bab 7 sumber medan magnet1
TRANSCRIPT
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 1/22
Bab 7Bab 7
Sumber Medan MagnetSumber Medan Magnet
Materi Kuliah : Fisika Dasar 2
Ir. Tri Surawan M.Si
Fakultas TeknikFakultas Teknik
Universitas IndonesiaUniversitas Indonesia2014/2015 Term 12014/2015 Term 1
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 2/22
Pokok BahasanPokok Bahasan
1.1. Medan Magnet pada Muatan BergerakMedan Magnet pada Muatan Bergerak
2.2. Medan Magnet pada Kawat BerarusMedan Magnet pada Kawat Berarus
3.3. Medan Magnet pada Konduktor BerarusMedan Magnet pada Konduktor Berarus
LurusLurus
4.4. Gaya antara Konduktor BerarusGaya antara Konduktor Berarus
5.5. Medan Magnet pada Loop Berarus PusarMedan Magnet pada Loop Berarus Pusar
6.6. Hukum AmpereHukum Ampere.. Ap!"kas" Hukum AmpereAp!"kas" Hukum Ampere
#.#. Kemagnetan Ba$an %&ugas Ba'a(Kemagnetan Ba$an %&ugas Ba'a(
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 3/22
PendahuluanPendahuluan
Hans )$r"st"an *ersted pada a+ad 1, menemukanHans )$r"st"an *ersted pada a+ad 1, menemukan+a$wa -arum kompas d"s"mpangkan o!e$ arus !"str"k+a$wa -arum kompas d"s"mpangkan o!e$ arus !"str"kd"dekatnya.d"dekatnya.
e+u!an sete!a$nya /ean Bapt"ste B"ot dan 0e!"e+u!an sete!a$nya /ean Bapt"ste B"ot dan 0e!"
aart %d"kena! dengan $ukum B"otaart(aart %d"kena! dengan $ukum B"otaart(mengumumkan $as"!$as"! pengukuran tentangmengumumkan $as"!$as"! pengukuran tentanggaya pada magnet d" dekat kawat pan-ang yanggaya pada magnet d" dekat kawat pan-ang yangmem+awa arus !"str"k.mem+awa arus !"str"k.
Kemud"an AndreMar"e Ampere memper!uasKemud"an AndreMar"e Ampere memper!uas
per'o+aan "n" dan menun-ukkan +a$wa e!emen arusper'o+aan "n" dan menun-ukkan +a$wa e!emen arus -uga menga!am" gaya ket"ka +erada da!am medan -uga menga!am" gaya ket"ka +erada da!am medanmagnet"k dan +a$wa dua arus akan sa!"ngmagnet"k dan +a$wa dua arus akan sa!"ngmem+er"kan gaya.mem+er"kan gaya.
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 4/22
Medan Magnetik dariMedan Magnetik dari
Muatan Titik yang BergerakMuatan Titik yang Bergerak Apa+"!a muatan t"t"k +ergerakApa+"!a muatan t"t"k +ergerak
dengan ke'epatan muatan "n" akandengan ke'epatan muatan "n" akan
meng$as"!kan medan magnet"k Bmeng$as"!kan medan magnet"k B
da!am ruang yang d"+er"kan o!e$da!am ruang yang d"+er"kan o!e$
d"mana permea+"!"tas ruang +e+as d"mana permea+"!"tas ruang +e+as
7788 9 4: 189 4: 1833 &.m;A 9 4: 18&.m;A 9 4: 1833 <;A<;A22
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 5/22
Contoh SoalContoh SoalMuatan titik yang besarnya q1 = 4,5 nC sedang bergerak dengan
kee!atan ",# $ 1%7 m&det se'a'ar dengan sumbu $ se!an'ang garis
y = "( Carilah medan magnetik yang dihasilkan oleh muatan inidititik asal a!abila muatannya berada dititik $ = )4m i, y = )" m ',
se!erti !ada gambar(
*ee!atan muatan + = ",# $ 1%7 m&det dan +ektor dari muatan ke titik asal
diberikan oleh r = 4 m i - " m '( .alu r = 5 m dan +ektor satuan adalah/
maka/
sehingga/
Penyelesaian /
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 6/22
0aya Magnetik dan0aya Magnetik dan
*ekekalan Momentum*ekekalan Momentum Gaya 0Gaya 01212 yang d"+er"kan o!e$ muatan yang d"+er"kan o!e$ muatan 11 yang +ergerakyang +ergerak
dengan ke'epatan dengan ke'epatan 11 pada muatan pada muatan 22 yang +ergerak denganyang +ergerak denganke'epatan ke'epatan 22 d"+er"kan o!e$d"+er"kan o!e$
dengan Bdengan B11 merupakan medan magnet"k pada pos"s" muatanmerupakan medan magnet"k pada pos"s" muatan22 ak"+at muatan ak"+at muatan 11 dan r dan r1212 merupakan ektor satuan yangmerupakan ektor satuan yangmengara$ dar" mengara$ dar" 11 ke ke 22..
Ha! yang sama gaya 0Ha! yang sama gaya 02121 yang d"+er"kan muatan yang d"+er"kan muatan 22 yangyang+ergerak dengan ke'epatan +ergerak dengan ke'epatan 22 pada muatan pada muatan 11 yangyang+ergerak dengan ke'epatan +ergerak dengan ke'epatan 11 d"+er"kan o!e$d"+er"kan o!e$
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 7/22
m!lementasi Medan !adam!lementasi Medan !ada
ua Muatan yang Bergerakua Muatan yang Bergerak
Muatan t"t"k Muatan t"t"k 11 +erada pada t"t"k = 9 +erada pada t"t"k = 9 ii > y> y j j dandan+ergerak se-a-ar sum+u dengan ke'epatan +ergerak se-a-ar sum+u dengan ke'epatan 1199
11ii. Muatan t"t"k kedua . Muatan t"t"k kedua 22 +erada d" t"t"k asa! dan+erada d" t"t"k asa! dan+ergerak sepan-ang sum+u dengan ke'epatan+ergerak sepan-ang sum+u dengan ke'epatan22 9 9 22 ii sepert" yang d"tun-ukkan pada gam+ar. sepert" yang d"tun-ukkan pada gam+ar.)ar"!a$ gaya magnet"k yang d"+er"kan o!e$ set"ap)ar"!a$ gaya magnet"k yang d"+er"kan o!e$ set"apmuatan pada muatan !a"nnya.muatan pada muatan !a"nnya.
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 8/22
Solusi SoalSolusi Soal Pertama k"ta men'ar" gaya yang d"kera$kan pada Pertama k"ta men'ar" gaya yang d"kera$kan pada 11
dengan memper$at"kan ektor satuannya yang +ern"!a" =dengan memper$at"kan ektor satuannya yang +ern"!a" =
se$"nggase$"ngga
karenanya medan magnet"k yang d"$as"!kan muatan karenanya medan magnet"k yang d"$as"!kan muatan 22 ter$adap ter$adap 11 ada!a$ ada!a$
se$"ngga gaya magnet"k ak"+at se$"ngga gaya magnet"k ak"+at 22 ter$adap ter$adap 11 men-ad" men-ad"
?ektor satuan ?ektor satuan 11 ke ke 22 +ern"!a" @= se$"ngga+ern"!a" @= se$"ngga
maka gaya yangmaka gaya yang d"kera$kan pada d"kera$kan pada 22 o!e$ o!e$ 11
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 9/22
Medan Magnetik 2rus/Medan Magnetik 2rus/
3ukum Biot)Sa+art3ukum Biot)Sa+art Medan magnet"k yang d"$as"!kanMedan magnet"k yang d"$as"!kan
pada e!emen pan-ang kawat yangpada e!emen pan-ang kawat yang
d"a!"r" arus !"str"k memenu$"d"a!"r" arus !"str"k memenu$"
persamaanpersamaan
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 10/22
2!likasi 3ukum Biot)Sa+art 2!likasi 3ukum Biot)Sa+art
Perhatikan gambar disam!ing
integral dl untuk sim!al !enuh meru!akan keliling sim!al, yakni
6, sehingga/
ilai B tersebut meru!akan nilai medan magnetik untuk !usat
lingkaran&sim!al(
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 11/22
Contoh SoalContoh Soal
Carilah arus dalam sim!al melingkar dengan 'ari)'ari 8 m yang akanmemberikan medan magnetik sebesar 0 di !usat sim!alnya(
Penyelesaian /
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 12/22
Menghitung Medan Magnetik padaMenghitung Medan Magnetik pada
Sumbu Simpal Arus Melingkar Sumbu Simpal Arus Melingkar
Perhatikan gambar di sam!ing(9 Teknik menghitung medan di titik P
adalah sama dengan teknik menghitung
medan listrik(
9 Medan magnet di titik P/
karena integral dl menghasilkan keliling 6, maka/
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 13/22
B 2kibat 2danyaB 2kibat 2danya
2rus dalam Solenoid 2rus dalam Solenoid
o!eno"d merupakan kawat d"gu!ung dengan sum+uo!eno"d merupakan kawat d"gu!ung dengan sum+uyang sama.yang sama.
&"ap !"!"tan kawat pada so!en"od akan meng$as"!kan&"ap !"!"tan kawat pada so!en"od akan meng$as"!kan
ara$ medan magnet yang seragam se$"nggaara$ medan magnet yang seragam se$"nggad"dapatkan medan magnet yang kuat d"tenga$d"dapatkan medan magnet yang kuat d"tenga$tenga$ so!eno"d.tenga$ so!eno"d.
Peru+a$an ara$ arus !"str"k yang menga!"r d"da!amPeru+a$an ara$ arus !"str"k yang menga!"r d"da!amso!eno"d akan mem+er"kan peru+a$an ara$ medanso!eno"d akan mem+er"kan peru+a$an ara$ medan
magnet"k.magnet"k.
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 14/22
B Akibat AdanyaB Akibat Adanya
Arus dalam SlenidArus dalam Slenid
Kedua gam+ar d"atas meng"!ustras"kan ara$ medanKedua gam+ar d"atas meng"!ustras"kan ara$ medan
magnet yang ter-ad" pada so!eno"da.magnet yang ter-ad" pada so!eno"da. Gam+ar so!eno"da se+e!a$ k"r" menun-ukkanGam+ar so!eno"da se+e!a$ k"r" menun-ukkan
konsentras" medan pada t"ap segmen dan gam+arkonsentras" medan pada t"ap segmen dan gam+arkanan meng"!ustras"kan kekuatan medan magnetkanan meng"!ustras"kan kekuatan medan magnetdengan gam+ar so!en"od ter!"$at dar" s"s" atas.dengan gam+ar so!en"od ter!"$at dar" s"s" atas.
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 15/22
Menghitung Medan MagnetikMenghitung Medan Magnetik
dalam Sleniddalam Slenid /"ka so!eno"d mem"!"k" pan-ang L yang ter+entang/"ka so!eno"d mem"!"k" pan-ang L yang ter+entang
dar" 9 a $"ngga 9 a terd"r" dar" < !"!"tandar" 9 a $"ngga 9 a terd"r" dar" < !"!"tan%kerapatan !"!"tan n 9 < ; L( dan d"a!"r" arus maka%kerapatan !"!"tan n 9 < ; L( dan d"a!"r" arus makamedan magnet pada sum+u d" da!am so!eno"dmedan magnet pada sum+u d" da!am so!eno"dd"pero!e$d"pero!e$
Has"! "ntegra! +ag"an terak$"r d"pero!e$Has"! "ntegra! +ag"an terak$"r d"pero!e$
/"ka d"su+s"tus"kan ke persamaan medan magnet/"ka d"su+s"tus"kan ke persamaan medan magnetd"pero!e$d"pero!e$
/"ka L pan-ang seka!" maka = dapat d"a+a"kan/"ka L pan-ang seka!" maka = dapat d"a+a"kanse$"nggase$"ngga
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 16/22
Contoh SoalContoh SoalCarilah medan magnetik di !usat solenoid yang !an'angnya % m, 'ari)
'ari 1,4 m, dan #%% lilitan yang menyalurkan arus 4 2(
:ntuk suatu titik di !usat solenoid, a = b = 1% m( engan demikian /
Medan magnetik di !usat solenoidnya ialah /
Penyelesaian /
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 17/22
B 2kibat 2danya 2rusB 2kibat 2danya 2rus
dalam *a;at .urusdalam *a;at .urusMedan akibat elemen arus di titik P/
<ika !ersamaan tersebut dituliskan dalam /
9<ika $ = tan , maka /
kita !eroleh
9Medan magnetik dari 1 dan adalah /
Medan magnetik total akibat
segmen ka;at ini ialah 'umlah
antara B1
dan B
adalah /
3asilnya untuk ka;at yang sangat
!an'ang dengan meneta!kan 1 =
= >%? /
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 18/22
Contoh soalContoh soalCarilah medan magnetik di !usat sim!ai bu'ur sangkar dengan sisi
t = 5% m yang menyalurkan arus 1,5 2(
<arak antara satu sisi dengan titik medannya ialah
engan demikian, medannya adalah /
Penyelesaian /
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 19/22
e@inisi 2m!eree@inisi 2m!ere
Besaran gaya magnetik !ada segmen A ialah
0ambar di ba;ah ini menun'ukkan dua ka;at !an'ang, se'a'ar yang menyalurkan
arus dalam arah yang sama(
Besaran gaya !ada segmen A dengan
demikian ialah
dimana
0aya !er !an'ang satuan ialah
<ika dua ka;at se'a'ar yang sangat !an'ang yang ter!isah se'arak satu meter
menyalurkan arus yang sama, arus dalam setia! ka;at dide@inisikan sebagai satuam!ere a!abila gaya !er !an'ang satuan !ada setia! ka;at adalah $ 1%)7 &m(
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 20/22
Contoh soalContoh soalua batang lurus yang !an'angnya 5% m dan ter!isah 1,5 mm
dalam neraa arus menyalurkan arus masing)masing 15 2 dalamarah yang berla;anan( Bera!akah massa yang harus ditem!atkan
di batang atas untuk mengimbangi gaya tolak magnetiknya
0aya yang dikerahkan oleh batang ba;ah !ada batang atas yang !an'angnya ℓ
memiliki besaran
0aya ini da!at diimbangi oleh beban sebesar mg /
Penyelesaian /
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 21/22
3ukum 2m!ere3ukum 2m!ere Ca!am +entuk matemat"s $ukumCa!am +entuk matemat"s $ukum
Ampere "a!a$ Ampere "a!a$
M"sa!kan penggunaan $ukum AmpereM"sa!kan penggunaan $ukum Ampere
untuk men'ar" medan magnet"k dar"untuk men'ar" medan magnet"k dar"kawat yang pan-angnya takkawat yang pan-angnya takter$"ngga !urus yang menya!urkanter$"ngga !urus yang menya!urkanarus.arus.
ntegra! dntegra! d ℓ ℓ d" se!uru$ !"ngkaran ada!a$d" se!uru$ !"ngkaran ada!a$
22::r yakn" ke!"!"ng !"ngkarannya.r yakn" ke!"!"ng !"ngkarannya.Cengan dem"k"an k"ta mempero!e$ Cengan dem"k"an k"ta mempero!e$
C sembarang kur+a tertutu!
meru!akan arus yang menembus luasan yang dibatasi oleh kur+a C
8/16/2019 Bab 7 Sumber Medan Magnet1
http://slidepdf.com/reader/full/bab-7-sumber-medan-magnet1 22/22
3ukum 2m!ere3ukum 2m!ere Penggunaan $ukum Ampere untuk meng$"tung medanPenggunaan $ukum Ampere untuk meng$"tung medan
magnet"k pada toro"d yang d"gu!ung rapat yang terd"r" atasmagnet"k pada toro"d yang d"gu!ung rapat yang terd"r" atass"mpa! kawat yang d"gu!ung d" seke!"!"ngnya.s"mpa! kawat yang d"gu!ung d" seke!"!"ngnya.
M"sa!kan a dan + mas"ngmas"ng merupakan -ar" -ar" da!amM"sa!kan a dan + mas"ngmas"ng merupakan -ar" -ar" da!amdan !uar toro"dnya. Arus tota! yang me!a!u" !"ngkarandan !uar toro"dnya. Arus tota! yang me!a!u" !"ngkaran+er-ar"-ar" r "tu untuk a D r D + "a!a$ <.+er-ar"-ar" r "tu untuk a D r D + "a!a$ <.
Hukum Ampere ada!a$ Hukum Ampere ada!a$
Medan magnet"knya ada!a$ no!Medan magnet"knya ada!a$ no!+a"k untuk r D a dan untuk r E ++a"k untuk r D a dan untuk r E +