BAB 7 MEDAN MAGNETIK Aurora  “curtain” several hundred kilometers high, several thousand kilometers long, but less than 1 km thick

GAYA LORENTZ Gaya akibat medan listrik E : Gaya searah atau berlawanan arah dengan medan listrik tergantung pada muatan q Gaya akibat medan magnetik B : Gaya tegak lurus pada bidang yang dibentuk oleh vektor v dan B  perkalian vektor Gaya akibat medan listrik E dan magnetik B (Gaya Lorentz):

Gaya pada muatan bergerak dalam medan magnetik Notasi arah medan magnetik : Arah keluar bidang gambar Arah masuk dalam bidang gambar Arah gaya selalu tegak lurus pada arah gerak sehingga terjadi gerak melingkar

GERAK MELINGKAR BERATURAN

Contoh Soal 7.1 Elektron berputar dengan energi kenetik sebesar 22,5 eV. Medan magnetik yang keluar dari bidang gambar mempunyai magnituda sebesar 4,55 x 10-4 T. Hitung : a). Jari-jari lingkaran b). Frekuensi c). Perioda Jawab :

Arah v miring terhadap B

Van Allen radiation belts

CYCLOTRON DAN SYNCROTRON R= 6,3 km Fermilab

Contoh Soal 7.2 Sebuah cyclotron yang berjari-jari 53 cm beroperasi pada frekuensi 12 MHz. Medan magnetik yang digunakan adalah 1,6 T. Partikel bermuatan yang digunakan adalah deuteron yang bermuatan sama dengan proton tapi bermassa dua kali massa proton. Hitung energi kinetik yang dihasilkan Jawab :

GAYA PADA KAWAT BERARUS

Contoh Soal 7.3 Pada sebuah kawat horisontal sepanjang 2 m mengalir arus listrik sebesar 28 A. Rapat massa kawat adalah 46,6 gr/m. Berapa besar dan arah medan magnetik yang diperlukan agar kawat tersebut mengambang di udara. Jawab Agar dapat mengambang maka arah gaya harus ke atas dan sama besar dengan berat kawat Jadi arah medan magnetik harus ke kanan

Contoh Soal 7.4 Mass spectrometer adalah alat untuk mengukur massa ion. Prinsip kerjanya seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Sebuah ion bermassa m dan bermuatan +q keluar dari sumber S yang diberi tegangan sebesar V. Ion akan dipercepat dan masuk ke dalam medan magnetik B, berputar dan jatuh di detektor pada jarak x. Tunjukkan besarnya massa dapat dihitung dari : Jawab :

MOMEN GAYA PADA KUMPARAN ARUS Jumlah lilitan N :  = momen dipole magnetik dari kumparan

Prinsip Kerja Motor Listrik Medan magnetik yang digunakan dihasilkan dari magnit batang Arus listrik dilewatkan melalui kumparan Pada saat arah arus seperti terlihat pada gambar momen gaya yang terjadi akan memutar kumparan searah jarum jam Setelah berputar 180 o , maka arah arus menjadi berlawanan arah dengan arah semula sehingga kumparan akan berputar kembali ketempat semula

Prinsip Kerja Motor Listrik Sebuah alat yang disebut komutator akan membalikkan arah arus sehingga kumparan akan berputar dengan arah semula. Akibatnya kumparan akan memutar poros secara terus menerus dalam arah yang sama. Jadi pada motor listrik energi listrik (berupa arus listrik) diubah menjadi energi mekanik (berupa batang poros yang berputar)

Contoh Soal 7.5 Pada gambar di samping ini ditunjukkan konstruksi sebuah amperemeter yang bekerja berdasarkan momen gaya akibat arus listrik. Didalamnya terdapat sebuah kumparan sepanjang a = 2,1 cm dengan lebar b = 1,2 cm. Jumlah lilitannya adalah N = 250. Kumparan ini berada di dalam sebuah magnit permanen yang menghasilkan medan magnetik sebesar B = 0,23 T dan arahnya radial sehingga selalu tegak lurus (  = 0) pada bidang /normal kumparan. Akibatnya bila arus dilewatkan melalui kumparan, maka terjadi momen gaya yang akan memutar kumparan. Untuk mendeteksi/mengukur sudut putarannya dipasang sebuah pegas putar yang dihubungkan dengan jarum penunjuk skala. Bila diinginkan arus sebesar 100 mA akan memutar jarum tersebut sebesar 28o , berapa besar konstanta pegas putar K yang diperlukan?

Jawab :

Latihan Soal No. 1 Seorang fisikawan hendak merancang sebuah cyclotron yang akan digunakan untuk mempercepat proton sehingga kecepatannya menjadi sepersepuluh dari kecepatan cahaya. Magnit yang digunakan menghasilkan medan magnetik sebesar 1,4 T. a). Hitung jari-jari cyclotron tersebut [22 cm] b). Hitung frekuensi yang sesuai. [21,5 MHz] Latihan Soal No. 2 Pada sebuah kawat sepanjang L dilewatkan arus sebesar i. Kawat ini dibuat menjadi kumparan berbentuk lingkaran. Kumparan ini berada dalam medan magnetik sebesar B. a). Tentukan jumlah lilitan N agar diperoleh momen gaya yang maksimum [N = 1] b). Hitung besarnya momen gaya maksimum tersebut.[ i B L2 /4]

Latihan Soal No. 3 Sebuah kawat sepanjang 62 cm dan bermassa 13 gram digantungkan pada sepasang pegas. Kawat tsb dialiri arus sebesar 5 A. Akibat beratnya, maka batang tersebut akan turun sehingga pegas akan teregang. Agar tegangan dalam pegas tersebut hilang (menjadi nol kembali) maka diperlukan medan magnetik yang arahnya seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Hitung besarnya medan magnetik yang diperlukan [41 mT]