Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat...
Transcript of Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat...
![Page 1: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/1.jpg)
Review
• Hukum Biot-Savart merupakan hukum yang umumyang digunakan untuk menghitung kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik. Apapun bentukkonduktor yang dialiri arus, dan berapa pun arus yang mengalir, maka kuat medan magnet di sekitar arusmengalir, maka kuat medan magnet di sekitar arustersebut selalu memenuhi hukum Biot-Savart.
• Namun, kita tidak selalu mudah menentukan kuatmedan magnet di sekitar arus dengan menggunakanhukum Biot-Savart. Untuk bentuk kawat yang rumit, maka integral pada hukum Biot-Savart tidak selaludapat diselesaikan
Adakah Metode alternatif untuk menentukan kuat medanmagnet di sekitar arus listrik???
![Page 2: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/2.jpg)
HUKUM AMPERE
![Page 3: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/3.jpg)
Misalkan di suatu ruang terdapat medan magnet B. Di dalam
ruang tersebut kita buat sebuah lintasan tertutup S yang
sembarang
Integral perkalian titik B danl dl dalam lintasan
tertutup S memenuhi :
HUKUM AMPERE∑∫ = IldB o
S
µrr
.
= Jumlah arus total yang dilingkupi
lintasan S∑ I
∫ = Integral harus dikerjakan pada
lintasan tertutup
S
![Page 4: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/4.jpg)
Aplikasi Hukum Ampere
1. Kawat lurus panjang
2. Selenoida
3. Toroida
Caranya:
1. Pilih lintasan tertutup sedemikian rupa
sehingga :
• Kuat medan magnet pada berbagai titik di
lintasan konstan
• Vektor medan magnet & vektor elemen• Vektor medan magnet & vektor elemen
lintasan selalu membentuk sudut konstan
untuk semua elemen lintasan
2. Hitung arus yang dilingkupi lintasan Ampere S
3. Gunakan hukum Ampere untuk mencari B
∑∫ = IldB o
S
µrr
.
![Page 5: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/5.jpg)
B di sekitar Kawat lurus panjang
Lintasan : Lingkaran yang
sumbunya berimpit
dengan kawat
Aturan Tangan Kanan:
• B menyinggung lingkaran
• Elemen vektor dl • Elemen vektor dl
menyinggung lintasan
ldBrr
//Sudut θ anatara B & dl = nol
BdlldBS
=∫rr
.
dlBdlBdlBldB === 0coscos. θrr
B tiap titik di lintasan konstan
RxB
lingkarankelilingxB
dlBldBSS
π2
.
==
= ∫∫rr
![Page 6: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/6.jpg)
Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : II =∑ Yang dilingkupi lintasan
Ampere hanya satu kawat
yang dialiri arus I
Maka :
∑∫ = IldB o
S
µrr
.
IRxB oµπ =2
IB oµ= Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus
RB o
π2= Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus
Hasilnya sama dengan Hukum Biot-Savart
![Page 7: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/7.jpg)
Contoh: Kawat tak Berhingga
Sebuah konduktor silinder memiliki radius R
dan rapat arus uniform dengan arus total I
Cari B di daerah:
(1) Luar kawat (r ≥ R)
(2) Dalam kawat (r < R)
![Page 8: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/8.jpg)
Contoh Hukum Ampere: Kawat Takhingga
Lintasan Ampere:
B konstan & sejajar
I terlingkupi
![Page 9: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/9.jpg)
Daerah 1: r ≥ R
Contoh: Kawat Radius R
Simetri Silinder →Lintasan Ampere lingkaran
Medan B berlawanan
jarum jam
Berlawanan arah jarum jam
![Page 10: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/10.jpg)
Daerah 2: r < R
Contoh: Kawat Radius R
Dapat juga:
Berlawanan arah jarum jam
![Page 11: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/11.jpg)
Contoh: Kawat Radius R
![Page 12: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/12.jpg)
Contoh:
Sebuah silinder berongga tembaga memiliki jari-jari dalam a dan jari-jari
luar b. silinder tersebut dialiri arus I. Tentukan kuat medan magnet B:
– 0 < r < a
– a < r < b
– r > b
![Page 13: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/13.jpg)
Untuk daerah 0 < r < a
rxB
lingkarankelilingxB
dlBldBSS
π2
.
==
= ∫∫rr
Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : 0=∑ I Tidak ada arus I yang
dilingkupi lintasan (rongga)
Maka : ∑∫ = IldB o
S
µrr
.
02 orxB µπ =0=B
![Page 14: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/14.jpg)
Untuk daerah a < r < b
rxB
lingkarankelilingxB
dlBldBSS
π2
.
==
= ∫∫rr
Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : Cari rapat arusA
IJ =
Luas penampang silinder:
20 bA π=
Luas penampang rongga:
2' aA π=
Luas penampang silinder yang dialiri arus :
( )220 ' abAAA −=−= π
( )22 ab
I
A
IJ
−==
π
A
Luas penampang yang dilingkupi
Lintasan Ampere
( )222 arA −=π
![Page 15: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/15.jpg)
2JAI =∑
( ) ( ) Iab
arar
ab
II
22
2222
22 −−=−
−=∑ π
π
Arus yang mengalir pada penampang yang dilingkupi lintasan Ampere :
Maka : ∑∫ = IldB µrr
.Maka : ∑∫ = IldB o
S
µ.
Iab
arRxB
22
22
02−−= µπ
r
I
ab
arB
−−=
22
220
2πµ
![Page 16: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/16.jpg)
Untuk daerah r > b
rxB
lingkarankelilingxB
dlBldBSS
π2
.
==
= ∫∫rr
Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : II =∑ Semua arus I yang
dilingkupi lintasan Ampere
Maka : ∑∫ = IldB o
S
µrr
.
IrxB oµπ =2
r
IB
πµ2
0=
![Page 17: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/17.jpg)
Medan magnet di kawat 1 akibatkawat ke-2
Gaya magnet padakawat 2 disebabkanoleh medanB2(semua yang )
i1 i2
a
Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar
Gaya pada kawat 1 yangdisebabkan oleh kawat 2
Gaya pada kawat 2 yangdisebabkan oleh kawat 1
la
iiF 210
2πµ=
Gaya / satuan panjang
Kawat yg arah arusnya searah akan tarik-menarik.Kawat yang arusnya berlawanan arah akan tolak-menolak
![Page 18: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/18.jpg)
Medan Magnet dari Solenoid
� Solenoida merupakan kawat digulung dengan sumbu yang sama
� Tiap lilitan kawat pada solenioda akan menghasilkan arahmedan magnet yang seragam, sehingga didapatkan medanmedan magnet yang seragam, sehingga didapatkan medanmagnet yang kuat ditengah-tengah solenoida
� Perubahan arah arus listrik yang mengalir didalam solenoidaakan memberikan perubahan arah medan magnetik
![Page 19: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/19.jpg)
Medan Magnet dari Solenoid
Gulungan renggang Gulungan rapat
Untuk solenoid ideal, B uniform di dalam & nol di luar
![Page 20: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/20.jpg)
Jika selenioda dibelah
Lintasan Ampere pada selenoida
Berupa segi empat
Integral pada lintasan tertutup dapat dipecah menjadi jumlah integral pada tiap-tiap
sisi-sisi segi empat
ldBldBldBldBldBiviiiiiiS
rrrrrrrrrr
∫∫∫∫∫ +++= .....
![Page 21: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/21.jpg)
Jika selenioda dibelah
Lintasan i :
0. =∫ ldBi
rr
B = nol (berada di luar selenoida)
090cos0... =+=+= ∫∫∫∫ BdlldBldBldBrrrrrr
Lintasan ii: Potongan yang ada di luar B = nol
Potongan yang ada di dalam
B tegak lurus lintasan
090cos0......
=+=+= ∫∫∫∫dalampotdalampotluarpotii
BdlldBldBldB
Lintasan iii :
BldlBBdlldBiiiiiiiii
=== ∫∫∫ 0cos.rr
B sejajar lintasan
090cos0......
=+=+= ∫∫∫∫dalampotdalampotluarpotiv
BdlldBldBldBrrrrrr
Lintasan iv: Potongan yang ada di luar B = nol
Potongan yang ada di dalam
B tegak lurus lintasan
![Page 22: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/22.jpg)
Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : nlII =∑n = lilitan per satuan panjang
Maka :
∑∫ = IldB o
S
µrr
.
( )nlIBl oµ=
InB oµ= Kuat medan magnet dari selenoidaInB oµ= Kuat medan magnet dari selenoida
![Page 23: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/23.jpg)
Medan Magnet dari Toroida
Keliling toroida = 2πR
Jari-jari toroida = R
Lintasan Ampere berbentuk lingkaran yang melalui rongga toroid
Jumlah lilitan toroida (N) = 2πRn
![Page 24: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/24.jpg)
ldBrr
//dlBdlBdlBldB === 0coscos. θ
rr
RxB
lingkarankelilingxB
dlBldBSS
π2
.
==
= ∫∫rr
Sudut θ = nol
Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : RnII π2=∑Jumlah arus yang dilingkupi lintasan Ampere : RnII π2=∑Maka :
∑∫ = IldB o
S
µrr
.
( ) ( )RnIRB o πµπ 22 =
InB oµ= Kuat medan magnet dari selenoida
![Page 25: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/25.jpg)
Problem
Halliday ResnickNo. 20 hal 330
![Page 26: Review - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/197701102008011... · = Kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus 2πR Hasilnya sama dengan Hukum](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022052202/5a910b4b7f8b9a4a268e7c50/html5/thumbnails/26.jpg)