Matakuliah : D0564/Fisika Dasar Tahun : September 2005 Versi : 1/1 Pertemuan 18 - 19 Medan Magnet, Gaya Magnet dan Gaya Gerak Listrik Induksi

Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : Menjelaskan konsep medan magnet, gaya magnet dan gaya gerak listrik induksi (C2)

Outline Materi • Medan magnet dan kuat medan magnet, hukum Biol-savart Gaya magnet, gaya Lorenz Gaya gerak listrik (ggl) induksi, hukum Lenz-Faraday

MEDAN MAGNET Muatan listrik selalu mengeluarkan medan listrik. Muatan listrik yang bergerak mengeluarkan medan listrik dan Medan Magnet. Arus listrik merupakan gerakan elektron, sehingga akan membangkitkan medan magnet disekitar kawat penghantarnya. Simbul-simbul besaran dalam medan magenet:  = fluks magnet, merupakan jumlah garis gaya magnet. (satuan WEBER, W)

B = rapat medan magnet, merupakan fluks magnet persatuan luas bidang yang ditembus. (satuan W/m2) H = Intensitas medan magnet atau kuat medan magnet. (satuan : Ampere/meter, A/m) B = oH (18.1) o = permeabilitas hampa (satuan W/Am) = 4 x 10-7 W/Am  = permeabilitas medium r = permeabilitas relatif = /o

Hubungan antara B dan  dinyatakan: = A B cos  (18.2) dimana A : luasan loop yang ditembus

Fluks magnet didefinisikan sebagai banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus luasan, dan ditulis:  =  B dA (18.3) Fluks magnet dapat ditingkatkan dengan cara memberikan bahan feromegnetik di dalam luasan tersebut. (ingat =r o)

HUKUM BIOT SAVART Hukum Biot-Savart menjelaskan besar dan arah medan magnet di sekitar kawat berarus. 1. Kawat lurus berarus. Medan magnet B pada titik p yang berjarak a dari kawat yang panjangnya l dan dialiri arus I dinyatakan sbb: l a p i 1 2

(18.4) Jika panjang kawat tak berhingga (∞), maka: (18.5) Jika posisi p simetri tengah: (18.6)

2.Kawat lingkaran berarus. p (18.7) 3.Kawat kumparan (solenoida) l i N l R 2 1

(18.8) jika l>>R, maka bedan B di pusat solenoida: (18.9) 4.Kumparan Toroida (kumparan lingkaran). Rd Rl N i

Medan magnet di dalam kumparan (posisi Rd<r<Rl): (18.10) Medan magnet pada r<Rd dan r>Rl sama dengan nol. GAYA MAGNETIK Gaya magnetik pada partikel bermuatan

Partikel bermuatan Q coulomb bergerak dengan kecepatan pada suatu medan magnet , akan mengalami gaya : Gaya magnet pada penghantar berarus : Jika kawat sepanjang l dialiri arus i dan berada dalam medan B, maka :

Untuk penghantar yang lurus dan yang konstan, maka : F = I L B sin 

dengan :  = sudut antara L dan B HUKUM FARADAY Jika fluks magnet yang menembus loop tertutup berubah terhadap waktu, maka terjadi gaya gerak listrik (ggl) induksi () pada loop tersebut. (18.11) N = jumlah lilitan pada loop

Perubahan fluks magnet dapat dikarenakan: Perubahan karena fungsi sinusoidal arus bolak-balik Fungsi putaran (). Kesimpulan: Ggl induksi akan timbul pada loop tertutup jika ada perubahan terhadap waktu (minimum salah satu) dari A, B atau .

INDUKTANSI 1. Induktasi bersama. Jika batang besi yang panjangnya l dililit dengan kumparan sehingga jumlah lilitannya N1 kemudian dialiri arus i1, maka akan timbul medan magnet.

Jika kemudian di luar lilitan pertama dililitkan lagi kawat lain dengan jumlah lilitan N2, maka ggl induksi akan terjadi pada lilitan kedua, yaitu: (18.12) M21disebut Induktasi bersama, yang nilainya: (18.13) Hal yang sama akan terjadi jika yang diberi arus pada lilitan dua, dimana M21 = M12

2.Induktansi Diri l i N Jika kumparan dialiri arus yang berubah sebagai fungsi waktu, maka akan terjadi induksi diri sehingga timbul ggl pada kumparan itu sendiri.

(18.14) (18.15) Jika dalam kumparan ada inti besi, dengan =ro maka induktansi dan ggl induksinya juga berubah dengan faktor r Contoh.

1. Suatu kawat yang panjangnya 5 m dialiri arus 20 A. a. Jika kawat dibentuk persegi, tentukan kuat medan di pusat diagonalnya? b. Juka kawar dibuat lingkaran, tentukan kuat medan magnet di pusatnya? Jawab:

a. Jika kawat berbentuk persegi empat, maka panjang sisinya :5/4 = 1,25 m. Jarak terdekat dari kawat ke pusat diagonal adalah: a = 1,25/2 = 0,625 m Dari pers. 16.6 diperoleh kuat medan di pusat adalah:

b. Kawat berbentuk lingkaran, keliling 5 m. Jari-jarinya: 0,796 m Kuat medan di pusat diperoleh dari pers. 16.7, yaitu: H= i/2r = 12,6 A/m