Halaman
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN2MEDAN MAGNETFISIKA KELASXIIPENYUSUNSUJOKOSMAN 32 JAKARTA
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN3DAFTAR ISIPENYUSUN................................................................................................................................................2DAFTAR ISI...............................................................................................................................................3GLOSARIUM..............................................................................................................................................4PETA KONSEP..........................................................................................................................................5PENDAHULUAN......................................................................................................................................6A. Identitas Modul..............................................................................................................6B. Kompetensi Dasar..........................................................................................................6C. Deskripsi Singkat Materi...............................................................................................6D. Petunjuk Penggunaan Modul.........................................................................................6E. Materi Pembelajaran......................................................................................................7KEGIATAN PEMBELAJARAN 1..........................................................................................................8MEDAN MAGNET....................................................................................................................................8A.Tujuan Pembelajaran.....................................................................................................8B.Uraian Materi.................................................................................................................8C.Rangkuman..................................................................................................................15D.Latihan Soal.................................................................................................................16E.Penilaian Diri...............................................................................................................22KEGIATAN PEMBELAJARAN 2........................................................................................................23GAYA MAGNET......................................................................................................................................23A.Tujuan Pembelajaran...................................................................................................23B.Uraian Materi...............................................................................................................23C.Rangkuman..................................................................................................................28D.Latihan Soal.................................................................................................................29E.Penilaian Diri...............................................................................................................32EVALUASI................................................................................................................................................33DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................................................36
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN4GLOSARIUMMedan magnet:daerah disekitar magnet yang masih terpengaruh oleh gaya magnet.Garis-garis gaya magnet:garis lengkung yang keluar dari kutub utara menuju kutub selatan dan garis tersebut tidak pernah berpotongansatu dengan yang lainnya.Fluks Magnet:jumlah garis gaya magnet yang menembus permukaan bidang tertentu.Induksi Magnet:kuat medan magnet pada satu titik.Solenoida:salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat di asumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar diameternya.Toroida:sebuah solenoida yang di lengkungkan sehingga berbentuk lingkaran kumparan.Gaya Lorentz:gaya yang timbul akibat kawat penghantar lurus berarus yang memotong medan magnetik.Fluks Magnet:jumlah gaya medan magnet yang menembus suatu permukaan luas dalam arahtegak lurusTesla:adalah satuan induksi magnet dalam SI (Sistem Internasional)
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN5PETA KONSEPMedanMagnetInduksi MagnetPenghantar Lurus BerarusPenghantar Melingkar BerarusPusat dan Ujung SolenoidaSumbu ToroidaGaya MagnetGaya Magnet antara dua penghantar lurus berarusGaya Magnet pada muatan bergerak dalam medan magnetFluks Magnet
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN6PENDAHULUANA. Identitas ModulMata Pelajaran: FisikaKelas:XIIAlokasi Waktu:8 JPJudul Modul:Medan MagnetB. Kompetensi Dasar3.1Menganalisis medan magnetik, induksi magnetik, dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi4.1Melakukan percobaan tentang induksi magnetik dan gaya magnetik disekitar kawat berarus listrik berikut presentasihasilnyaC. Deskripsi Singkat MateriPernahkah Anda berpikir mengapa dua benda bisa saling tarik menarik atau tolak menolak? Mengapa kompas yang didekatkan pada penghantar berarus jarumnya menyimpang? Apa sajakah yang mempengaruhi medan magnet, gaya magnet dan fluks magnet? Apakah manfaat mempelajari medan magnet? Anda akan dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dengan mempelajari modul yang Anda pegang ini.Modul ini terdiri dari dua kegiatan belajar, yaitu:1.Kegiatan belajar pertama akan menguraikan tentang medan magnet;2.Kegiatan Belajar kedua menguraikan tentang Gaya Magnet dan Fluks Magnet.Bagaimana menggunakan modul ini agar memperoleh hasil belajar yang maksimal?D. Petunjuk Penggunaan ModulAgar memperoleh hasil belajar yang maksimal, Anda diharapkan mengikuti petunjuk penggunaan modul berikut ini.1.Bacalah dan pahami secara seksama uraian-uraian materi yang ada pada masing-masing kegiatan belajar;2.Pelajari dan pahami contoh soal yang diberikan;3.Isilah penilaian diri dengan jujur;4.Upayakan penilaian diri yang Anda lakukan jawabannya sudah ya semua;5.Kerjakan semua latihan yang ada pada modul;6.Jika nilai latihan Anda sudah di atas 75 lanjutkan pada kegiatan belajar selanjutnya, jika belum, pelajari kembali bagian materi yang Anda belum kuasai.
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN7E.Materi PembelajaranModul ini terbagi menjadi 2kegiatan pembelajarandandi dalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi.Pertama :Medan MagnetKedua : Gaya Magnet
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN8KEGIATAN PEMBELAJARAN 1MEDAN MAGNETA.Tujuan PembelajaranSetelah mempelajari modul ini Anda diharapkan dapat :1.menjelaskan fluks magnetik;2.menjelaskan karakteristik medan magnet;3.menjelaskan sifat magnetik bahan;4.menjelaskan Percobaan Oersted;5.menjelaskan Hukum Biot –Savart;6.menjelaskan Hukum Ampere;7.menentukan induksi magnetik pada kawat lurus berarus;8.menentukan induksi magnetik di sekitar kawat melingkar berarus;9.menentukan induksi magnetik di sekitar solenoida berarus; dan10.menentukan induksi magnetik di sekitar toroida berarus.B.Uraian Materi1.Medan MagnetKetika serbuk besi ditaburkan di sekitar magnet,serbuk besi tersebut akan membentuk pola tertentu. Pola yang terbentuk tersebut menandakan adanya medan magnet.Gambar 1. Pola serbuk besi disekitar magnetSumber: http//www.smartsains.comPaku-paku besi yang diletakkan dekat magnet akan ditarik oleh magnet. Kutub-kutub jarum kompas kedudukannya dapat berubah jika didekatkan pada magnet.Gejala terbentuknya pola serbuk besi di sekitar magnet, tertariknya paku besi dan berubahnya kedudukan kutub-kutub jarum kompas disebabkan oleh adanya gaya yang ditimbulkan oleh kutub magnet.Ruangan tempat paku atau atau jarum kompas berada disebut medan gaya. Gaya yang menyebabkan paku menempel dan berubahnya kedudukan kutub-
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN9kutub jarum kompas ditimbulkan oleh magnet, maka medan gaya tersebut disebut medan magnet. Jadi, medan magnet adalah ruangan disekitar benda-benda bersifat magnet yang masih dipengaruhi gaya magnet. Semakin jauh sebuah posisi dari magnet semakin kecil besar medan magnetnya karena semakin sedikit jumlah garis gaya magnetnya. Bagaimana jika posisinya semakin dekat? Semakin dekat sebuah posisi dari magnet maka semakin besar medan magnetnya karena semakin banyak jumlah garis gaya magnetnya.Arah garis gaya magnet adalah dari kutub utara menuju kutub selatan.Gambar 2. Arah garis gaya medan magnetSumber: fisikazone.com2.Sifat Magnetik BahanBahan magnetik dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu bahan ferromagnetik, bahan para magnetik, dan bahan diamagnetik.Bahan FerromagnetikBahan ferromagnetik adalah bahan yang sangat mudah dipengaruhi oleh medan magnet. Bahan jenis ini dapat dijadikan sebagai magnet permanen. Contoh bahan ferromagnetik adalah: besi, baja, nilel dan kobal.Bahan ParamagnetikBahan paramagnetik adalah bahan yang tidak mudah dipengaruhi oleh medan magnet. Bahan jenis ini tidak dapat dijadikan sebagai magnet permanen. Contoh bahan para magnetik adalah: mangan, platina, aluminium, dan timah.Bahan DiamagnetikBahan diamagnetik adalah bahan yang tidak dapat dipengaruhi oleh medan magnet. Contoh bahan diamagnetik adalah: bismuth, timbal, perak, emas, dan tembaga.3.Medan Magnet dan Arus ListrikHans Cristian Oersted (1777 –1851) seorang fisikawan berasal dari Denmark, melakukan percobaan pada tahun1819. Dalam percobaan tersebut Oersted meletakkan jarum di dekat kawat yang tidak dialiri arus listrik dan meletakkan jarum kompas di dekat kawat yang dialiri arus listrik. Oersted melihat bahwa jarum kompas tidak menimpang atau berubah posisi ketika diletakkan di dekat kawat yang tidak dialiri arus listrik, tetapi ketika jarum kompas diletakkan di dekat kawat yang dialiri arus listrik maka jarum kompasnya menyimpang dari posisi semula. Dari percobaan tersebut Oersted membuat kesimpulan sebagai berikut:Di sekitar kawat (penghantar) yang dialiri arus listrik terdapat atau timbul medan magnet;
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN10Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung pada arah arus listrik yang mengalir pada kawat;Besarnya medan magnet disekitar kawat berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan jaraknya terhadap kawat.Berdasarkan percobaan Oersted dapat diketahui bahwa arus di dalam sebuah kawatakan menghasilkan efek-efekmagnetik. Efek magnetik ini terlihat saat jarum kompas didekatkan dengankawat berarus listrik. Jarum kompas akan menyimpang atau dibelokkan dari arah semula. Keadaan tersebut dapat diperlihatkan dari gambar di bawah ini:Gambar 3. Arah jarum kompas disekitar kawat berarus listrikSumber: http://www.smartsains.com4.Hukum Biot –SavartPada saat Hans Christian Oersted melakukan percobaan untuk mengamati hubungan kelistrikan dan kemagnetan, Oersted belum sampai pada tahap menghitung besar kuat medan magnet di suatu titik di sekitar kawat berarus. Perhitungan secara matematis baru dikemukakan oleh ilmuwan dari Prancis yaitu Jean Bastiste Biot dan Felix Savart.Berdasarkan hasil percobaannya mengenai medan magnet disuatu titik P yang dipengaruhi oleh suatu kawat penghantar dl yang dialiri arus listrik I diperoleh kesimpulan bahwa besarnya kuat medan magnet (yang kemudian disebut induksi magnet yang diberi lambang B) dititik PGambar 4. Hukum Biot-SavartSumber: BSE, Siswanto, Sukaryadi. 20091.Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I)2.Berbanding lurus dengan panjangkawat (dl)3.Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P ke elemen kawat penghantar (r)4.Sebanding dengan sinus sudut apit 𝜃antara arah arus dengan garis hubung antara titik P ke elemen kawat penghantar.Pernyataan tersebut dikenal dengan hokumBiot-Savart yang secara matematis dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan:
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN11𝑑𝐵=𝑘𝑖.𝑑𝑙.𝑠𝑖𝑛𝜃𝑟2Atau𝑑𝐵=𝜇02𝜋𝑖.𝑑𝑙.𝑠𝑖𝑛𝜃𝑟25.Hukum AmpereHukum Biot-Savart merupakan hukum yang umum yang digunakan untuk menghitung kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik. Apapun bentuk konduktor yang dialiri arus, dan berapa pun arus yang mengalir, maka kuat medan magnet di sekitar arus tersebut selalu memenuhi hukum Biot-Savart. Namun, kita tidak selalu mudah menentukan kuat medan magnet di sekitar arus dengan menggunakan hukum Biot-Savart. Untuk bentuk kawat yang rumit, maka integral pada hukum Biot-Savart tidakselalu dapat diselesaikan. Oleh karena itu, perlu dikaji metode alternatif untuk menentukan kuat medan magnet di sekitar arus listrik. Salah satu metode yang cukup sederhana yang akan dibahas di sini adalah hukum Hukum Biot-Savart merupakan hukum yang umum yang digunakan untuk menghitung kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik. Apapun bentuk konduktor yang dialiri arus, dan berapa pun arus yang mengalir, maka kuat medan magnet di sekitar arus tersebut selalu memenuhi hukum Biot-Savart. Namun, kita tidak selalu mudah menentukan kuat medan magnet di sekitar arus dengan menggunakan hukum Biot-Savart. Untuk bentuk kawat yang rumit, maka integral pada hukum Biot-Savart tidak selalu dapat diselesaikan. Pada beberapa peralatan listrik, kita sering melihat sebuah kawat yang dililitkan pada sebuah logam yang dikenal sebagai kumparan. Ketika peralatan tersebut dialiri arus listrik maka kumparannya akan menimbulkan magnet disekitarnya. Untuk mencari besar medan magnet di sekitar kumparan kita akan menemukan kesulitan jika menggunakan hukum Biot-Savart. Hal yang mudah untuk menentukannya adalah dengan menggunakan hukum Ampere. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:∮𝐵𝑑𝑙𝑐𝑜𝑠𝜃=𝜇0Persamaan di atas nantinya akan disederhanakan pada saat diaplikasikan pada bentuk penghantar yang berbeda-beda.6.Induksi Magnet Pada Kawat Lurus Berarus ListrikSebuahkawat lurus yang dialiri arus listrik akan menimbulkan induksi magnet dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan. Untuk menunjukkan arah induksi magnet di sekitar kawat lurus berarus listrik, genggamlah kawat dengan tangan kanan dengan ibu jari terbuka. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik,sedangkan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet, seperti terlihat pada gambar berikut:
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN12Gambar 5. Kaidah tangan kanan kawat lurus berarus listrikSumber:idschool.netTanda X adalah masuk . adalah keluarBagaimana dengan besar induksi magnetnya?Sebuah kawat yang dialiri arus sebesar 𝑖akan menimbulkan induksi magnet sebesar 𝐵, lebih jelasnya terlihat pada gambar berikut ini:Gambar 6. Kawat lurus berarus listrikSumber: fisikakontektual.com𝐵=𝜇0𝑖2𝜋𝑎Keterangan:𝐵= besar induksi magnet (T)𝑖= besar arus listrik (A)𝑎=jarak titik ke kawat (m)𝜇0= permeabilitas magnet (4𝜋.10−7Wb/Am)Bagaimana kalau kawatnya lebih dari satumisalnya 𝑁buah kawat, maka persamaannya menjadi:𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝜋𝑎7.Induksi Magnet Pada Kawat Melingkar Berarus ListrikSebuah kawat melingkar yang dialiri arus listrik akan menimbulkan induksi magnet dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan. Untuk menunjukkan arah induksi magnet di sekitar kawat lurus berarus listrik, genggamlah kawat dengan tangan kanan dengan ibu jari terbuka. Sesui dengankaidah tangan kanan, arah ibu jari menunjukkan arah induksi magnet, sedangkan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik, seperti terlihat pada gambar berikut:
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN13Gambar 7. Kaidah tangan kanan kawat melingkar berarus listrikSumber: blok.ruangguru.comBesar induksi magnet pada kawat melingkar berarus adalah:𝐵=𝜇0𝑖2𝑎Keterangan:𝐵= besar induksi magnet (T)𝑖= besar arus listrik (A)𝑎= jarak titik ke kawat (m)𝜇0= permeabilitas magnet (4𝜋.10−7Wb/Am)Bagaimana kalau kawatnya lebih dari satu lingkaran misalnya 𝑁buah lingkaran, maka persamaannya menjadi:𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝑎8.Induksi Magnet Pada SolenoidaMedan magnet yang kuat di sekitar arus listrik, dapat dibuat dengan lilitan kawat membentuk kumparan. Kumparan seperti ini disebut solenoida. Solenoida memiliki sifat yang sama dengan magnet batang,yaitu mempunyai kutub utara dan kutub selatan. Arahnya dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika kita menggenggam solenoid dengan tangan kanandengan ibu jari terbuka, arah ibu jari menunjukkan arah induksi magnet (arah utara) dan arah keempat jari lainnya merupakan arah arus listriknya.Gambar 8. Kaidah tangan kanan pada solenoidaSumber: http://mabelaka.blogspot.comBesar induksi magnet pada solenoida dapat ditentukan pada pusat dan ujung solenoid. Pada gambar berikut titik o adalah titik pusat solenoid dan titik p adalah titik ujung solenoida
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN14Gambar 9. SolenoidaSumber: http://mabelaka.blogspot.coma.Besar Induksi Magnet Pada Pusat SolenoidaBesar induksi magnet pada pusat solenoida dapat dihitung dengan menggunakan persamaan𝐵=𝜇0𝑖𝑛atau𝐵=𝜇0𝑖𝑁𝑙b.Besar Induksi Magnet Pada Ujung SolenoidaBesar induksi magnet pada ujung solenoida dapat dihitung dengan menggunakan persamaan𝐵=𝜇0𝑖𝑛2atau𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝑙Keterangan:𝐵= besar induksi magnet (T)𝑖= besar arus listrik (A)𝑁= banyak lilitan kawat (lilitan)𝑙= panjang solenoida (m)𝑛= banyak lilitan per panjang solenoida (lilitan/m)𝜇0= permeabilitas magnet (4𝜋.10−7Wb/Am)9.Induksi Magnet Pada ToroidaToroida adalah kumparan yang dilekuk sehingga membentuk lingkaran. Jika toroida dialiri arus listrik, maka akan timbul garis-garis medan magnet berbentuk lingkaran di dalam toroida. Gambar 10. ToroidaSumber: http://www.smartsains.com
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN15Besarinduksi magnet pada toroida dapat ditentukan dengan persamaan𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝜋𝑎Keterangan:𝐵= besar induksi magnet (T)𝑖= besar arus listrik (A)𝑁= banyak lilitan kawat (lilitan)𝑎= jari-jari toroida (m)𝜇0= permeabilitas magnet (4𝜋.10−7Wb/Am)C.Rangkuman1.Medan magnet adalah ruangan disekitar benda-benda bersifat magnet yang masih dipengaruhi gaya magnet.2.Bahan magnetik dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu bahan ferromagnetik, bahan para magnetik, dan bahan diamagnetik.3.Kesimpulan percobaan Oersted adalah:▪Di sekitar kawat (penghantar) yang dialiri arus listrik terdapat atau timbul medan magnet;▪Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung pada araharus listrik yang mengalir pada kawat;▪Besarnya medan magnet disekitar kawat berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan jaraknya terhadap kawat.4.Kesimpulan Hukum Biot –Savart, besarnya kuat medan magnet:▪Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I)▪Berbanding lurus dengan panjang kawat (dl)▪Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik P ke elemen kawat penghantar (r)▪Sebanding dengan sinus sudut apit 𝜃antara arah arus dengan garis hubung antara titik P ke elemen kawat penghantar.5.Induksi Magnet Pada Kawat Lurus Berarus Listrik𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝜋𝑎6.Induksi Magnet Pada Kawat Melingkar Berarus Listrik𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝑎7.Besar Induksi Magnet Pada Pusat Solenoida𝐵=𝜇0𝑖𝑁𝑙8.Besar Induksi Magnet Pada Ujung Solenoida𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝑙9.Besar induksi magnet pada toroida𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝜋𝑎
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN16D.Latihan SoalJawablah pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas!1.Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listrik sebesar 10 A dari arah timur ke barat. Besar dan arah induksi magnetik di titik P yang berada tepat di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm adalah ....2.Dua buah kawat lurus sejajar berjarak 2 cm dialiri arus sebesar 2 A dan 3 A berlawanan arah, kawat pertama memiliki arah ke atas. Dimanakah letak titik dari kawat pertama yang induksi magnetnya = 0?3.Seutas kawat panjang berarus listrik I mengakibatkan induksi magnetik B ketika berjarak a dari kawat. Besar induksi magnetik disuatu titik berjarak 3a dari kawat tersebut adalah ....4.Dua buah kawat panjang a dan b diletakkan sejajar pada jarak 8 cm satu sama lain dialiri arus sama arahnya. Tiap kawat dialiri arus listrik sebesar 20 A. Besar dan arah Induksi magnet di titik P yang terletak diantara kawat yang berjarak 2 cm dari kawat a adalah....5.Kawat melingkar berjari-jari 2𝜋cm memiliki 10 lilitan dialiri arus listrik sebesar sebesar 2 A, besar induksi magnet di pusat lingkaran adalah ....6.Sebuah kawat berarus listrik dilengkungkan tampak seperti pada gambarJika jari-jari kelengkungan sebesar 50 cm, maka besarnya induksi magnetik di pusat lengkungan adalah....7.Kawat lurus hampir bersinggungan dengan kawat melingkar. Kedua kawat terletak pada bidang gambar. Jika kuat arus yang mengalir di kedua kawat tersebut sama besar, induksi magnet di titik pusat lingkaran arahnya ....8.Sebuah solenoida panjangnya 50 cm terdiri atas 1.500 lilitan. Jika solenoida tersebut dialiri arus sebesar 10 A, induksi magnetik di pusat solenoida tersebut adalah ....9.Sebuah toroida memiliki 60 lilitan dan berjari-jari 10 cm, dialiri kuat arus listrik sebesar 2 A. Induksi magnetik di dalam toroida tersebut adalah ....10.Sebuah toroida memiliki lilitan N buah dan jari-jari a cm memiliki Induksi magnetik B ketika dialiri arus listrik sebesar i. Agar induksi magnetnya menjadi 4B dengan jari-jari dijadikan 2a cm danarus yang dialirkan sama maka lilitannya dibuat menjadi....
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN17PembahasanLatihan Soal Kegiatan Pembelajaran I1.Informasi𝑖= 10 A ke Barat𝑎= 10 cm = 10-1mMasalahA.Besar B = ?B.Arah B = ?Solusia.𝐵=𝜇0𝑖2𝜋𝑎𝐵=4𝜋.10−7.22𝜋10−1, coret 𝜋dan 2 pembilang dengan 2𝜋yang penyebut𝐵=4𝜋.10−7.22𝜋10−1𝐵=4.10−710−1, lihat 10−1di penyebut, bias kita pindah ke atas jadi 101𝐵=4.10−7.101, dan ketika diselesaikan akan menghasilkan𝐵=4.10−6Tb.InformasiArah 𝑖ke BaratMasalahArah 𝐵di bawah kawatSolusiPerjanjian arah masuk bidang adalah arah utaraPenjelasan Gunakan aturan tangan kanan untuk kawat lurus berarus listrik, jika kita genggam arus listrik ke kiri atau ke Barat dengan ibu jari terbuka maka arah ibu jari adalah arah arus listrik dan arah empat jari yang lain adalah arah induksi magnetnya, karena arah arus listrik dan induksi magnet saling tegak lurus maka arah induksi magnetnya ke Selatan atau keluar bidang.𝑖ke barat𝐵ke luar bidang (ke Selatan)
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN182.Informasi𝑖1= 2 A (ke atas)𝑖1= 3 A (ke bawah)𝑎12= 2 cmMasalahLetak titik yang 𝐵= 0SolusiAgar suatu titik 𝐵= 0 , maka arah 𝐵1dan 𝐵2dititik tersebut harus berlawanan arah dan besarnya sama serta tempatnya dekat dengan yang 𝑖kecil yaitu dekat dengan 𝑖1, mari kita analisisAgar di titik P, B = 0Maka𝐵1= 𝐵2, mari kita jabarkan𝜇0𝑖12𝜋𝑎1=𝜇0𝑖22𝜋𝑎2,kita coret 𝜇0dan 2𝜋, sehingga menjadi𝑖1𝑎1=𝑖2𝑎2, kita masukkan nilai yang diketahui, jadi2x=3x+2, kalikan silang2(𝑥+2)=3𝑥, kalikan 2 dengan (𝑥+2), maka2𝑥+4=3𝑥, jadikan satu yang ada 𝑥nya4=3𝑥−2𝑥4=𝑥, jadi𝑥=4cm dikiri 𝑖1atau 6 cm di kiri 𝑖2(lihat gambar)3.Informasi𝑖1= I𝐵1= B𝑎1= a𝑖2= I𝑎2= 3a𝑖1𝑖2𝑎12= 2 cmTempatnya adalah berada di kiri 𝑖1, karena ditempat tersebut 𝐵1keluar bidang dan 𝐵2masuk bidang, sehingga 𝐵mungkin 0 ditempat tersebut, kalau tempatnya diantara 𝑖1dan 𝑖1maka 𝐵nya sama-sama masuk bidang jadi tidak mungkin 0 𝐵nya.𝑎1= x𝑎2= x + 2P
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN19Masalah𝐵2= ?SolusiKita tulis perbandingan 𝐵2dengan 𝐵1, diperoleh𝐵2𝐵1=𝜇0𝑖22𝜋𝑎2𝜇0𝑖12𝜋𝑎1𝐵2𝐵1=𝜇0𝑖22𝜋𝑎22𝜋𝑎1𝜇0𝑖1𝐵2𝐵1=𝑖2𝑎2𝑎1𝑖1𝐵2𝐵=𝐼3𝑎𝑎𝐼𝐵2𝐵=𝐼3𝑎𝑎𝐼𝐵2𝐵=𝑎3𝑎Jadi 𝑩𝟐=𝟏𝟑𝑩4.Informasia = 1b = 2𝑖1= 20 A𝑖2=20A𝑎12= 8 cm = 0,08 m𝑎1= 2 cm = 0,02 mMasalah𝐵𝑃=?SolusiDari gambar dengan menggunakan aturan tangan kanan di titik P, 𝐵1arahnya masuk bidang sedang 𝐵2arahnya keluar bidang, jadi secara vektor 𝐵𝑃hasilnya merupakan pengurangan Antara 𝐵1dengan 𝐵2, arahnya sesuai dengan yang besar.P𝑎1𝑎2𝑎12𝐵1= 𝜇0𝑖12𝜋𝑎1𝐵1= 4𝜋.10−7.202𝜋.0,02𝐵1= 2.10−7.200,02𝐵1= 2.10−7.200,02𝐵2= 𝜇0𝑖22𝜋𝑎2𝐵2= 4𝜋.10−7.202𝜋.0,06𝐵2= 2.10−7.200,06𝐵2= 2.10−7.200,06𝐵2= 40.10−70,06
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN20Jadi 𝐵𝑃= 𝐵1−𝐵2, karena 𝐵1lebih besar dari 𝐵2, arahnya sesuai dengan arah 𝐵1𝐵𝑃= 20.10−5−6,67.10−5𝐵𝑃= 13,33.10−5T5.InformasiKawat melingkar berarus listrik𝑎= 2𝜋cm = 2𝜋. 10-2m𝑁= 10 buah𝑖= 2 AMasalah𝐵=?Solusi 𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝑎𝐵=4𝜋.10−7.2.102.2𝜋.10−2𝐵=2.10−610−2𝐵=2.10−4T6.InformasiKawat melingkar berarus listrik𝑖= 1,5 A𝜃= 1200, dari gambar 𝑁dapat dihitung =12003600= 13𝑎= 50 cm = 0,5 mMasalah𝐵=?Solusi 𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝑎𝐵=4𝜋.10−7.1,5.132.0,5𝐵=2𝜋.10−71𝐵=2.10−7T7.InformasiKuat arus keduanya dan jarak kepusat lingkarantitik P sama MasalahArah 𝐵𝑝=?Solusi
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN21Kawat lurus B di titik P mempunyai arah keluar bidang, untuk kawat melingkar B di titik P arahnya masuk bidang, maka kita harus cek mana yang lebih besar antara B oleh kawat lurus atau B oleh kawat melingkar.Kawat lurus𝐵𝑃=𝜇0𝑖2𝜋𝑎Kawat melingkar𝐵𝑃=𝜇0𝑖2𝑎Karena kedua persamaan memiliki pembilang yang besarnya sama tapi penyebut kawat lurus lebih besar dari penyebut kawat melingkar maka hasilnya kawat melingkar memiliki B yang lebih besar dibanding B oleh kawat lurus. Hal ini dapat disimpulkan arah B di titik P searah B kawat melingkar yaitu masuk bidang.8.InformasiSolenoida Induksi maknet di pusat𝑙= 50 cm = 0,5 m𝑁= 1500 lilitan𝑖= 10 AMasalah𝐵𝑃=? Solusi𝐵𝑃=𝜇0𝑖𝑁𝑙𝐵𝑃=4𝜋.10−7.10.15000,5𝐵𝑃=60𝜋.10−40,5𝐵𝑃=120𝜋.10−4T9.InformasiToroida𝑁= 60𝑎= 10 cm = 0,1 m𝑖= 2 AMasalah𝐵= ?Solusi𝐵=𝜇0𝑖𝑁2𝜋𝑎𝐵=4𝜋.10−7.2.602𝜋.0,1𝐵=240.10−72𝜋.0,1𝐵=2400.10−7𝐵=2,4.10−4T
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN2210.Informasi𝑁1= N𝑎1= a𝑖1= i𝐵1= B𝐵2= 4B𝑖2= i𝑎2= 2aMasalah𝑁2= ?Solusi𝐵2𝐵1=𝜇0𝑖2𝑁22𝜋𝑎2𝜇0𝑖1𝑁12𝜋𝑎1𝐵2𝐵1=𝜇0𝑖2𝑁22𝜋𝑎22𝜋𝑎1𝜇0𝑖1𝑁1𝐵2𝐵1=𝑖2𝑁2𝑎2𝑎1𝑖1𝑁14𝐵𝐵=𝑖𝑁22𝑎𝑎𝑖𝑁4= 𝑁22𝑁𝑁2= 8 𝑁E.Penilaian DiriJawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jujur dan bertanggungjawab!No.PertanyaanJawaban01.Apakah Anda dapat menjelaskan konsep induksi magnet?YaTidak02.Apakah Anda dapat menyelesaikan permasalahan tentang induksi magnet pada kawat lurus berarus listrik?YaTidak03.Apakah Anda dapat menyelesaikan permasalahan tentang induksi magnet pada kawat melingkar berarus listrik?YaTidak04.Apakah Anda dapat menyelesaikan permasalahan tentang induksi magnet pada solenoid?YaTidak05. Apakah Anda dapat menyelesaikan permasalahan tentang induksi magnet pada toroida?YaTidakBila ada jawaban "Tidak", maka segera lakukan review pembelajaran, terutama pada bagian yang masih "Tidak".Bila semua jawaban "Ya", maka Anda dapat melanjutkan ke pembelajaran berikutnya.
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN23KEGIATAN PEMBELAJARAN 2GAYA MAGNETA.Tujuan PembelajaranSetelah kegiatan pembelajaran 2ini diharapkan 1.Dapat menganalisis terjadinya gaya magnet akibat kawat berarus listrik yang memotong medan magnet2.Dapat menganalisis terjadinya gaya magnet pada kawat lurus sejajar yang dialiriarus listrik3.Dapat menganalisis terjadinya gaya magnet akibat muatan listrik yang bergerak memotong medan magnet4.Dapat menganalisis fluks magnet5.Dapat menganalisis berbagai manfaat medan magnet dalam kehidupan sehari-hariB.Uraian Materi1.Gaya Magnetik (GayaLorentz)Bagaimana konsep gaya magnet pada partikel bermuatan? Hari ini, magnet banyak sekali digunakan dalam kehidupan manusia. Magnet dapat kita temui salah satu contohnya dalam motor, loudspeaker, memori komputer, dan lain-lain. Pada bagian ini tentunya kita akan memfokuskan diri pada gaya yang diakibatkan oleh medan magnet, baik terhadap kawat berarus maupun terhadap partikel yang bergerak dalam medan magnet.Salah satu alat yang memanfaatkan prinsip gaya magnetik adalah alat listrik. Alat listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik adalah motor listrik. Motor listrik jika kita hubungkan dengan sumber tegangan akan berputar. Bagaimana prinsip motor listrik tersebut bekerja, dapatkah kalian menjelaskannya? Apabila kita perhatikan di dalam motor listrik terdapatsebuah kumparan kawat dan magnet tetap. Motor listrik tersebut dapat berputar karena timbulnya gaya Lorentz atau gaya magnetik yang terjadi pada kumparan kawat penghantar beraliran arus listrik yang berada dalam medan magnet.Marilah sekarang kita mempelajari timbulnya gaya magnet yang dialami oleh sebuah kawat penghantar berarus listrik yang berada di dalam medan magnet.2.Gaya Magnetik pada Kawat Berarus dalam Medan MagnetikPada kegiatan pembelajaran I,Anda telah mempelajari bahwajika sebuah kawat penghantar dialiri arus listrik, akan timbul medan magnet disekitar kawat tersebut. bagaimana jika kawat berarus listrik listrik ditempatkan dalam medan magnet. Untuk memahami hal tersebut, perhatikan uraian materi berikut ini!
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN24Gambar 1: Gaya Lorentz Pada Kawat Sumber :BSE.Siswanto, Sukaryadi. 2009Perhatikan Gambar di atas, sebuah kawat penghantar AB yang dibentangkan melalui medan magnet yang ditimbulkan oleh magnet tetap. Apabila pada ujung kawat A kita hubungkan dengan kutub positif baterai dan ujung B kita hubungkan dengan kutub negatif baterai, maka pada kawat AB mengalir arus dari A ke B. Pada saat itu kawat AB akan bergerak ke atas. Sebaliknya jika arus listrik diputus (dihentikan), kawat kembali ke posisi semula. Sebaliknya jika ujung A dihubungkan dengan kutub negatif dan ujung B dihubungkan dengan kutub positif baterai, kembali kawat bergerak ke bawah (berlawanan dengan gerak semula). Gerakan kawat ini menunjukkan adanya suatu gaya yang bekerja pada kawat tersebut saatkawat tersebut dialiri arus listrik. Gaya yang bekerja pada tersebut disebut gaya magnetik atau gaya Lorentz.Berdasarkan hasil percobaan yang lebih teliti menunjukkan bahwa besarnya gaya magnetik gaya Lorentz yang dialami oleh kawat yang beraliran aruslisrik:a.Berbanding lurus dengan kuat medan magnet atau induksi magnet (𝑩).b.Berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat (𝒊).c.Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar (𝒍).d.Berbanding lurus dengan sudut (𝜽) yang dibentuk arah arus (𝒊) dengan arah induksi magnet (𝑩). Bagaimana Anda dapatmenentukan arah Gaya Lorentz yang terjadi ketika kawat berarus listrik memotong medan magnet?Arah gaya Lorentz dapat dijelaskan dengan gambar berikut:Gambar 2. Aturan tangan kanan Gaya Lorentz pada kawatSumber: id.wikipedia.orgGambar di atas menjelaskan bahwa ketika kita buka telapak tangan kita dengan empat jari rapat dan ibu jari terbuka, maka arah ibu jari merupakan arah arus listrik, arah empat jari merupakan arah induksi magnet dan arah telapak tangan adalah arah Gaya Lorentz. Mudah bukan? Silahkan Anda melakukan simulasi sendiri dengan menentukan arah kedua variabel untuk menentukan arah variabel satunya.
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN25Besarnya gaya magnetik atau Gaya Lorentz dapat dinyatakan dalam persamaan :𝑭𝑳=𝑩.𝒊.𝒍.𝒔𝒊𝒏𝜽Keterangan:𝐹𝐿= gaya Lorentz (N)𝐵= induksi magnet (T)𝑖= kuat arus listrik (A)𝑙= panjang kawat (m)𝜃= sudut antara arah arus listrik dengan kuat medan magnet (0)3.Gaya Magnetik di Antara Dua Kawat Sejajar BerarusGaya magnet juga dialami oleh dua buah kawat sejajar yang saling berdekatan yang beraliran arus listrik. Timbulnya gaya pada masing-masing kawat dapat dianggap bahwa kawat pertama berada dalam medan magnetik yang ditimbulkan oleh kawat kedua dan sebaliknya kawat kedua berada dalam medan magnetik yang ditimbulkan olehkawat pertamaGambar 2: Gaya Magnetik dua Kawat SejajarSumber: myrightspot.comBerdasarkan gambar, dapat disimpulkan bahwa pada dua penghantar lurus sejajar yang dialiri arus listrik akan terjadi gaya Tarik menarik jika arusnya memiliki arahyang sama dan gaya tolak menolak jika kedua arus yang mengalir berlawanan arah.Bagaimana menjelaskan kesimpulan di atas?Penjelasan untuk kawatsejajar yang dialiri arus searah adalah sebagai berikut: Ketika kawat pertama dialiri arus ke atas maka akan menimbulkan induksi magnet di kawat kedua yang arahnya masuk bidang, sehingga dikawat kedua ada variabel kuat arus ke atas dan induksi magnet masuk bidang, dengan menggunakan aturan tangan kanan Gaya Lorentz pada kawat, Gaya Lorentz pada kawat kedua akan berarah ke kiri. Ketika kawat kedua dialiri arus ke atas maka akan menimbulkan induksi magnet di kawat pertama yang arahnya keluar bidang, sehinggadikawat kedua ada variabel kuat arus ke atas dan induksi magnet masuk bidang, dengan menggunakan aturan tangan kanan Gaya Lorentz pada kawat, Gaya Lorentz pada kawat kedua akan berarah ke kanan. Silahkan Anda coba untuk menentukan arah Gaya Lorentz pada kawat sejajar yang dialiri arus yang berlawanan arah.Besarnya gaya yang terjadi adalah :Di kawat dua berdasarkan analisis di atas maka dapat ditulis𝐹𝐿=𝐵1𝑖2𝑙, 𝐵1dapat ditulis sebagai 𝐵1=𝜇0𝑖12𝜋𝑎, sehingga persamaannya dapat ditulis𝐹𝐿=𝜇0𝑖12𝜋𝑎𝑖2𝑙, sehingga dapat ditulis𝐹𝐿=𝜇0𝑖1𝑖2𝑙2𝜋𝑎Ketika di kawat pertama maka Gaya Lorentznya dapat ditulis
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN26𝐹𝐿=𝐵2𝑖1𝑙, 𝐵1dapat ditulis sebagai 𝐵2=𝜇0𝑖22𝜋𝑎, sehingga persamaannya dapat ditulis𝐹𝐿=𝜇0𝑖22𝜋𝑎𝑖1𝑙, sehingga dapat ditulis𝐹𝐿=𝜇0𝑖1𝑖2𝑙2𝜋𝑎, terlihat persamaannya samaPada keadaan tertentu biasanya yang dibicarakan tidak hanya Gaya Lorentz 𝐹𝐿tetapi gaya persatuan panjang kawat 𝐹𝐿𝑙, maka persamaannya dapat diturunkan sebagai berikut:𝐹𝐿=𝜇0𝑖1𝑖2𝑙2𝜋𝑎, dengan memindahkan , diruas kanan ke kiri maka dihasilkan 𝐹𝐿𝑙,𝐹𝐿𝑙=𝜇0𝑖1𝑖22𝜋𝑎Keterangan:𝐹𝐿= gaya magnet (N)𝑖1= besar arus listrik di kawat pertama (A)𝑖2= besar arus listrik di kawat kedua (A)𝑙= panjang kawat (m)𝑎= jarak antara kedua kawat (m)𝜇0= permeabilitas magnet = 4π x 10-7 Wb/Am4.Gaya Magnetik pada Muatan ListrikSebuah benda bermuatan listrik yang bergerak dalam medan magnetik juga akan mengalamigaya magnetik. Gaya magnetik disebut juga Gaya Lorentz, perhatikan gambar berikut:Gambar 3. Gaya Lorent pada muatanSumber :BSE.Siswanto, Sukaryadi. 2009Berdasarkan gambar 3, dapat dituliskan persamaan gaya magnetik atau Gaya Lorentz sebagai berikut:𝐹𝐿=𝑞.𝑣.𝐵.𝑠𝑖𝑛𝛼Keterangan:𝐹𝐿= gayamagnetik atau Gaya Lorentz (N)𝑞= muatan (C)𝑣= kecepatan muatan (m/s)𝐵= Induksi magnet (T)𝛼= Sudut Antara induksi magnet dengan arah muatan (0)Gambar 4. Arah Gaya Lorentz pada muatan positifSumber: jtpedia.com
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN27Gambar di atas menjelaskan bahwa ketika kita buka telapak tangan kita dengan empat jari rapat dan ibu jari terbuka, maka arah ibu jari merupakan arah muatan positif, arah empat jari merupakan arah induksi magnet dan arah telapak tangan adalah arah Gaya Lorentz. Bagaimana jika yang bergerak adalah muatan negatif? Penjelasannya adalah sebagai berikut: ketika kita buka telapak tangan kita dengan empat jari rapat dan ibu jari terbuka, maka arah ibu jari merupakan arah muatan negatif, arah empat jari merupakan arah induksi magnet dan arahpunggung tangan adalah arah Gaya Lorentz.Mudah bukan? Silahkan Anda melakukan simulasi sendiri dengan menentukan arah kedua variabel untuk menentukan arah variabel satunya.5.Fluks MagnetDalam medan listrik atau medan magnet kita telah mengenal yang dinamakan magnetik. Sekarang kita akan mulai belajar fluks magnetik.Secara sederhana fluks magnetikmerupakan perubahan medan magnet di suatu posisi tertentu.Fluks magnetikdapat didefinisikan sebagai ukuran total atau jumlah total medan magnet yang melewati suatu penampang tertentu. Fluks magnetikjuga sering diartikan sebagai kerapatan medan magnet.Fluks magnetikyang melewati suatu bidang tertentu nilainya sebanding dengan nilai jumlah medan magnetyang melewati bidang tersebut dan jumlah tersebutsudah masuk pada pengurangan atas medan yang memiliki arah yang berlawanan.Fluks magnetikmemiliki satuan yang disebut weber (Wb) yaitu satuan turunan dari volt detik. Sebuah bidang yang memiliki luas A ditembus oleh medan magnetik B yang membentuk sudut 𝜃terhadap garis normal, terlihat pada gambar berikut:Gambar 5. Fluks magnetSumber: myrightspot.comBesarnya fluks magnetik dapat ditentukan dengan persamaan:∅=𝐵.𝐴.cos𝜃Keterangan∅= Fluks magnet (Wb)𝐵= induksi magnet (T)𝐴= luas bidang (m2)𝜃= sudut antara induksi magnet dan garis normal (0)6.Penerapan Konsep Gaya Magnet dalam Kehidupan Sehari-HariBeberapa penerapan konsep gaya magnet dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temui pada bel listrik, saklar listrik, telepon kabel, motor listrik, galvanometer, relai, speaker, kereta Maglev, generator, dan transformator.
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN28a.Bel ListrikGambar 5. Bel listrikSumber: bukalapak.comBel listrik merupakan alat yang digunakan sebagai pertanda mulai atau berakhirnya suatu kegiatan. Prinsip kerjanya yaitu, ketika aliran arus listrik mengalir pada kumparan maka besi di dalamnya menjadi elektromagnet yang mampu mengggerakkan lengan pemukul untuk memukulbel sehingga berbunyi.b.Kereta MaglevGambar 10. Kereta MaglevSumber: https://materikimia.comPrinsip kerja Kereta Maglev yaitu mengubah energi listrik menjadi energi gerak menggunakan induksi magnet. Kereta inidipasangi magnet listrik di bawahnya yang bergerak pada jalur bermagnet listrik. Magnet tolak-menolak sehingga kereta api melayang tepat di atas jalur lintasan. Gesekan kereta api dengan jalur lintasan berkurang sehingga kereta api bergerak lebih cepat.C.Rangkuman1.Gaya Magnetik pada Kawat Berarus dalam Medan Magnetik𝑭𝑳=𝑩.𝒊.𝒍.𝒔𝒊𝒏𝜽2.Gaya Magnetik di Antara Dua Kawat Sejajar Berarus𝐹𝐿=𝜇0𝑖1𝑖2𝑙2𝜋𝑎3.Gaya magnetik persatuan panjang kawat𝐹𝐿𝑙=𝜇0𝑖1𝑖22𝜋𝑎4.Gaya Magnetik yang Dialami oleh Muatan Listrik yang Bergerak dalam Medan Magnetik 𝐹𝐿=𝑞.𝑣.𝐵.𝑠𝑖𝑛𝛼
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN295.Penerapan Konsep Gaya Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari misalnya padabel listrikdan kereta maglevD.Latihan SoalJawablah pertanyaan berikut ini dengan singkat dan jelas!1.Sebuah kawat lurus dialiri arus listrik dari barat ke timur memotong medan magnetik yang berarah ke selatan. Arah gaya Lorentznya adalah ....2.Sebuah kawat lurus panjangnya 20 cm dialiri arus listrik 4 A, memotong medan magnet yang besarnya 100 T secara tegak lurus. Gaya magnetik yang dihasilkan adalah....3.Sebuah kawat lurus panjangnya 20 cm dialiri arus listrik 2 A, memotong medan magnet yang besarnya 200 T dan membentuk sudut sudut 300terhadap garis medan magnet. Gaya magnetik yang dihasilkan adalah....4.Dua buah kawat sejajar berjarak 4 cm dialiri arus listrik berlawanan arah masing-masing 2 A dan 4 A. Gaya magnetik persatuan panjang kawat yang terjadi adalah....5.Sebuah partikel bermuatan listrik positip, bergerak dengan kecepatan tertentu kearah Selatan, didalam medan magnet homogen ke arah Timur. Arah gaya magnet pada muatan adalah ....6.Sebuah muatan listrik negatip, bergerak dengan kecepatan tertentu kearah Barat, di dalam medan magnet homogen ke arah Selatan. Arah gaya magnetpada muatan tersebut adalah ....7.Sebuah partikel bermuatan 2 C bergerak dengan kecepatan 2. 104m/s memotong medan magnetik yang besarnya 105T secara tegak lurus. Besar gaya maknetik yang dialami muatan tersebut adalah....8.Sebuah bidang berbentuk lingkaran dengan luas penampang 20 cm2ditembus oleh medan magnetik yang besarnya 400 T secara tegak lurus. Fluks magnetik yang ditimbulkannya adalah ....9.Sebuah bidang berbentuk persegi dengan luas 40 cm2ditembus oleh medan magnetik 200 T yang membentuk sudut 300terhadap bidang. Besar fluks magnetik yang dihasilkan adalah ....10.Sebutkan paling sedikit 5 penerapan gaya magnet dalam kehidupan sehari-hari
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN30PembahasanLatihan Soal Kegiatan Pembelajaran II1.InformasiArah arus listrik ke TimurArah medan magnetik ke SelatanMasalahArah gaya Lorentz = ?SolusiSesuai dengan aturan tangan kanan ketika kuat arus listrik keTimur dan arah medan magnetik ke Selatan maka arah gaya Lorentz ke bawah2.Informasi𝑙= 20 cm = 20.10-2m𝑖= 4 A𝐵= 100 TMasalah𝐹𝐿= ?Solusi𝐹𝐿=𝐵.𝑖.𝑙𝐹𝐿=100.4.20.10-2𝐹𝐿=80 N3.Informasi𝑙= 20 cm = 2.10-1m𝑖= 2 A𝜃= 300𝐵= 200 TMasalah𝐹𝐿= ?Solusi𝐹𝐿=𝐵.𝑖.𝑙.sin𝜃𝐹𝐿=200.2.2.10−1.sin300𝐹𝐿=200.2.2.10−1.sin300𝐹𝐿=80.0,5𝐹𝐿=40N4.Informasi𝑎12= 4cm = 4.10-2m𝑖1= 2 A𝑖2= 4 AMasalah𝐹𝐿𝑙= ?Solusi𝐹𝐿=𝐵1𝑖2𝑙𝐹𝐿=𝜇0𝑖12𝜋𝑎12𝑖2𝑙𝐹𝐿=4𝜋.10−7.2.4.𝑙2𝜋.4.10−2𝐹𝐿𝑙= 4.10−710−2
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN31𝐹𝐿𝑙= 4.10−5𝑁𝑚5.InformasiMuatan positipArah muatan ke selatanArah medan magnet ke timurMasalahArah gaya Lorentz = ?SolusiMenurut aturan tangan kanan jika muatan + ke selatan, medan magnet ke timur, maka arah gaya Lorentz ke atas6.InformasiMuatan negatipArah muatan negatip ke baratArah medan magnet ke selatanMasalahArah gaya Lorentz = ?SolusiMenurut aturan tangan kanan jika muatan -ke barat, medan magnet ke selatan, maka arah gaya Lorentz ke bawah7.Informasi𝑞= 2 C𝑣= 2.104m/s𝐵= 105TMasalah𝐹𝐿= ?Solusi𝐹𝐿=𝑞.𝑣.𝐵𝐹𝐿=2.2.104.105𝐹𝐿=4.109N8.Informasi𝐴= 20 cm2= 20.10-4m2𝐵= 400 TMasalah∅= ?Solusi∅=𝐵.𝐴∅=400.20.10−4∅=8000.10−4∅=0,8Wb9.Informasi𝐴= 40 cm2= 40.10-4m2𝐵= 200 T𝜃= 600di soal diberitahu 𝐵membentuk 300terhadap bidang, 𝜃adalah 𝐵terhadap normal, jadi 𝜃= 600
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN32Masalah∅= ?Solusi∅=𝐵.𝐴.cos𝜃∅=200.40.10−4.cos600∅=8000.10−4.0,5∅=4000.10−4∅=0,4Wb10.Penerapan Konsep Gaya Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari misalnya padaBel Listrik,Saklar Listrik,Telepon Kabel,Motor Listrik,Galvanometer, Relay, Speaker, kereta maglev, Generator, dan Transformator.E.Penilaian DiriJawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jujur dan bertanggungjawab!No.PertanyaanJawaban01.Apakah Anda dapat menjelaskan konsep gaya magnet?YaTidak02.Apakah Anda dapat menganalisis gaya magnet pada kawat lurus? YaTidak03.Apakah Anda dapat menganalisis gaya magnet pada dua kawat lurus sejajar?YaTidak04.Apakah Anda dapat menganalisis gaya magnet pada muatan listrik dalam medan magnetik?YaTidak05. Apakah Anda dapat menentukan manfaat gaya magnet dalam kehidupan sehari-hari?YaTidakBila ada jawaban "Tidak", maka segera lakukan review pembelajaran, terutama pada bagian yang masih "Tidak".Bila semua jawaban "Ya", maka Anda dapat melanjutkan ke pembelajaran berikutnya.
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN33EVALUASI1.Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listrik sebesar 20 A dari arah barat ke timur. Besar dan arah induksi magnetik di titik P yang berada tepat di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm adalah ....A.2 x 10-5T ke utaraB.2 x 10-5T ke selatanC.4 x 10-5T ke utaraD.4 x 10-5T ke selatanE.6 x 10-5T ke utara2.Dua buah kawat panjang a dan b diletakkan sejajar pada jarak 4 cm satu sama lain dialiri arus sama arahnya. Tiap kawat dialiri arus listrik sebesar 2 A. Besar dan arah Induksi magnet di titik P yang berjarak 2 cm di sebelah kiri kawat a adalah....A.1,33 x 10-5T masuk bidangB.1,33 x 10-5T keluar bidangC.2,67 x 10-5T masuk bidangD.2,67 x 10-5T keluar bidangE.1,33 x 10-5T masuk bidang3.Kawat melingkar berjari-jari 4𝜋cm memiliki 30 lilitan dialiri arus listrik sebesar sebesar 2 A, besar induksi magnet di pusat lingkaran adalah ....A.0,3 x 10-3TB.0,4 x 10-3TC.0,3 x 10-2TD.0,4 x 10-2TE.0,3 x 10-1T4.Sebuah solenoida panjangnya 20 cm terdiri atas 1.000 lilitan. Jika solenoida tersebut dialiri arus sebesar 4 A, induksi magnetik di pusat solenoida tersebut adalah ....A.0,4 𝜋x 10-2TB.0,8 𝜋x 10-2TC.0,4 𝜋x 10-1TD.0,8 𝜋x 10-1TE.0,9 𝜋x 10-1T5.Sebuah toroida memiliki 100 lilitan dan berjari-jari 10 cm, dialiri kuat arus listrik sebesar 3 A. Induksi magnetik di dalam toroida tersebut adalah ....A.2 x 10-4TB.3 x 10-4TC.4 x 10-4TD.5 x 10-4TE.6x 10-4T7.Sebuah kawat lurus panjangnya 20 cm dialiri arus listrik 4 A ke Barat, memotong medan magnet yang besarnya 100 T yang menuju ke selatan. Besar dan arah gaya magnetik yang dihasilkan adalah....A.80 N ke atasB.60 N ke atasC.50 N ke atasD.40 N ke bawahE.30 N ke bawah
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN348.Dua buah kawat sejajar berjarak 2cm dialiri arus listrik berlawanan arah masing-masing 3 A dan 4 A. Gaya magnetik persatuan panjang kawat yang terjadi adalah....A.1,2 x 10-5N/mB.1,8 x 10-5N/mC.1,2 x 10-4N/mD.1,4 x 10-4N/mE.1,6 x 10-3N/m9.Sebuah partikel bermuatan 2 C bergerak dengan kecepatan 200m/s ke utara memotong medan magnetik yang besarnya 105T yang menuju ke barat. Besar dan arah gaya maknetik yang dialami muatan tersebut adalah....A.2 x 107N ke atasB.2 x 107N ke bawahC.4 x 107N ke atasD.4 x 107N ke bawahE.6 x 107N ke atas10.Sebuah bidang berbentuk lingkaran dengan luas penampang 40 cm2ditembus oleh medan magnetik yang besarnya 200 T secara tegak lurus. Fluks magnetik yang ditimbulkannya adalah ....A.2 x 10-3WbB.4 x 10-3WbC.4 x 10-2WbD.6 x 10-2WbE.8 x 10-1Wb11.Sebuahbidang berbentuk persegi dengan luas 20 cm2ditembus oleh medan magnetik 40√3T yang membentuk sudut 600terhadap bidang. Besar fluks magnetik yang dihasilkan adalah ....A.1,2 x 10-2WbB.1,4 x 10-2WbC.1,6 x 10-2WbD.1,2 x 10-1WbE.1,4 x 10-1Wb
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN35Kunci Soal Evaluasi1.C2.D3.A4.B5.E6.A7.C8.C9.E10.D
Modul Fisika Kelas XII KD 3.3@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN36DAFTAR PUSTAKAFoster, Bob. 2004. Terpadu Fisika SMA Kelas XII Jilid 3A, Jakarta: ErlanggaHandayani, Sri dan Ari Damari. 2009. Fisika untuk SMA/MA Kelas XII (BSE). Jakarta: PusatPerbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.Kanginaan, Marten. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.Nurachmandani, Setya. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI (BSE). Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.Pujianto, dkk. 2016. Fisika untuk SMA/MA kelas XII. Pt. Intan Pariwara. KlatenSaripudin Aip. 2009. Praktis Belajar Fisika 3. Fisika untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam.Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta.Siswanto, Sukaryadi. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas X. Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta.http://encarta.2005http://mabelaka.blogspot.comhttps://materikimia.comhttp://www.smartsains.com