Hukum Biot Savart, Gaya Lorentz, Induksi Medan Magnetik: Pengertian Rumus Contoh Soal Perhitungan,

Pengertian Medan Magnetik. Di sekitar benda magnet selalu ada daerah atau ruang atau tempa yang dinamai medan magnet. Pada daerah ini, magnet lain dan benda yang bersifat magnet akan dipengaruhi oleh gaya magnet.

Sumber Medan Magnet

Sumber medan magnetic dibedakan menjadi dua jenis, yaitu magnet permanen dan magnet induksi.

Garis Gaya Magnet

Di sekitar magnet permanen terdapat medan megnetik yang digambarkan dengan garis garis gaya magnetic. Garis garis gaya megnetik selalu keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan magnet. Sedangan di dalam magnet, arah garis garis gaya magnetic digambarkan dari selatan ke utara.


Garis garis gaya magnet dapat menunjukkan kekuatan dari medan maget. Daerah yang memiliki medan magnet kuat digambarkan dengan garis garis gaya yang rapat. Sedangkan daerah yang medan magnetiknya lemah digambarkan dengan garis garis gaya yang renggang..

Daerah medan magnet yang memiliki kuat medan magnetic terbesar disebut kutub magnet. Setiap magne memiliki dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan.

Induksi Medan Magnetik

Medan Magnet yang dihasilkan oleh arus listrik disebut medan magnet induksi. Garis garis gaya magnet oleh arus listrik selalu melingkari kawat. Dalam hal ini Kawat sebagai sumbu lingkaran.

Arah Medan Magnet

Orientasi arah garis garis gaya megnet mengikuti aturan tangan kanan atau aturan putaran sektup. Arah medan magnet di suatu titik searah dengan orientasi garis garis gaya dan selalu menyinggung lingkaran garis garis gaya.

Aturan Tangan Kanan Arah Medan Magnet Kawat Berarus
Aturan Tangan Kanan Arah Medan Magnet Kawat Berarus

Kaidah Aturan Tangan Kanan

Apabila arah ibu jari menyatakan arah aliran arus listrik, maka arah lipatan jari-jari yang lainnya menyatakan arah medan magnet.

Hukum Bio Savart

Hukum Biot–Savart menyatakan bahwa besarnya induksi magnet di suatu titik di sekitar kawat berarus listrik adalah:

– Berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir pada kawat tersebut.

– Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantarnya.

– Berbanding lurus dengan sinus sudut yang dibentuk oleh arah arus dengan garis hubung dari suatu titik ke kawat penghantar.

– Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari titik itu ke kawat penghantar.

Kuat Medan Magnet

Kuat  medan magnetic menunjukkan besarnya induksi magnetic yang ditimbulkan oleh sebuah kawat yang berarus listrik.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Kawat Lurus

Besarnya kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang beraliran arus listrik dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

BP =(μ0. I)/(2.π.r)

Dengan Keterangan

BP = induksi magnetik di suatu titik (P)  (Wb/m2 atau Tesla)

μ0 = permeabilitas ruang hampa (4 ×10-7 Wb.A-1m-1)

I = kuat arus yang mengalir dalam kawat (A)

r = jarak suatu titik (P) ke kawat penghantar (m)

Contoh Soal Ujian Kuat Medan Magnet Kawat Lurus

Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listik sebesar 10 A dari arah timur ke barat, tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P tepat di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm..

Penyelesaian :

Diketahui :

I = 10 A

r= 10 cm = 0,1 m

μ0 = 4 π×10-7 Wb A-1 m-1

Ditanyakan :

BP = …?

Jawab

BP =(μ0.I)/(2.π.r)

BP = (4 x 3,14 x10-7x10)/(2 x 3,14 x 0,1)

Bp = 2 x 10-5 Tesla  yang arahnya ke selatan.

Jadi, besarnya induksi magnet di titik P adalah: 2 x 10-5 Tesla dan arahnya ke selatan.

Contoh Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Kawat Lingkaran

Besarnya induksi magnetic di pusat kawat berbentuk lingkaran dapat dinyatakan sebagai berikut:

BP =(μ0 I)/(2.r)

Jika keliling lingkaran tidak penuh atau tidak membentuk  3600, misalkan θ derajat, maka besar induksi magnetic di pusat lingkaran dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

BP = (θ/360)x(μ0 I)/(2.r)

Jika terdapat terdapat N lilitan kawat yang membentuk lingkaran, maka induksi magnetiknya adalah:

BP = N (μ0 I)/(2.r)

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida

Solenoida adalah kumparan yang memanjang yang memiliki diameter lebih kecil dibandingkan dengan Panjang kumparannya. Jarak antara lilitan yang satu dengan yang lainnya sangat rapat dan biasanya terdiri atas satu lapisan atau lebih.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida
Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida

Besarnya induksi magnetic di tengah atau pusat solenoida dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

BP = N (μ0 I)/(L)

Sedangkan besar induksi magnetic di ujung solenoida dapat dinyatakan dengan mebggunakan persamaan rumus berikut:

BP = N (μ0 I)/(2.L)

Dengan Keterangan:

N = jumlah lilitan kawat

L = Panjang solenoida

Contoh Soal Perhitungan Rumus Kuat Medan Magnet Solenoida

Suatu solenoida memiliki panjang 2 m dan 800 lilitan dengan jari- jari 2 cm. Jika solenoida dialiri arus 0,5 A, tentukan induksi magnetic di pusat solenoida,

Penyelesaian:

Diketahui

L = 2 m

N = 800

I = 0,5 A

Ditanyakan Bp di pusat solenoida = ..?

Jawab

BP = N (μ0 I)/(L)

BP = 800 (4 π×10-7 Wb.A-1m-1 x 0,5A)/(2m)

BP = 2,5 x 10-4 T

Contoh Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida

Toroida  adalah sebuah solenoida yang dilengkungkan sehingga membentuk sebuah lingkaran.

Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida
Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida

Besar induksi magnetic pada toroida dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

BP = N (μ0 I)/(2.π.r) atau

BP = N (μ0 I)/(L)

Dengan keterangan:

r = jari jari toroida, m

Gaya Lorentz

Gaya magnetik atau gaya lorentz adalah gaya yang timbul pada penghantar berarus atau muatan yang bergerak dalam medan magnetik.

Jika kawat sepanjang l dialiri arus listrik sebesar I dan berada dalam medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet.

Besarnya gaya magnetik gaya Lorentz yang dialami oleh kawat yang beraliran arus lisrik :

– Berbanding lurus dengan kuat medan magnet/induksi magnet (B).

– Berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat (I).

– Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar ( L).

– Berbanding lurus dengan sudut (θ) yang dibentuk arah arus (I) dengan arah induksi magnet (B).

Arah Gaya Lorentz

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut  (Gambar en.wikipedia)

Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Kawat Berarus
Gaya Lorenzt Gaya Magnet Kawat Berarus

Aturan Tangan Kanan Gaya Lorentz

Apabila tangan kanan dalam keadaan terbuka, semua jari- jari dan ibu jari diluruskan. Arah dari pergelangan tangan menuju jari- jari menyatakan arah induksi magnet B dan arah ibu jari menyatakan arah arus listrik I, maka arah gaya magnetiknya F dinyatakan dengan arah telapak tangan menghadap (arah F ke atas).

Gaya Lorentz  Gaya Magnet Kawat Berarus

Gaya Lorentz yang terjadi pada kawat berarus dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

F = B. I. L sin θ

Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Lorentz  Gaya Magnet Kawat Berarus

Sebuah kawat  berarus 3 A berada dalam medan magnet 0,5 tesla yang membentuk sudut 300. Berapakah besar gaya Lorentz yang dialami kawat tersebut sepanjang 5 cm?

Penyelesaian

Diketahui

I = 3 A

B = 0,5 tesla (1 tesla = 1 wb/m2)

θ = 300

L = 5 cm = 5.10-2 m

Ditanyakan F = …

Gaya Lorentz memenuhi :

F = B .I .L sin 300

F = 0,5 . 3 . 5.10-2 . 1/2

F = 3,75 . 10-2 N

Contoh Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Gaya Lorentz  Gaya Magnet Muatan Bergerak

Jika sebuah muatan listrik bergerak dalam medan magnet, maka muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet. Besar gaya Lorentz yang terjadi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

F = B. q. v sin θ

Gaya Lorentz  Gaya Magnet Dua Kawat Sejajar

Besarnya gaya Lorentz baik Tarik menarik atau tolak menolak pada dua kawat sejajar yang berarus listrik dapat ditentukan dengan menggunkan formulasi persamaan berikut:

F1= F2 = l. (μ0 I1 I2)/(2πr)

Jika arah arus pada kedua kawat tersebut searah, maka kedua kawat akan saling Tarik menarik. Dan jika arah arus pada kedua kawat saling berlawanan, maka kawat akan saling tolak menolak.

Fluks Magnet

Michael Faraday menggambarkan medan magnetic sebagai garis garis gaya. Garis gaya semakin rapat menunjukkan medan magnetic yang semakin kuat. Kuat medan magnetic menunjukkan besarnya induksi magnetic.

Fluks magnetik menyatakan banyaknya jumlah garis gaya yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus.  Jadi kalau garis gaya tidak tegak lurus, maka ada koreksi terhadap arah datangnya dengan menggunakan sudut datang θ.

Fluks Magnetik Induksi
Fluks Magnetik Induksi

Fluks magnetic φ adalah banyaknya garis medan magnetic yang dilingkupi oleh suatu luas daerah tertentu A dalam arah tegak lurus. Fluks magnetik dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

φ = B. A cos q

Dengan Keterangan:

φ = Fluks magnet (Wb)

A = Luas Penampang m2

B = Induksi magnet (T)

θ = sudut antara B dengan garis normal bidang A

Hukum Faraday

Hukum Faraday menyatakan bahwa “Jika fluks magnet yang memesuki suatu kumparan berubah, maka pada ujung – ujung kumparan akan timbul gaya geral listrik induksi dan besarnya bergantung pada laju perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh kumparan”.

Jika kumparan yang memiliki N buah lilitan, maka gaya gerak listrik induksinya dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

εinduksi = – N (Δf/Δt)

εinduksi = GGL induksi (volt)

N = jumlah lilitan

Δf/Δt = laju perubahan fluks magnet (Wb/detik)

Selain itu, gaya gerak listrik induksi dapat pula terbentuk akibat terjadinya perubahan medan magnet atau perubahan luas kumparan.

Gaya gerak listrik induksi yang terbentuk akibat adanya perubahan medan magnet atau induksi magnet dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

εinduksi = – N. A (ΔB/Δt)

Ketika yang berubah adalah luas kumparan, maka besarnya gaya gerak listrik induksi yang terjadi dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

εinduksi = – N. B (ΔA/Δt)

Dengan keterangan:

N = jumlah lilitan

A = luas kumparan

B = kuat medan magnet (T)

1). Contoh Soal Perhitungan Induksi Magnetik Hukum Biot Savart

Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listik sebesar 10 A dari arah timur ke barat, tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P tepat di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm.

Penyelesaian :

Diketahui :

I = 10 A

r = 10 cm = 0,1 m

μ0= 4π ×10-7 WbA-1m-1

Ditanyakan :

BP = …?

Jawab :

BP  = μ0.I/2π.r

BP  = (4π×10-7x10)/[2π x (0,1)]

BP = 2×10-5 T yang arahnya ke selatan.

Jadi, besarnya induksi magnet di titik P adalah : 2×10-5 T yang arahnya ke selatan.

2). Contoh Soal Perhitungan Rumus Induksi Magnetik Kawat Penghantar Lurus

Tentukan besar induksi magnetik pada jarak 30 cm dari pusat sebuah penghantar lurus yang berarus listrik 90 A

Penyelesaian:

Diketahui:

r = 30 cm = 30 × 10-2 m, Jarak ke penghantar,

I = 90 A,  kuat arus listrik,

μ0 = 4π × 10-7 Wb/A.m,  permeabilitas vakum,

Ditanya:

B = Besar induksi magnetik oleh penghantar lurus

Rumus Menghitung Induksi Magnetik Kawat Penghantar Biot Savart

Besar induksi magnetic yang ditimbulkan oleh kawat penghantar dapat dinyatakan dengan rumus berikut

BP = μ0.I/2.π.r

BP = (4π x10-7)(90)/(2πx0,3)

BP = 6×10-5 T

3). Contoh Soal Perhitungan Gaya Magnetik Antara Dua Kawat Lurus

Dua kawat berarus listrik sejajar terpisah sejauh 10 cm satu dengan yang lainnya. Kawat C dialiri arus 12 ampere dan kawat D dialiri 8 ampere. Arus pada kedua mengalir searah. Hitunglah gaya magnetic yang dialami oleh kawat D yang panjangnya 2 m.

Perhitungan Gaya Lorentz Induksi Magnetik Antara Dua Kawat Lurus
Perhitungan Gaya Lorentz Induksi Magnetik Antara Dua Kawat Lurus

IC = 12 A

ID = 8 A

r = 10 cm = 0,1 m

LD = 2 m

μ0 = 4π × 10-7 Wb/A.m,

Menghitung Induksi Medan Magnetik Pada Kawat D Disebabkan Kawat C

Besar induksi magnetic pada kawat D yang disebabkan oleh kawat C yang berarus dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

BD = μ0.IC/2.π.r

BD = (4π × 10-7)(12)/(2.π.x0,1)

BD  = 2,4 x 10-5T

Sesuai dengan aturan kaidah tangan kanan, arah medan magnetic adalah tembus masuk ke bidang halaman. Sehingga I dengan BD Membentuk sudut 900

Menghitung Gaya Magnetik Pada Kawat D Oleh Kawat C

Besar gaya magnetic yang disebabkan oleh induksi magnetic dari kawat C (BD) dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

FM = ID LD BD sin θ

FM = 8 x 2 x (2,4×10-5) sin 900

FM = 38,4 x 10-5 N

Sesuai dengan aturan kaidah tangan kanan, gaya magnetic pada kawat D mengarah ke kanan.

 

 

4). Contoh Soal Perhitungan Induksi Magnetik Dua Kawat Lurus Sejajar Biot Savart

Dua kawat lurus panjang berarus listrik sejajar dengan jarak 15 cm. Kuat arusnya searah dengan besar IA = 20 A dan IB = 30 A. Tentukan induksi magnet di suatu titik C yang berada diantara kedua kawat berjarak 5 cm dari kawat IA.

Diketahui:

IA = 20 A

IB = 30 A

rA = 5 cm

rB = 10 cm

μ0 = 4π × 10-7 Wb/A.m

Letak titik P dapat dilihat seperti pada Gambar. Sesuai kaedah tangan kanan arah induksi magnetnya berlawanan arah sehingga memenuhi persamaan berikut:

Perhitungan Induksi Magnetik Dua Kawat Lurus Sejajar Biot Savart
Perhitungan Induksi Magnetik Dua Kawat Lurus Sejajar Biot Savart

BC = BA – BB

Menghitung Induksi Magnetik Kawat Lurus Arus IA

BA = μ0.IA/2.π.rA

BA = (4π×10-7)(20)/2.π.(0,05))

BA = 8 x 10-5 T

Menghitung Induksi Magnetik Kawat Lurus Arus IB

BB = μ0.IB/2.π.rB

BB = (4π×10-7)(30)/2.π.(0,1))

BB = 6 x 10-5 T

Menghitung Induksi Magnetik Di Titil P Dari Dua Kawat Lurus Berarus

BC = BA – BB

BP = (8 x 10-5) – (6 x 10-5)

BP = 2x 10-5 T

5). Contoh Soal Perhitungan Medan Magnetik di Sekitar Arus yang Melingkar

Tentukanlah besarnya induksi medan magnetik di pusat lingkaran berarus 4 ampere, jika jari-jari lingkaran 16 cm!

Penyelesaian:

Diketahui:

I = 4 A

r = 16 cm = 0,16 m

μ0 = 4π × 10-7 Wb/A.m,  permeabilitas vakum,

Jawab

Rumus Menghitung Induksi Medan Magnetik Sekitar Arus Melingkar

Besarnya induksi magnetic sekitar arus melingkar dapat dinyatakan dengan rumus berikut

BP = μ0.I/2.r

BP = (4π x10-7)(4)/(2×0,16)

BP = 5π x 10-6 T

6). Contoh Soal Perhitungan Induksi Magnetik Di Tengah Selonoida

Sebuah solenoida jari-jarinya 4 mm dan panjangnya 100 cm memiliki 500 lilitan. Jika dialiri arus 2 A maka tentukan induksi magnet di titik tengah suatu solenoida

Diketahui

L = 100 cm = 1 m

N = 500

I = 2 A

μ0= 4π×10-7 WbA-1m-1

Menghitung Besar Induksi Magnetik Di Tengah Solenoida

Induksi magnet di titik tengah suatu solenoida dapat dinyatakan dengan menggunaka persamaan berikut:

B = μ0.I.n

n = N/L

B = μ0.I.N/L

B = (4π×10-7)(2)(500)/(1)

B = 4π x 10-4 wb/m2

7). Contoh Soal Perhitungan Biot Savart Solenoida

Sebuah solenoida yang panjangnya L = 4m dengan jari jarinya r = 4m memiliki 1600 lilitan dan dialiri arus listrik 1 ampere.

a). hitunglah induksi megnetik di ujung solenoida

b). Jika solenoida direnggangkan sehingga panjanggnya dua kali semula. hitung besar induksi magnetic di ujung solenoida tersebut.

Diketahui

L = panjang 4m

r = 4 m

N = 1600 lilitan

I = 1 ampere

μ0= 4π×10-7 WbA-1m-1

Jawab:

a). Rumus Menghitung Induksi Magnetik Ujung Solenoida

Induksi magnetic di ujung solenoida dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:

BP  = μ0.I.N/2L

Bp = (4π×10-7)(1)(1600)/(2×4)

Bp = 8π x 10-5 T

b). Menghitung Induksi Magnetik Biot Savart Solenoida Panjang Dua Kali.

Jika panjangnya dijadikan dua kali semula, sehingga Panjang L= 2 x4 = 8m, maka induksi magnetic dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

BP = μ0.I.N/2.L

Bp = (4π×10-7)(1)(1600)/(2x2x4)

Bp = 4π x 10-5 T

8). Contoh Soal Perhitungan Medan Magnetik Selonoida

Sebuah selonoida terdiri dari 20 lilitan per cm dialiri arus 10 A. tentukan medan magnet di tengah tengah dan di ujung selonoida.

Diketahui

n = 20 lilitan/cm = 2000 lilitan/1m atau

N = 2000 lilitan

L = 1 m

I = 10 A

μ0 = 4π×10-7 WbA-1m-1

Menghitung Medan Magnetik Di Tengah Selonoida

Besar medan magnetic di tengah tengah selonoida dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

B = μ0 .I.n  atau

B = μ0 I.N/.L

B = (4π×10-7)(10)(2000)/(1)

B = 8π x 10-3 T

Menghitung Medan Magnetik Di Ujung Selonoida

Besar medan magnetic di ujung selonoida dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

B = μ0.I.N/2.L

B = (4π×10-7)(10)(2000)/(2×1)

B = 4π x 10-3 T

9). Contoh Soal Perhitungan Medan Magnetik Toroida

Sebuah toroida mempunyai 200 lilitan dengan jari jari 20 cm dialiri arus 6 ampere. Tentukan medan magnet di dalam sumbu lilitan teroida tersebut

Diketahui

N = 200 lilitan

r = 20 cm = 0,2 m

I = 6 A

μ0= 4π×10-7 WbA-1m-1

Rumus Menghitungan Medan Magnetik Toroida

Besar medan magnetic dalam totoida dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

B = μ0. I.N/2.π.r

B = (4π×10-7)(6)(200)/(2πx0,2)

B = 1,2 x 10-3 T

10). Contoh Soal Rumus Perhitungan Induksi Magnetik Toroida

Sebuah toroida memiliki 2.000 lilitan dialiri arus sebesar 10 A. Toroida memiliki jari-jari lingkaran bagian dalam 4 cm dan bagian luar 6 cm. Tentukan besarnya induksi magnet pada toroida tersebut!

Diketahui :

N = 2.000 lilitan

I = 10 A

r1 = 4 cm = 0,04 m

r2 = 6 cm = 0,06 m

Jawab :

Jari-jari rata-rata toroida adalah :

r = (0,04 + 0,06)/2

r = 0,05 m

Menghitung Induksi Magnetik Toroida

Besar induksi magnetic toroida dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

B = μ0. I.N/2.π.r

B = (4π×10-7)(10)(2000)/(2πx0,05)

B =  8x 10-2 T

11). Contoh Soal Perhitungan Gaya Magnet Kawat Penghantar Berarus

Sebuah kawat penghantar panjangnya 50 cm diletakkan di dalam medan magnet homogen 2×10-5 T dan membentuk sudut 30o. Berapa N gaya magnet yang dialami kawat jika dialiri arus sebesar 10 A

Diketahui:

L = 50 cm = 0,5 m

B = 2×10-5 T

θ = 30o

I = 10 A

Jawab:

Menghitung Gaya Magnet Kawat Penghantar

Besar gaya magnet pada kawat yang diletakan dalam medan magnet dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:

F = B.I.L.sin θ

F= 2×10-5 x 10 x 0,5 x sin 30o

F= 10×10-5 x (0,5)

F= 5 x10-5 N

12). Contoh Soal Perhitungan Kuat Arus Kawat Dalam Gaya Lorentz

Suatu kawat berarus listrik berada dalam medan magnetik 2 T dengan membentuk sudut 60o terhadap kawat. Jika Panjang kawat 2 meter, dan besarnya gaya Lorentz yang dialami kawat tersebut 17,4 N, hitung besar arus yang mengalir pada kawat tersebut

Diketahui:

F = 17,4

θ = 60o

B = 2 T

L = 2 m

Menghitung Gaya Lorentz Kawat Berarus

Besar gaya Lorentz yang dialami kawat berarus Ketika berada dalam medan magnet dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F = B.I.L sin θ atau

I = F/(B.L sin θ)

I = (17,4)/(2x2x sin 60o)

I = 4,35/(0,87)

I = 5A

13). Contoh Soal Perhitungan Gaya Magnetik Lorentz Dua Kawat Sejajar Berarus

Dua buah kawat panjang sejajar terpisah pada jarak 5 cm, masing- masing dialiri arus sebesar 5 A dan 10 A, tentukan besar gaya magnetik per satuan panjang yang bekerja pada kawat:

Diketahui:

r = 5 cm = 0,05 m

I1 = 5 A

I2 = 10 A

μ0 = 4 π × 10-7 Wb A-1m-1

Jawab:

Menghitung Gaya Lorentz Dua Kawar Berarus Sejajar

Besar gaya magnetic Lorentz persatuan Panjang yang dialami kedua kawat dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

F/L = (μ0.I1.I2)/(2.π.r)

F/L = = (4 π x10-7)(5)(10)/(2.π x0,05)

F/L = 2×10-4 N

14). Contoh Soal Perhitungan Kecepatan Muatan Dalam Medan Magnet

Suatu muatan bermassa 18,4× 10-38 kg bergerak memotong secara tegak lurus medan magnetik 4 tesla. Jika muatan sebesar 3,2 × 10-9 C dan jari-jari lintasannya 2 cm, tentukan kecepatan muatan tersebut!

Diketahui:

m = 18,4 × 10-38 kg

B = 4 tesla

q = 3,2 × 10-9 C

r = 2 cm = 0,02 m

Menghitung Kecapata Partikel Bermuatan Dalam Medan Magnet

Besarnya kecepatan muatan dapat dinyatakan dengan menggunakan Persamaan berikut:

r = (m.v)/(q.B) atau

v = (r.q.B)/m

v = (0,02)(3,2 × 10-9)(4)/(18,4× 10-38)

v = 1,39 x 1027 m/s

15). Contoh Soal Perhitungan Gaya Magnetik Lorentz Partikel Bermuatan

Sebuah partikel bermuatan sebesar 4×10-5 C bergerak dalam medan magnet 2 Wb/m2 dengan kecepatan 3×104 m/s. Tentukan besarnya gaya magnetik yang dialami partikel tersebut jika arah geraknya membentuk sudut 30o terhadap medan magnet!

Diketahui :

q = 4×10-5 C

B = 2 Wb/m2

v = 3×104 m/s

θ = 30o

Jawab:

Menghitung Gaya Magnetik Lorentz Partikel Bermuatan Bergerak

Besar gaya magnetic lorentz yang dialami partikel bemuatan yang sedang bergerak dalam medan magnetic dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

F = B.q.v sin θ

F= (2)(4×10-5)(3×104) sin 30o

F = 2,4 x ½

F= 1,2  N

Jadi, besarnya gaya magnetik yang dialami partikel adalah 1,2 N.

Daftar Pustaka:

  1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  4. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  8. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Induksi Medan Magnet, Pengertian Medan Magnetik, Contoh Sumber Medan Magnet, magnet permanen dan magnet induksi, Garis Gaya Magnet, Arah Garis Gaya Magnet, Contoh Garis garis gaya magnet, kutub utara dan kutub selatan magnet,
  10. Ardra.Biz, 2019,”Contoh Induksi Medan Magnetik, medan magnet induksi, Arah Medan Magnet, Orientasi arah garis garis gaya megnet, Gambar Arah Medan Magnet, Bunyi Pernyataan Aturan Tangan Kanan,  Kaidah Tangan Kanan arah medan magnet, Bunyi Penrnyataan Hukum Bio Savart,
  11. Ardra.Biz, 2019,”Rumus Persamaan Hukum Biot–Savart, Contoh Soal Rumus Persamaan Hukum Biot–Savart, Rumus Persamaan Kuat Medan Magnet, Kuat Induksi Magnet Kawat Lurus,  Rumus kuat medan magnet, Satuan  induksi magnetic,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Nilai satuan permeabilitas ruang hampa, satuan kuat arus, Contoh Soal Ujian Kuat Medan Magnet Kawat Lurus, Pengertian satuan Tesla, Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Kawat Lingkaran, Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Solenoida,  Pengertian Solenoida,
  13. Ardra.Biz, 2019, “Contoh  kumparan solenoida, Rumus induksi magnetic di tengah dan ujung solenoida, Contoh Soal Perhitungan Rumus Kuat Medan Magnet Solenoida, Kuat Medan Magnet – Induksi Magnet Toroida, Pengertian Contoh Toroida, Rumus induksi magnetic toroida,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Lorentz, Bunyi Pernyataan Hukum Lorentz, gaya Lorentz atau gaya magnet, Arah Gaya Lorenzt Aturan tangan kanan Arah gaya Lorenzt, Aturan Tangan Kanan Gaya Lorenzt, Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Kawat Berarus,
  15. Ardra.Biz, 2019, “Satuan Gaya Lorenzt, Persamaan rumus Hukum Lorenzt, Contoh Soal Perhitungan Rumus Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Kawat Berarus,
  16. Ardra.Biz, 2019, “Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Muatan Bergerak, Rumus Gaya Lorenzt  Gaya Magnet Dua Kawat Sejajar, Pengertian Fluks Magnet, Rumus  Fluks magnetic, Pengaruh Kuat medan magnetic terhadap besarnya induksi magnetic, Gambar Fluks magnetic, Satuan  Fluks magnet (Wb),
  17. Ardra.Biz, 2019, “Satuan Induksi magnet (T), Bunyi Pernyataan Hukum Faraday, Rumus Hukum Faraday, Satuan GGL induksi (volt), Rumus gaya gerak listrik induksi, Satuan kuat medan magnet (T).

Fluks Magnetic: GGL Induksi Kawat Konduktor, Rumus Dan Cara Menghitungnya.

Pengertian Fluks Magnetik. Konsep tentang fluks magnetik pertama kali dikemukaan oleh ilmuwan Fisika yang bernama Michael Faraday untuk menggambarkan medan magnet.

Medan magnet ini digambarkan dengan menggunakan garis-garis gaya. Medan magnet kuat digambarkan oleh garis gaya yang rapat sedangkan yang kurang kuat digambarkan dengan garis gaya yang kurang rapat. Sedangkan untuk daerah yang memiliki kuat medan yang homogen digambarkan garis-garis gaya yang sejajar. Garis gaya magnet  dilukiskan dari kutub utara magnet dan berakhir di kutub selatan magnet.

Kuat medan magnetik dinyatakan dengan lambang B yang disebut dengan induksi magnet. Sebenarnya Induksi magnetik ini menyatakan kerapatan garis gaya magnet.

Pengertian Fluks Magnetik dan Rumus dan Contoh Perhitungannya.

Fluks magnetik menyatakan banyaknya jumlah garis gaya yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus, yang dapat dinyatakan dalam persamaan, sebagai berikut.


Φm = B A

Jika arah B tidak tegak lurus terhadap permukaan bidang atau membentuk sudut tertentu sebesar θ, maka persamaannya menjadi:

Φm = B A cos

dengan :

Φm  =  fluks magnetik (weber atau Wb)

B  =  induksi magnetik )(T atau Wb/m2)

A  =  luas penampang (m2)

θ  =  sudut yang dibentuk antara arah B dengan garis normal (radian atau derajat)

Cara Menhitung Fluks Magnetic
Fluks Magnetik, Cara Menghitung

Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa perubahan fluks magnet sangat dipengruhi oleh tiga variable berikut. Yang pertama, terjadi karena perubahan medan magnet B. Kedua, terjadi karena perubahan luas penampang yang dilaluinya. Ketiga, terjadi karena perubahan sudut θ.

Fluks magnetik dapat diukur dengan menggunakan fluksmeter. Alat ini terdiri dari kumparan dan rangkaian yang mampu menghitung fluks magnetik berdasarkan perubahan tegangan yang disebabkan oleh perubahan medan magnet yang melalui kumparan di dalam alat ini.

1). Cotnoh Soal Menentukan Fluks Magnetik Dalam Medan Magnet

Sebuah bidang seluas 400 cm2 berada dalam medan magnet yang mempunyai kuat medan magnet sebesar 10 x 10-2 T. Tentukan fluks magnetik pada bidang tersebut apabila garis normal bidang dengan garis gaya magnet membentuk sudut 30o

Diketahui

B = 10 x 10-2 T

A = 400 cm2 = 0,04 m2

A = 4 x 10-2 m2

θ = 300

Rumus Menghitung Fluks Magnet Bidang Dalam Medan Magnet

Besar fluks magnet yang dialami oleh bidang di dalam suatu medan magnet dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

ΦB = B.A cos θ

ΦB = (10×10-2)(4 x10-2)cos 300

ΦB = 40 x 10-4 (0,87)

ΦB = 3,48 x 10-4 Weber

2). Contoh Soal Menentukan Gaya Gerak Listrik GGL Ujung Solenoida

Sebuah solenoida memiliki 2000 lilitan berada dalam medan magnetik sehingga solenoida dipengaruhi fluks magnetik sebesar 8×10-3 Wb. Jika fluks magnetiknya berubah menjadi 6×10-3 Wb dalam 4 detik, tentukan besar ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung solenoida tersebut

Diketahui:

N = 2000

ΔΦB = 6×10-3 – 8×10-3

ΔΦB = −2×10-3 Wb

Δt = 4 s

Rumus Menentukan GGL Ujung Solenoida

Gaya gerak listrik, GGL induksi yang timbul pada ujung -ujung solenoida memenuhi hukum Faraday dan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

ε = -N (ΔΦB/Δt)

ε = -2000(-2×10-3)/(4)

ε = 1,0 volt

3). Contoh Soal Perhitungan GGL Induksi Kumparan

Fluks magnet sebuah kumparan yang memiliki 200 lilitan berubah sebesar 2 x 10-3 Weber dalam selang wakti 0,2 detik. Hitung GGL induksi rata rata pada kumparan tersebut:

Diketahui:

ΔΦB = 2×10-3 Weber

N = 200 lilitan

t = 0,2 detik

Cara Menentukan GGL Induksi Kumparan

GGL induksi magnet kumparan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

ε = -N (ΔΦB/Δt)

ε = -200(2×10-3)/(0,2)

ε = – 2 volt

4). Contoh Soal Perhitungan GGL Kawat Konduktor Dalam Induksi Magnet

Jika kawat PQ panjangnya 50 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 5 m/s. Hambatan R = 10 Ω dan induksi magnet sebesar 2 T dengan arah tembus ke dalam bidang gambar. Tentukan besarnya ggl induksi yang timbul dan kuat arus yang mengalir dalam rangkaian. Hitung gaya Lorentz yang timbul pada kawat.

Perhitungan GGL Kawat Konduktor Dalam Induksi Magnet
Perhitungan GGL Kawat Konduktor Dalam Induksi Magnet

Diketahui:

L = 50 cm = 0,5 m

B = 2 T

θ = 900

R = 10 Ω

v = 5 m/s

Menghitung GGL Induksi  Kawat Konduktor

ε = B.L.v sin θ

ε = 2 × 0,5 × 5 sin 90o

ε = 5 x 1 Volt

ε = 5 Volt

Jadi, besarnya ggl induksi yang terjadi adalah 5 Volt.

Menghitung Kuat Arus Rangkaian GGL Induksi Magnetik

I = ε/R

I = 5/5

I = 1 A

Jadi, besarnya kuat arus yang mengalir adalah 1 A.

Menghitung Gaya Lorentz  Rangkaian GGL Induksi Magnetik Kawat Konduktor

Gaya Lorentz yang timbul pada kawat dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut

F = B.I.L

F = (2)(1)(0,5)

F = 1 N

Jadi Gaya Lorentz yang timbul pada kawat adalah 1 N

5). Contoh Soal Menentukan Induksi Magnet Kawat Tegak Lurus Medan Magnetik

Sebuah kawat yang panjangnya 2 m bergerak tegak lurus pada medan magnetic dengan kecepatan 10 m/s, pada ujung-ujung kawat timbul beda potensial 4V. Tentukan besarnya induksi magnetik

Diketahui:

L = 2 m;

v = 10 m/s;

ε = 4volt

Menghitung Induksi Magnetic Kawat Yang Bergerak Dalam Medan Magnet

Induksi magnetic yang terjadi pada kawat yang bergerak tegak lurus medan magnet dapat dinyatakan dengan persamaan seperti berikut.

ε = B.L.v sin θ

Karena v ⊥ B, maka besar induksi magnetiknya adalah:

4 = B × 2 × 10 sin 900

4 = 20 B

B =  4/20

B = 0,2 T

Contoh Soal Ujian Materi Medan Magnet dan Induksi Magnet

Jika Sebuah Kawat dialiri arus sebesar 2 amper, tentukan besar medan magnet pada titik yang berjarak 5 cm dari kawat tersebut. Dan tentukan berapa besar medan magnet pada titik yang berjarak 10 cm dari kawat.

Jawaban dan Pembahasan.

Diketahui:

i = 2 amper

Menghitung Besar Magnet Kawat Berjarak

Besar medan magnet pada jarak a = 5 cm = 5 x 10-2 dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

B = μ0 i / 2π a      

B = (4π ×107 WbA-1m-1 x 2 A) / (2π ×5 x102 m)

B = 8 x 10-6T

Besar medan magnet pada jarak a  = 10 cm dari kawat adalah;

B = μ0 i / 2π a    

Jarak 10 cm sama dengan 2 kali dari a = 5cm. Sementara nilai medan magnet berbanding terbalik dengan jarak. Jadi Nilai B setengah kalinya.

B = μ0 i / [2π a (10cm/5cm)]

B = 8 x 10-6T / 2

B = 4 x 10-6T

Daftar Pustaka:

  1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  7. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  8. Ringkasan Rangkuman: Induksi elektromagnetik yaitu peristiwa timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan karena adanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan tersebut.
  9. Fluks magnetik yaitu banyaknya jumlah garis gaya magnet yang menembus permukaan bidang tiap satu satuan luas secara tegak lurus.
  10. Hukum Faraday berbunyi: besarnya ggl induksi yang terjadi pada ujung-ujung kumparan berbading lurus dengan jumlah lilitan kawat pada kumparan dan kecepatan perubahan fluks magnetiknya.
  11. Kecepatan perubahan fluks magnetic dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain : Perubahan luas penampang, Perubahan induksi magnetiknya, Perubahan sudut antara garis normal dan arah induksi magnet.
  12. Hukum Lenz berbunyi: jika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa menimbulkan medan magnet induksi yang menentang perubahan medan magnet.
  13. Besarnya ggl induksi diri yang timbul pada ujung-ujung kumparan yang disebabkan adanya perubahan arus listrik di dalam kumparan
  14. Energi yang tersimpan pada sebuah induktor yang dialiri arus listrik akan berupa energi medan magnet
  15. Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri sebesar 1 henry apabila pada kumparan tersebut timbul perubahan arus 1 ampere tiap detiknya, maka pada ujungujung kumparan timbul ggl sebesar 1 Volt.
  16. ardra.biz, 2019, “Pengertian Fluks Magnetik dan Contoh Fluks Magnet dengan  garis-garis gaya medan magnet. Lambang Simbol Kuat medan magnetic dan Lambang Induksi Magnet. Pengertian kuat medan magnet dengan kerapatan garis gaya magnet dan kuat medan magnet homogen.
  17. Ardra.Biz, 2019, “Garis gaya sejajar dan garis gaya magnet utara selatan. Pengertian garis gaya magnet dengan Pengertian Fluks Magnetik dan Contoh Rumus Perhitungannya.
  18. Ardra.Biz, 2019, “Rumus kuat medan magnet dengan contoh soal perhitungan fluks magnet serta contoh soal perhitungan kuat medan magnet. Rumus fluks magnet dan rumus fluks magnet tidak tegak lurus. Satuan  fluks magnetik (weber atau Wb) dan satuan  induksi magnetik (T atau Wb/m2).
  19. Ardra.Biz, 2019, “Pengaruh kuat medan magnet terhadap fluks magnet dan pengaruh sudut terhadap fluks magnet. Alat ukur fluks magnet dengan prinsip kerja fluksmeter dan pengaruh luas penampang terhadap fluks magnet.