Medan Elektromagnetik

Medan Elektromagnetik

Dulu, pada tahun 1819  seorang ahli fisika berkebangsaan Denmark bernama Hns Christian Oersted menemukan bahwa medan magnet tidak hanya bisa timbul dari sumber magnet asli tetapi juga bisa timbul di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik. Penemuan ini di dasarkan atas percobaan dengan menempatkan kompas di sekitar kawat berarus listrik. Ilmuwan yang wafat di Kopenhagen pada usia 73 tahun ini menemukan fakta menarik, ketika sebuah jarum kompas diletakkan disekitar kawat yang dialiri arus listrik jarum tersebut tidak lagi mengarah ke arah utara atau selatan melainkan ke arah menyimpang.

Dari percobaan tersebut dapat ditarik kesimpulan:
Di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik terdapat medan magnet yang mempengaruhi arah jarum kompas.Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung kepada arah arus listrik yang mengalir pada  penghantar.

Dari percobaan di atas sobat dapat mengatakan bahwa yang dimaksud elektromagnet adalah sifat kemagnetan yang timbul pada suatu penghantar saat dialiri arus listrik.

Arah Medan Elektromagnet

Arah medan elektromagnet dapat ditentukan dengan mudah menggunakan kaidah tangan kanan. Arah ibu jari kanan selalu menunjukkan arah arus listrik dan arah keempat jari sisanya menunjukkan arah medan elektromagnet. Perhatikan gambar di bawah ini

kaidah tangan kanan

Dari gambar di atas terlihat bahwa kawat berarus listrik memiliki garis-garis medan elektromagnet yang bentuknya berupa lingkaran-lingkaran yang bertitik pusat pada kawat. Jika arah arus ke atas (ibu jari ke atas) maka arah medan elektromagnet berlawanan dengan arah jarum jam. Sebaliknya saat arah arus listrik ke bawah, arah medan elektromagnet searah dengan arah jarum jam. Perhatikan gambar di bawah ini!

Contoh Soal

Coba sobat perhatikan empat buah gambar di bawah ini, kemudian tentukan arah arus listrik yang benar jika tanda titi (.) menyatakan arah medan magnet ke luar bidang atau menuju kita, sedangkatn tanda silang (x) menyatakan araha medan magnet masuk ke bidang atau menjauhi kita

Pembahasan:

Dengan menggunakan kaidah tangan kanan maka jawaban yang benar adalah B. Tanda x berarti medan magnet masuk menjauhi kita dan tanda titik berarti medan magnet keluar dan mendekati kita.

Kuat Medan Elektromagnet

1. Kuat Medan Magnet pada Kawat Lurus

Besarnya medan elektromagnet atau induksi magnet yang dialami oleh sebuah titik yang berjarak r dari kawat lurus dengan panjangnya dl dan mengalir arus listrik sebesar I dapat sobat hitung menggunakan rumus:

dB = elemen kuat medan magnet di suatu titik (Tesla = Weber/m²)
μ_o = permeabilitas vakum (4π . 10^-7 Wb/Am)
r = jarak titik ke elemen kawat (m)
l = panjang elemen kawat
θ = sudut yang dibentuk antara garis singgung medan magnet pada elemen kawat berarus dengan titik tertentu

Rumus di atas dikenal juga dengan hukum Bio-Savart. Besarnya kuat medan elektromagnet di suatu titik yang berjarak a dari kawat berarus listrik dengan panjang kawat tak terhingga (l = ~) dapat ditentukan dengan rumus

 
a = jarak tegak lurus titik ke kawat berarus listrik (m)

2. Kuat Medan Elektromagnet di Sekitar Kawat Melingkar

a. Pada Sumbu Lingkaran
Besar kuat medan elektromagnet (induksi magnet) di titik sepanjang sumbu lingkaran ditentukan dengan rumus

 

atau

N = banyak lilitan
a = jari-jari lingkaran kawat beraruss listrik
x = panjang sumbu lingkaran

b Pada Pusat Lingkaran

Besar induksi magnet di pusat lingkaran kawat ditentukan dengan rumus

B = μ_o NI/2a

3. Kuat Medan Elektromagnet pada Solenoida.

Apa itu selenoida? Selenoida adalah kawat pajang yang dililitkan pada inti yang berbentuk silinder. Besarnya induksi magnet di ujung solenoida dapat ditentukan dengan rumus:

l = panjang solenoida (m)

Besarnya induksi magnet di pusat (tengah) solenoida dapat ditentukan dengan rumus:

4. Kua Medan Elektromagnet pada Toroida

Toroida adalah kawat yang dililitkan pada inti yang berbentuk lingkaran. Pada prinsipnya, toroida merupakan solenoida yang intinya dibengkokkan sehingga berbentukk lingkaran. Besarnya induksi magnet pada toroida hanya ada di dalam toroida (sumbu toroida) dan besarnya ditentukan dengan rumus

a = jari-jari efektif toroida

Fluida Statis

Fluida Statis

Fluida statis atau hidrostatika merupakan salah satu cabang ilmu sains yang membahas karakteristik fluida saat diam, biasanya membahas mengenai tekanan pada fluida ataupun yang diberikan oleh fluida (gas atau cair) pada objek yang tenggelam didalamnya.

Fluida statis dipakai untuk menjelaskan fenomena-fenomena seperti kenaikan besar tekanan air terhadap kedalamannya dan perubahan besar tekanan atmosfer terhadap ketinggian pengukuran dari permukaan laut.

Massa Jenis

Massa jenis merupakan suatu ukuran kerapatan suatu benda dan didefinisikan sebagai berat suatu benda dibagi dengan dengan volumenya. Semakin besar massa jenisnya, maka benda tersebut memiliki kerapatan yang besar.

Dimana:
ρ (dibaca rho) merupakan massa jenis suatu benda (kg/m³)
m merupakan massa benda (kg)
V merupakan volume benda (m^3)

Secara kasar, massa jenis dapat digunakan untuk mengetahui apakah benda dapat mengapung di permukaan air. Benda/objek yang memiliki massa jenis lebih kecil akan selalu berada di atas massa jenis yang lebih besar. Contohnya, minyak akan selalu mengapung diatas permukaan air karena massa jenis minyak lebih kecil dari massa jenis air.

Semua benda/objek yang memiliki massa jenis lebih besar dari massa jenis air akan selalu tenggelam. Prinsip inilah yang dipakai oleh insinyur kapal dalam merancang kapal. Perhatikan gambar dibawah ini, prinsip inilah yang dipakai sehingga kapal selam dapat menyelam dan mengapung kembali ke permukaan laut.

Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis (ketika fluida dalam keadaan diam) pada titik kedalaman berapapun tidak dipengaruhi oleh berat air, luasan permukaan air, ataupun bentuk bejana air, akan berdasarkan luasan objek yang menerimanya atau kedalaman ukur. Tekanan hidrostatis menekan ke segala arah dan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan pada luasan yang diukur atau dapat dihitung berdasarkan kedalamaan objeknya dengan persamaan

dimana:
ρ adalah berat jenis air (untuk air tawar, ρ = 1.000 kg/m³)
g adalah besar percepatan gravitasi (percepatan gravitasi di permukaan bumi sebesar g=9,8 m/s²)
h adalah titik kedalaman yang diukur dari permukaan air

Satuan tekanan adalah Newton per meter kuadrat (N/m²) atau Pascal (Pa). Contoh tekanan hidrostatik yakni pada pada aliran darah atau yang biasa kita sebut sebagai tekanan darah, merupakan tekanan yang diberikan oleh darah (sebagai fluida) terhadap dinding.

Tekanan mutlak merupakan tekanan total yang di alami benda atau objek yang berada didalam air dan dinyatakan dengan

Dimana P_atm merupakan tekanan atmosfer. Tekanan mutlak merupakan tekanan sebenarnya, sehingga jika kita melakukan eksperimen dan mendapat data mengenai tekanan, maka perlu ditambah dengan tekanan atmosfer.

Hukum Pascal

Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan dibagi luasan yang menerima gaya tersebut.

Dimana F merupakan besarnya gaya (Newton)
A merupakan luasan penampang (m²)

Dibawah ini merupakan satuan-satuan tekanan dan konversinya. Pascal merupakan satuan internasional untuk tekanan, dan atm (atmosfer) merupakan satuan yang menunjukkan tekanan atmosfer (tekanan atmosfer di atas permukaan laut sebesar 1 atm).

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan yang diberikan kepada fluida dalam ruang yang tertutup akan diteruskan sama besar ke segala arah. Formula hukum Pascal dalam sistem tertutup dapat disimpulkan dengan:

Masih bingung? Yuk diskusi di Forum StudioBelajar.com

Seperti yang sudah kita tahu bahwa tekanan adalah gaya dibagi besar luasan penampangnya, maka persamaan diatas dapat ditulis kembali sebagai berikut:

Sehingga:

Dimana d₁ merupakan diameter permukaan 1 dan d₂ merupakan diameter permukaan 2.

Perhatikan skema mekanisme hidrolik diatas. Karena cairan tidak dapat ditambahkan ataupun keluar dari sistem tertutup, maka volume cairan yang terdorong di sebelah kiri akan mendorong piston (silinder pejal) di sebelah kanan ke arah atas. Piston di sebelah kiri bergerak ke bawah sejauh h1 dan piston sebelah kanan bergerak ke atas sejauh h₂. Sesuai hukum Pascal, maka:

Sehingga:

Contoh Soal Fluida Statis dan Pembahasan

Contoh Soal Fluida Statis 1

Sebuah bola besi yang bermassa 220 kg dan volume 0,2 m³ masuk ke dalam kolam. Apakah bola tersebut akan tenggelam atau mengapung ke permukaan air?

Pembahasan:

Diketahui bahwa 

Oleh karena  maka bola akan tenggelam.

Contoh Soal Fluida Statis 2

Berapa besar balon yang diisi dengan gas mulia helium yang dibutuhkan untuk mengangkat seorang lelaki yang bermassa 100 kg? Massa jenis helium sebesar  dan massa jenis udara sebesar . Massa balon diabaikan.

Pembahasan:

Agar balon dapat mengangkat orang tersebut, maka massa (balon+orang) harus lebih rendah dari massa udara.

Diketahui bahwa 

Sehingga dapat diketahui besar volume balon yang harus diisi dengan helium yakni harus lebih besar dari 88,8 m^3 agar laki-laki tersebut dapat terangkat (massa jenisnya menjadi lebih ringan dari massa jenis udara)

21 - 30

21. Sejumlah gas dałam ruang tertutup dengan suhu 77 ^oc. Agar energi kinetik partikel gas dałam ruang tersebut menjadi 3 kali semula maka suhu gas harus dinaikkan menjadi...
A.      154 ^oc  B. 308 ^oc  C. 700 ^oc  D. 1127 ^oc E.       1400 ^o c

22. Persamaan gelombang berjalan dirumuskan sebagai y = 0.1 sin (40πt - 4πx) meter dengan t dałam sekon dan x dałam meter.

(1) frekwensi gelombang 20 HZ

(2) Panjang geJombang 2 m

(3) Cepat rambat gelombang 10 m/s

(4) Amplitudo gelombangnya 0,1 cm

pernyataan yang benar adalah...

A. 1, 2 dan3

B. 1 dan 3

C. 2 dan4

D. 4 saja

E. 1, 2, 3,dan4

23. Taraf Intensitas bunyi di titik A yang berjarak 20 m dari sumber bunyi adalah 60 dB. Jika sumberbunyi dijauhkan dari A sehingga jaraknya menjadi 200 m, maka taraf intensitas di titik A menjadi...
A.10 dB B. 20 dB c. 30 dB D. 40 dB E. 50 dB

24. Dari rangkaian seperti gambar di bawah, arus listrik yang mengalir adalah

A. 0,5 A

B. 0,6 A

C. 1,0 A

D. 1,2 A

E. 1,8 A

25. Seutas tali yang panjang, salah satu ujungnya terikat pada tiang. Tali digetarkan sehingga menimbulkan gelombang stasioner dengan terbentuk 5 gelombang penuh sepanjang 2 m. Letak perut yang ketiga dari ujung terikat adalah

A. 0,1 m

B, 0,3 m

C. 0,5 m

D. 0,6 m

E. 1,0 m

26. Untuk menentukan panjang gelombang sinar monokromatik digunakan percobaan young dengan data sebagai berikut, jarak antara kedua celahnya = 0,04 mm, jarak celah ke layar = 40 cm dan jarak antara garis gelap ke-l dengan garis gelap ke-2 pada layar = 5 cm. Panjang gelombang monokromatik tersebut adalah

A. 5,0 x 10^-6 m B. 3.2 x 10^-6 m C. 5,0 x 10^-7 m  D. 3,2 x 10^-7 m  E. 8,0 x 10^-8 m

27. Penghantar berbentuk huruf U diletakkan dalam medan magnet homogen dengan induksi magnetik 2 x 10^-2 wb/m². Kawat penghantar PQ digerakkan ke kanan dengan kecepatan 20 m/s. Jika panjang kawat PQ 10 cm dan R 2 ohm maka arus yang mengalir adalah...

A. 0,01 Ampere

B. 0,02 Ampere 

C. 0,03 Ampere
D. 0,04 Ampere
E. 0,05 Ampere

28.         Kakak berdiri di samping mobil polisi yang mengeluarkan bunyi sirine dengan frekuensi 520 Hz. Sebuah mobil ambulans bergerak mendekati mobil polisi dengan kecepatan 20 m.s-l sambil mengeluarkan bunyi dengan frekuensi 480 Hz. Jika cepat rambat bunyi di udara 340 m.s-l , besar frekuensi pelayangan yang didengar oleh kakak adalah

A.    9Hz 

B. 10Hz

C.   67 Hz
D.   79Hz
E. 93 Hz

29. Pada saat partikel alfa ditembakkan kepada atom N dihasilkan reaksi sebagai berikut:

Jumlah proton pada partikel X adalah

A. 4

B. 6

C. 8

D. 9

E. 17

30.  Suatu rangkaian seri R-L-C dipasang pada .tegangan listrik bolak-balik yang tegangan efektifnya 125 V, besar tegangan efektif pada kapasitor (C) adalah....

A. 75 V  B. 100 V   C. 125 V   D. 130 V   E. 50 V



<<<<<<<<<BACK                           NEXT>>>>>>>>>>>

31 - 40

31.  Perhatikan gamabar rangkaian kapasitor di bawah!

 Jika C = 4 µF dan V = 10 volt maka muatan total pada rangkaian adalah....

A.  10 µF

B.  12 µF

C. 16 µF

D.  24 µF

E.  32 µF

32.  Pernyataan di bawah ini yang menunjukkan teori atom Bohr. Pernyataan yang tidak benar adalah

A. Elektron-elektron dalam atom hanya dapat melintasi lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit-kulit atau tingkat-tingkat energi

B. Tidak dapat menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak

C. Elektron yang beredar pada lintasannya tidak memancarkan energi, lintasan elektron ini disebut lintasan / keadaan stasioner.
D. Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit yang Iain

E. Dalam mengelilingi inti electron sambil memancarkan energi

33. Permukaan suatu logam dismari cahaya yang mempunyai frekuensi tertentu. Ternyata penyinaran ini tidak menimbulkan efek fotolistrik pada permukaan logam tersebut. Agar permukaan logam memancarkan elektron, maka...
l) Digunakan cahaya yang frekuensinya lebih besar

2) Logam katoda diganti dengan yang memiliki energy lebih kecil dari energy cahaya

3) Digunakan cahaya dengan panjang gelombang lebih kecil 

4) Intensitas cahaya yang digunakan dinaikkan Pernyataan yang benar adalah....
A.1,2  dan3

B. 1 dan 3 

C. 2 dan4

D. 1 dan 4 

E. 1,2,3 dan4

34.      Jika Nitrogen ditembak dengan partikel alfa , maka dihasilkan sebuah inti Oksigen dan sebuah proton seperti terlihat pada reaksi inti berikut ini: 

Diketahui massa inti :

₂H⁴ = 4,00260 sma        ₇N¹⁴ 14,00307 sma
₈O¹⁷ = 16,999B sma      ₁H¹     = 1,00783 sma

Jika 1 sma = 931 Mev, maka pada reaksi diatas....

A. menghasilkan energi 1,20099 Mev 

B. memerlukan energi 1,20099 Mev
C. menghasilkan energi 1,10000 Mev

D. memerlukan energi 1,10000 Mev

E. memerlukan energi 1,00783 Mev

35.      Muatan listrik Q₁ segaris dengan Q₂ seperti pada gambar! (k = 9 x 10⁹) 

Kuat medan listrik pada titik A adalah....

A.  41,0 x  10⁷ N.C^-l

B.      40,5 x 10⁷ N.C^-1

C.      39,5 x 10⁷ N.C^-1

D.     31,5 x 10⁷ N.C^-1

E.      30,5 x 10⁷ N.C^-1

B. SOAL URAIAN
36.     Amin mengendarai motor melintasi pos polisi dengan kecepatan 25 m.s^-l . Sepuluh detik kemudian mobil polisi yang semula berada di depan pos bergerak menyusul motor Amin dengan kecepatan 30 m.s^-l. Kecepatan keduanya tetap dan lintasan yang dilewatinya lurus

a.      Berapa waktu yang diperlukan mobil polisi untuk berada tepat berdampingan dengan Amin?

b.      Berapa jarak motor amin dan mobil polisi dihitung dari posisi awal / pos polisi?

37.     Sebuah pesawat bergerak dengan kecepatan 540 krnJjam, melepaskan bom yang massanya 5 kg, jika tinggi pesawat 80 m, hitung jarak mendatar bom saat ditanah

38. Bola dijatuhkan dari ketinggian 135 cm, kemudian memantul dengan ketinggian 45 cm. Hitunglah koefisien restitusi dan ketinggian pantulan berikutnya!

39.     Perhatikan grafik P-V untuk mesin Carnot seperti gambar di samping. 

Jika mesm mengambil panas 600 J, maka hitunglah banyaknya panas yang diubah menjadi usaha!

40. Dua kawat panjang lurus sejajar berjarak 12 cm dialiri arus seperti gambar

Hitunglah induksi magnet di tengah-tengah antara dua kawat tersebut dan kemana arahnya!


<<<<<<<< BACK