Medan Magnetik dan Gaya Magnetik
-
Upload
elijah-erickson -
Category
Documents
-
view
167 -
download
3
description
Transcript of Medan Magnetik dan Gaya Magnetik
Medan Magnetik dan
Gaya Magnetik
Tujuan
Gaya dan medan magnetik
Garis medan dan fluks magnetik
Gaya Lorentz dan gaya magnetik
Magnetisme pada Magnet Permanen
Magnetisme pada Kawat Berarus
Bumi adalah sebuah magnet
Magnetisme pada Muatan Bergerak
Ketika partikel bergerak sejajar dengan vektor medan magnetik, gaya magnetik yang bekerja pada partikel adalah nol
Ketika v tegak lurus terhadap B , maka F = qvB
Magnetisme pada Muatan Bergerak
Ketika vektor kecepatan partikel v membuat sudut 0 dengan medan magnetik, gaya magnetik bekerja dalam arah yang tegak lurus bidang yang dibentuk oleh v dan B, maka F = qvB sin
Magnetisme pada Muatan Bergerak
Gaya Magnetik
Sebuah muatan yang bergerak menciptakan sebuah medan magnetik B dalam ruang sekitarnya
Medan magnetik itu mengerahkan sebuah gaya magnetik F pada setiap muatan lain yang bergerak dalam medan tersebut
Besar dan arah dari gaya F bergantung pada kecepatan partikel v dan besar & arah medan magnetik B
Gaya Magnetik
Jika sebuah muatan q bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnetik B, maka muatan tersebut akan mengalami gaya magnetik F, yang besarnya adalah:
Atau dalam bentuk vektor
sinqvBF
BvF xq
v
F
q
Aturan tangan kanan
Perbedaan antara gaya listrik dan
gaya magnetik Bekerja searah dengan
medan listrik
Bekerja pada partikel bermuatan tanpa memperdulikan apakah bergerak atau tidak
Bekerja memindahkan partikel
Bekerja dalam arah tegak lurus medan magnetik
Bekerja pada partikel muatan hanya jika partikel tersebut bergerak
Tidak bekerja untuk memindahkan partikel
Medan Magnetik
Satuan SI untuk medan magnetik B adalah tesla (T)
1 tesla = 1 T = 1 newton / (coulomb.meter/second)
= 1 newton / (ampere.meter)
Satuan cgs untuk B (bukan SI) adalah gauss.
1 tesla = 104 gauss
Beberapa contoh nilai medan magnetik
Lokasi Medan Magnetik, (T)Pada permukaan bintang neutron
108
Dekat magnet superkonduktor
5
Dekat elektromagnetik yang besar
1
Dekat batang magnetik kecil
10-2
Dekat permukaan bumi 10-4
Ruang antar bintang 10-10
Dalam ruang kedap magnetik
10-14
Garis Medan Magnetik
Jika sebuah kawat yang diletakkan vertikal di sekitar tumpukan pasir halus (atau serbuk besi) diberi arus listrik, maka pasir halus ini akan membentuk garis-garis konsentris dengan kawat sebagai pusatnya.Garis-garis ini menggambarkan garis medan magnetik.
Fluks Magnetik
Fluks magnetik B melalui sebuah permukaan persis seperti mendefinisikan fluks listrik dalam hubungannya dengan hukum Gauss.Fluks magnetik B melalui suatu luas didefinisikan sebagai
B = ∮ B cos dA = ∮ B⊥dA = ∮ E·dA
Satuan SI dari fluks magnetik adalah weber (1Wb = 1 T.m2)Fluks magnetik total yang melalui sebuah permukaan tertutup selalu sama dengan nol.
∮ B . dA = 0
Persamaan ini disebut hukum Gauss untuk magnetisme
Usaha dan Energi
Gaya magnetik tidak bekerja untuk memindahkan partikel yang
bergerakEnergi kinetik partikel
tidak berubah
Laju tidak berubahtetapi kecepatan dan
arah bisa berubah
Partikel bermuatan dalam medan magnetik homogen
Medan menembus bidang BvF q
+
v v
FB
+
+
++
+
+
Perhatikan laju tidak berubah
Gaya F selalu terhadap v
Karena gaya selalu dalam arah radial, ia bekerja untuk mempertahankan partikel bergerak dalam lingkaran
Partikel bermuatan dalam medan magnetik serba sama
Medan menembus bidang
v
F
+
+Partikel bermuatan bergerak seperti spiral dalam medan magnetik B
vBqF ||R
mv2
R
mvBq ||
Bq
mvR
||
Contoh Soal
Sebuah proton bergerak dalam lintasan lingkaran dengan jari-jari 14 cm dalam sebuah medan magnetik 0.35 T yang tegak lurus dengan kecepatan proton. Tentukan laju linier proton.
Gaya Lorentz
BvEF xqq
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
FB
vFE
Pemilih Kecepatan (velocity selector)
-ve
+ve
+
FE
+
v
EB FF
EB FF
EB FF FB
FB
Pemilih Kecepatan
EFBvF qq EB
EF qE
BvF qB
EBv qq
Gaya magnetik
Gaya listrik
BvBv
BEv Hanya partikel dengan laju yang sama dengan E/B yang dapat lewat terus tanpa dibelokkan
Eksperimen e/m Thomson
m
eV2
Energi kinetik ½ mv2 sama dengan energi potensial listrik eV yang hilang.
½ mv2 = eV atau v =
Elektron bergerak lurus jika v = E/B
E/B = sehingga e = E2 = 1,75 x 1011 C/kg m 2VB2
e = 1,602 x 10-19 C m = 9,1 x 10-31 kg
m
eV2
Spektrometer Massa
Gaya Magnetik Pada Kawat Berarus
BvF qB
Sebuah kawat berarus terdiri dari partikel bermuatan yang bergerak sehingga tiap partikel akan mengalami gaya berikut.
+
FB
v
BA
l
Gaya Magnetik Pada Kawat Berarus
NqB BvF Asumsikan gayanya sama pada setiap pembawa arus (muatan)
nAlqB BvF Jumlah muatan (N) adalah densitas muatan (n) × Volume (Al)
BvF ˆqvnAlBKumpulkan semua yg tidak berarah (besaran skalar)
qnAvI Ingat laju hanyut BLF IB
Gaya total pada segmen kawat adalah jumlah gaya pada seluruh muatan
Gaya pada Simpal Arus
Gaya netto pada sebuah simpal arus dalam sebuah medan magnetik homogen adalah nol.
LB
F = 0
LL
LF = 0
F = -ILB F = +ILB
Torsi pada Simpal Arus
L’
B
L
L
L’
Tetapi torsi/torka tidak nol
LF
LBL I
BA IKarena L×B tegak lurus L’
x B = IA = momen dipol
magnet