikan bagaimana suatu medan magnetik mempengaruhi gerakan partikel bermuatan (arus listrik) Kita belum mendiskusikan sumber dari medan magnetik Akan ditunjukkan bahwa arus listrik (partikel bermuatan yang bergerak) menghasilkan medan listrik Hal ini dapat dipandang sebagai mekanisme dasar bagaimana semua medan magnetik dihasilkan.

17 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Sejarah… Tahun 1819 Hans Christian Oersted menemukan bahwa jarum kompas dibelokkan oleh suatu kawat berarus. Kemudian tahun 1920an Jean-Baptiste Biot dan Felix Savart melakukan eksperimen untuk menentukan gaya yang bekerja pada kompas oleh suatu kawat berarus. Hasilnya adalah sebagi berikut …

18 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Hasil percobaan Jean-Baptiste Biot & Felix Savart dB adalah medan magnetik yang diproduksi oleh potongan kecil kawat ds adalah vektor panjang dari potongan kecil kawat yang searah dengan arah arus r adalah vektor posisi dari potongan kawat ke titik dimana medan magnetik ingin diukur I adalah arus dalam kawat  adalah sudut antara ds & r r ds dB 

19 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Hasil Percobaan Biot & Savart … dB tegak lurus ds dB tegak lurus r |dB| berbanding terbalik |r| 2 |dB| sebanding dengan arus I |dB| sebanding dengan |ds| |dB| sebanding dengan sin 

20 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Hukum Biot – Savart Semua hasil di atas dapat disimpulkan dalam suatu “hukum” yang dikenal sebagai Hukum Biot- Savart Masukkan konstanta : dimana  0 adalah permeabilitas ruang hampa

21 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Menghitung medan magnetik dengan Hukum Biot-Savart Kita dapat menggunakan hukum Biot-Savart untuk menghitung medan magnetik oleh suatu kawat berarus B = dB 1 +dB 2 +…+dB i atau B =  dB r1r1 ds 1 dB 1 r2r2 ds 2 ds i dB i riri dB 2

22 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Menghitung medan magnetik dengan Hukum Biot-Savart Kita dapat menggunakan hukum Biot- Savart untuk menentukan arah dari medan oleh segmen kawat r1r1 ds 1 dB 1 r1r1 ds r dB

23 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Menghitung medan magnetik dengan Hukum Biot-Savart dB 1 r1r1 c.f. Of course there is no such thing as an isolated current segment!

24 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Medan magnetik dari suatu kawat lurus a ds x  r x Tanda (-) karena terletak pada sb-x negatif

25 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Medan magnetik dari suatu kawat lurus B selalu keluar dari kertas Arah medan: Besar medan: Lebih mudah kalau di nyatakan dalam  ds r dB

26 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Medan magnetik dari suatu kawat lurus Besar medan: … Gunakan Kalkulus!

27 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh lain Hitunglah medan magnetik pada titik O dari segmen kawat berarus seperti pada gambar. Kawat terdiri dari dua bagian yang lurus dan satu bagian melengkung dengan jari-jari R dan sudut . Arah panah pada kawat menyatakan arah arus.

28 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh lain … Untuk segmen lurus AA’ dan CC’: Untuk segmen AC, elemen panjang ds selalu tegak lurus dengan r dan mempunyai jarak yang sama ke titik O, sehingga Dengan demikian

29 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya magnetik dari suatu loop arus melingkar Tinjau suatu loop kawat melingkar dengan jari-jari R yang terletak pada bidang-yz dan membawa arus I, seperti pada gambar. Tentukan medan magnetik di titik aksial P yang terletak pada jarak x dari titik pusat cincin

30 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya magnetik dari suatu loop arus melingkar

31 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S

32 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya magnetik dari suatu loop arus melingkar ds r B selalu keluar dari layar Arah: ds r dB Besar: ds selalu  r

33 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh medan magnetik yang lain Pusat loop kawat dengan jari-jari R Pusat lilitan kawat berjari-jari R dengan N lilitan Pada suatu jarak a dari kawat lurus panjang

34 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Komentar tentang penggunaan Hukum Biot- Savart These examples are quite hard and show how difficult it is to use this Law In a real situation you might use a computer to calculate the magnetic field due to the wire Next week we will discover Amperes Law which is often much easier to use

35 Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Gaya magnetik antara dua kawat sejajar

36 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya magnetik antara dua kawat sejajar A current carrying wire in a magnetic field feels a magnetic force A current carrying wire generates a magnetic field Thus two current carrying wires will exert a force on each other

37 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya magnetik antara dua kawat sejajar I2I2 B2B2 I1I1 a Magnetic field at wire 1 from wire 2 Magnetic Force on wire 1 due to B 2 (everything  )

38 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Gaya magnetik antara dua kawat sejajar Force on wire 1 due to wire 2 From Newton’s 3 rd Law (& symmetry) Force on wire 2 due to wire 1 Force / unit length

39 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Definisi Ampere If the magnitude of the force per unit length between 2 parallel wires carrying identical currents and separated by 1m is 2×10 -7 N/m then the current in each wire is 1A Definition of a Coulomb: If a current of 1A is passing through a wire then 1C of charge passes a surface in 1s

40 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Quiz I 1 = 2A, I 2 = 6A (a)F 1 = 3F 2 (b) F 1 = F 2 (c) F 1 = F 2 /3

41 Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Summary Biot-Savart Law (Field produced by wires) Centre of a wire loop radius R Centre of a tight Wire Coil with N turns Distance a from long straight wire Force between two wires Definition of Ampere

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