Slide 1

Afdal, Fisika Unand

Kemagnetan(Magnetism)A Strangely Attractive Topic

1Afdal, Fisika Unand

Basically, we knew the phenomenon existed andwe learned useful applications for it.

We did not understand it.Afdal, Fisika Unand

Penggunaan magnet sehari-hari3Afdal, Fisika Unand

MOTOR

Afdal, Fisika Unand

Magnetic StoragePita plastik pada kaset dilapisi dengan bubuk magnet halus.Arus menghasilkan medan magnet yang dapat berubah yang memagnetisasi bubuk.5patAfdal, Fisika Unand

Generator / Dinamo

Afdal, Fisika Unand

Medan Magnetdan Gaya MagnetAfdal, Fisika Unand

Lodestone (Magnetite)Afdal, Fisika Unand

Istilah magnet berasal dari nama kotak kuno yunani Magnesia, yang pada tempat tersebut banyak ditemukan magnet alam. Magnet alam tersebut saat dikenal sebagai lodestones (kadang dieja dengan loadstone; lode berarti to lead atau to attract) yang mengandung magnetite, bahan magnet alam Fe3O4. Orang China pada awal 121 AD mengetahui bahwa suatu batang besi bila didekatkan ke magnet alam ini akan memperoleh sifat magnetik. Bila batang tersebut digantung pada kawat maka akan mengarahkan dirinya sendiri ke arah utara-selatan.

Menggunakan magnet untuk membantu navigasi sekurang-kurangnya pada abad ke-11.Afdal, Fisika Unand

Kompas AirBeberapa bahan bersifat magnet, sifat ini ditemukan oleh orang-orang China dan digunakan untuk membuat kompas lodestone pertama. Afdal, Fisika Unand

Bahan MagnetKebanyakan materi bukan magnet.Bahan magnet yang terbentuk secara alamiah disebut ferromagnetik.Bahan yang bersifat Ferromagnet antara lainIron (Besi)Cobalt (Kobal)Nickle (Nikel)Afdal, Fisika Unand

(a)

Magnet memiliki dua kutub yang disebut kutub utara dan kutub selatan

Exp. Pierre de Maricourt: memetakan arah jarum kompas yang diletakkan pada beberapa titik dekat permukaan magnet Afdal, Fisika Unand

Kutub Sejenis Saling Tolak

Kutub Magnet & Gaya Antar MagnetN SS N

SNN13Afdal, Fisika Unand

N SN SKutub Tak-Sejenis Saling Tarik

SNSAfdal, Fisika Unand

NSNSKutub MagnetMagnet adalah dua kutub (dipol)Tidak ditemukan monopol (kutub tunggal).Bila suatu magnet dipotong menjadi dua bagian maka akan diperoleh dua kutub untuk setiap potongan.NSAfdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Tidak pernah ditemukan monopol (kutub tunggal) magnetSNAfdal, Fisika Unand

Bumi sebagai Magnet

Afdal, Fisika Unand

Kutub Utara MagnetikAfdal, Fisika Unand

SouthAfdal, Fisika Unand

Medan Magnet BumiInti bumi bukanlah bahan magnet. Jadi bagaimana bumi memperoleh medan magnet?Medan magnet mengelilingi arus listrik, jadi arus listrik yang bersirkulasi di dalam inti bumi yang berupa logam cair adalah sumber medan magnet. Satu loop arus memberikan medan yang mirip dengan medan bumi.Afdal, Fisika Unand

Kompas MagnetSuatu potongan besi atau nikel dapat dimagnetisasi dengan menggosok salah satu ujungnya dengan ujung magnet permanen.Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Medan MagnetKuat dan arah medan disekitar suatu magnet digambarkan dengan garis berpanah yang disebut garis medan atau garis gaya magnet.

Garis medan adalah garis-garis imaginer yang mewakili arah dan kuat medan magnet.

Arah medan pada suatu titik dinyatakan oleh arah panah, sedangkan kuat medan dinyatakan oleh kerapatan garis medan pada titik tersebut.

Afdal, Fisika Unand

Arah garis medan disekitar magnet batang. (a) Ditunjukkan dengan susunan butiran pasir besi dan arah jarum kompas. (b) Diagram skematis dari fenomena pada bagian (a).

(a)(b)27Afdal, Fisika Unand

Dari eksperimen diperoleh,Arah garis medan magnet masuk ke kutub selatan (S = south = selatan)Arah medan magnet keluar dari kutub utara (N = north = utara) Garis medan lebih rapat untuk daerah yang lebih dekat ke kutub magnet

AnimasiAfdal, Fisika Unand

Garis medan bila kutub utara suatu magnet berdekatan dengan kutub selatan magnet lain.Garis medan bila dua kutub utara dua buah magnet berdekatan

Garis medan disekitar suatu magnet tapal kudaAfdal, Fisika Unand

Medan magnet digambarkan dengan anak panah. Kuat medan magnet dinyatakan oleh kerapatan garis medan, sedangkan arah medan magnet dinyatakan oleh arah panah.Khusus untuk medan yang berarah tegak lurus bidang gambar, maka medan magnet digambarkan dengan tanda silang atau titik.

Medan magnet tegak lurus bidang gambar arah ke dalam.Medan magnet tegak lurus bidang gambar arah ke luar.Afdal, Fisika Unand

Gaya Magnet pada Benda Bermuatan Afdal, Fisika Unand

Suatu muatan yang bergerak dalam medan magnet akan dibelokkan.Gaya Magnet pada Muatan BergerakAfdal, Fisika Unand

Gambar di samping menunjukkan suatu muatan (+q) yang bergerak dalam medan magnet (B) yang berarah tegak lurus ke dalam bidang gambar. Muatan tersebut bergerak dengan kecepatan (v) arah vertikal ke atas. Muatan tersebut mendapat gaya magnet atau gaya lorentz (FB). Ditemukan bahwa arah gaya magnet selalu tegak lurus B dan v. Gaya magnet berarah lurus ke kiri sehingga muatan tertarik ke kiri sehingga lintasannya sedikit membelok. Karena muatan terus bergerak dan terus mendapat gaya, sehingga akhirnya muatan membentuk lintasan melengkung.

Afdal, Fisika Unand

: Besar gaya magnet pada muatan qq : besar muatan : kelajuan muatan : kuat medan tempat muatan berada : sudut antara dan Besar gaya magnet tersebut sebanding dengan q, B, dan v, serta memenuhi hubungan:

Afdal, Fisika Unand

Arah gaya magnet yang dialami oleh suatu muatan yang bergerak dalam medan magnet cukup unik, dimana arah FB selalu tegak lurus arah v dan tegak lurus arah B.

Afdal, Fisika Unand

Arahkan jari-jari tangan kanan ke arah v, putar jari-jari tangan tersebut menuju arah B, maka arah gaya (F) adalah dalam arah ibu jari.Beberapa cara yang membantu untuk menentukan arah gaya magnet pada muatan yang bergerak dalam medan magnet. Untuk semua cara gunakan tangan kanan!! ---> Aturan Tangan KananArah gaya ini adalah untuk muatan positif. Jika muatan negatif, maka arah gaya adalah dalam arah berlawanan dengan arah ibu jari (atau gunakan tangan kiri).Afdal, Fisika Unand

Selain cara di atas dapat juga digunakan cara berikut,

Afdal, Fisika Unand

+vBFAturan sekrup putar kanan:Bila sekrup diputar dari v menuju B maka arah gerak sekrup (maju atau mundur) adalah arah gaya pada muatan q.

vB

Afdal, Fisika Unand

Satun kuat medan magnet dalam SI adalah tesla ( T ), yang juga disebut weber per meter kuadrat (Wb/m2).

Satuan Kuat Medan Magnet[B] = T = Wb/m2 = N/{C.(m/s)} = N/(A.m)1 Tesla = 10.000 Gauss Satuan yang lain adalah Gauss Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Contoh beberapa arah gaya magnet pada muatan dengan arah kecepatan dan medan magnet yang berbeda-beda.Fx x x x x x x x x x x x x x x x x xvBqF = 0 vBq vBqFv arah vertikal ke atasB tegak lurus bidang arah ke dalamF arah horizontal ke kiriv arah vertikal ke atasB horizontal ke kananF tegak lurus bidang arah ke dalamv sejajar dengan BF = 0Afdal, Fisika Unand

xx xxxx xxx xxxx xxx xxxxxxx xxxxxxx xxxx xxx xxxx xxx xxxxxxx xxxxxxx xxxx xxx xxxx xxx xxxxxxx xxxxxxx xxxx xxx xxxx xxx xxxxxxx xxxxxBSuatu muatan (q) awalnya bergerak dalam arah vertikal ke atas di dalam medan magnet (B) arah tegak lurus ke dalam bidang gambar. Muatan mendapat gaya magnet (F) yang membelokkan lintasannya.Afdal, Fisika Unand

Dalam medan magnet, muatan mendapat Gaya Lorentz :Muatan yang bergerak melingkar juga mendapat percepatan sentripetal:Gunakan Hukum II Newton:

Jari - jari lintasan muatan (R)

Afdal, Fisika Unand

ContohSuatu proton bergerak dengan kelajuan 3 x 104 m/s ke arah barat di dalam medan magnet 500 Gauss arah ke selatan. Tentukan besar dan arah gaya magnet pada proton?

qproton = +e = 1.6 x 10-19 C v = 3 x 104 m/s, (ke Barat)B= 500 Gauss * 1 Tesla/10.000 Gauss = 0,05 T (ke Selatan)Afdal, Fisika Unand

Besar gaya:Fmagnet = q v B sin()Arah gaya: Aturan tangan kananBesar: F = (1.6 x 10-19 C)*(3 x 104 m/s)*(0,05 T) * sin(90o) = 2.4 x 10-16 Nt.Arah: Ibu Jari = Tangan x Jari-Jari= Barat x Selatan = Ke LuarPercepatan:a = F/m = 2.4 x 10-16 Nt / 1.67 x 10-27 kg = 1.44 x 1011 m/s2.Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Aplikasi yang melibatkan partikel yang bergerak dalam medan magnet1. Selektor Kecepatan (Velocity Selector)Dalam eksperimen yang melibatkan partikel yang bergerak, sangat penting menjaga agar semua partikel bergerak dengan kecepatan yang sama. Hal ini dapat dicapai dengan gabungan medan listrik dan medan magnet seperti gambar di samping.Lihat AnimasiAfdal, Fisika Unand

Medan listrik (E) berarah ke bawah, dan medan magnet seragam (B) di arahkan tegak lurus medan listrik. Bila muatan positif (q) memasuki daerah ini maka akan mendapat gaya magnet:

(berarah ke atas)dan mendapat gaya listrik:

(berarah ke bawah)Afdal, Fisika Unand

Partikel akan bergerak dalam lintasan lurus bila gaya magnet sama besar dengan gaya listrik (FB = FE).

Hanya partikel yang bergerak dengan kecepatan ini yang akan diteruskan. Partikel yang bergerak dengan kecepatan lebih besar akan dibelokkan ke atas, dan yang bergerak dengan kecepatan lebih rendah akan dibelokkan ke bawah.Afdal, Fisika Unand

2. Spektrometer MassaSpektrometer massa memisahkan ion berdasrkan perbandingan massa terhadap muatan. Setrelah ion melewati selektor kecepatan dan selanjutnya memasuki medan magnet seragam (Bo) yang memiliki arah yang sama dengan arah medan magnet dalam selektor. Saat memasuki medan magnet kedua, ion bergerak dalam lintasan setengah lingkaran sebelum mengenai plat fotografi.

Afdal, Fisika Unand

3. SiklotronSiklotron dapat mempercepat partikel bermuatan kecepatan sangat tinggi. Partikel bernergi tinggi ini digunakan untuk menembaki inti atom sehingga menghasilkan reaksi nuklir. {untuk membuat bahan radioaktif untuk diagnosa dan perawatan, bom nuklir, dll}

Afdal, Fisika Unand

Pemercepat Partikel (Particle Accelerator)Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Fluks Magnet (Jumlah Garis Gaya = )

Bila suatu loop seluas A berada dalam medan magnet B, maka fluks magnet atau rapat garis gaya () yang melewati loop didefenisikan sebagai

dimana adalah sudut antara B dan A.Afdal, Fisika Unand

Fluks magnet pada suatu bidang yang yang terletak dalam suatu medan magnet. (a) Fluks yang menembus bidang adalah nol bila medan magnet sejajar dengan permukaan bidang. (b) Fluks yang menembus bidang maksimum bila medan magnet tegak lurus pada bidang.Afdal, Fisika Unand

Gaya Magnet pada Kawat BerarusAfdal, Fisika Unand

Sebelumnya sudah dilihat bahwa muatan yang bergerak dalam medan magnet akan mendapat gaya Lorentz. Maka tidaklah mengherankan kawat berarus juga akan mendapat gaya bila berada dalam medan magnet, karena arus dalam kawat sebenarnya adalah muatan yang bergerak.Afdal, Fisika Unand

Suatu kawat digantung diantara kutub-kutub magnet. Penampang dari kutub selatan magnet dari bagian (a), bila tidak ada arus, kawat tetap lurus vertikal.

Afdal, Fisika Unand

(c) Bila arus berarah ke atas, kawat terdorong ke kiri. (d) Bila arus berarah ke bawah, kawat terdorong ke kanan.Bagaimana hal ini dapat terjadi?Afdal, Fisika Unand

Lihat AnimasiLihat AnimasiAfdal, Fisika Unand

Perhatikan suatu segmen kawat lurus sepanjang L dan luas penampang A, membawa arus I dalam medan magnet luar yang seragam (B) yang tegak lurus pada arah aliran muatan seperti gambar di bawah. Besar gaya magnet pada muatan q yang begerak dengan kecepatan alir vd adalah Untuk mencari gaya total pada kawat, kalikan gaya F dengan jumlah muatan yang ada dalam segmen. Karena volume segmen adalah AL, maka jumlah muatan dalam segmen adalah nAL, dimana n adalah jumlah muatan per satuan volume. Sehingga, gaya magnet total pada kawat sepanjang L adalahF = (qvdB)nAL F = qvdB Afdal, Fisika Unand

Bila kawat tidak tegak lurus terhadap medan magnet, tetapi membentuk suatu sudut () tertentu, maka besar gaya magnet pada kawat adalahF = IBL sinsedangkan nqvdA adalah kuat arus (I) , dan F dapat dinyatakan sebagaiF = IBL

Afdal, Fisika Unand

Sedangkan arah gaya magnet ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan, seperti yang digunakan untuk menentukan gaya magnet pada muatan yang bergerak dalam medan magnet. Tetapi disini arah kecepatan muatan (v) digantikan dengan arah arus (I).

Afdal, Fisika Unand

FL

Dengan menggunakan aturan tangan kanan, dimana I arah vertikal ke atas, B arah tegak lurus ke dalam bidang gambar, maka gaya pada kawat akan berarah horizontal ke kiri.

iBFLAfdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Gaya Magnet pada Loop Berarus

Bila suatu loop kawat tertutup yang terhubung dengan sumber arus diletakkan dalam medan magnet, maka loop tersebut akan mendapat torsi dan berputar pada sumbunya.

Afdal, Fisika Unand

Gambar di atas adalah suatu loop arus persegi panjang dalam medan magnet (B) dilihat dari atas. Medan B berarah horizontal ke kanan. Pada loop mengalir arus (I) seperti dalam gambar.Pada segmen (1) dan (3) tidak ada gaya yang bekerja karena segmen ini sejajar dengan B. Bagaimana ini bisa terjadi?Sama halnya dengan kawat berarus, maka loop berarus juga akan mendapat gaya jika berada dalam medan magnet. Karena pada dasarnya, loop adalah kawat yang ujung-ujungnya bertemu pada suatu titik.

Afdal, Fisika Unand

Tetapi segmen (2) dan (4) bekerja gaya magnet yang besarnya, F2 = F4 = I a BArah dari F2 (gaya pada kawat 2) adalah ke atas, dan arah gaya F4 (gaya pada kawat 4) adalah ke bawah. Kedua gaya ini berlawanan arah tetapi tidak bekerja dalam garis aksi yang sama. Kedua gaya ini menghasilkan torsi terhadap O yang menyebabkan loop berotasi searah putaran jarum jam. Besar dari torsi ini adalah

dimana A = ab adalah luas loopAfdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Afdal, Fisika Unand

Loop Berarus dalam medan magnet RotasiIni adalah prinsip dasar dari kerja motor listrik

Afdal, Fisika Unand

Lihat AnimasiLihat AnimasiAfdal, Fisika Unand

Motor Listrik:alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik (gerak).Contoh penerapan:Kipas angin, mobil-mobilan listrik, alat ukur listrik.Afdal, Fisika Unand

Electric Motor

78Instructor:

This is a detailed animation of the operation of a DC motor, showing the forces, current flow, and resulting motion caused by the magnetic fields.Afdal, Fisika Unand

Electric Motor

79Instructor:

This is a detailed animation of the operation of a DC motor, showing the forces, current flow, and resulting motion caused by the magnetic fields.Afdal, Fisika Unand

Galvanometer

Galvanometer menggunakan prinsip motor listrik.