SOAL-SOAL UNTUK GAYA LORENTZ

 

Berikut ini contoh - contoh soal yang berkaitan dengan gaya Lorentz, sengaja saya jadikan dalam bentuk SKL UAN jadi soal ini bisa di jadikan bahan untuk persiapan UAN 2012/2013.
 
SKL 5.5 menentukan gaya magnetic ( gaya Lorentz ) pada kawat berarus listrik atau muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet homogeny.

Menentukan gaya Lorentz pada sebuah kawat berarus listrik.

1. Kawat lurus sepanjang 20 cm dialiri arus listrik 2A dan diletakkan dalam medan magnet 0,4 T. gaya Lorentz yang di alami kawat jika diletakkan tegak lurus arah medan magnet sebesar . . . .

a. 0,16 N

b. 0,24 N

c. 0,32 N

d. 0,64 N

e. 0,80 N

2. Dalam suatu medan magnet homogeny 2,4 x 10-2 T diletakkan sebuah kawat sepanjang 1m yang dialiri arus sebesar 20 A. Sudut yang dibentuk antara arah arus dan arah medan magnet 300. Gaya Lorentz yang mincul pada kawat sebesar . . . .

a. 0.03 N

b. 0,06 N

c. 0,12 N

d. 0,24 N

e. 0,48 N

3. Dalam suatu medan magnet homogen 0,032 T diletakkan kawat lurus berarus listrik 20 A secara tegak lurus . Jika panjang kawat 100 cm , gaya Lorentz yang timbul sebesar . . . .

a. 2,4 x 10-1 N

b. 3,6 x 10-1 N

c. 4,8 x 10-1 N

d. 5,4 x 10-1 N

e. 6,4 x 10-1 N

4. Perhatikan gambar berikut !

Kawat berarus 5 A sepanjang 20 cm diletakkan dalam medan magnet 0,01 T dengan arah dan sudut seperti gambar . Besar dan arah gaya magnetik yang di alami kawat yaitu . . . .

a. 0,01 N ke Z (-)

b. 0,02 N ke Z (+)

c. 0,03 N ke Z (-)

d. 0,04 N ke Y (+)

e. 0,05 N ke Y (-)

5. Perhatikan gambar di bawah ini !

Kawat berarus listrik 2 A melintasi medan magnet homogeny 0,05 T. Jika panjang kawat 30 cm , besar dan arah gaya magnetic yang dialami kawat adalah . . . .

a. 0,02 N ke kiri

b. 0,02 N ke kanan

c. 0,03 N ke kiri

d. 0,03 N ke kanan

e. 0,05 N ke kiri

Menentukan gaya Lorentz pada muatan listrik yang bergerak pada medan magnet yang homogen

6. Sebuah partikel bermuatan 2μC bergerak dengan kecepatan 1 x 106 m/s di uadara melewati medan magnet homogeny bernilai 2 x 10-4 T secara tegak lurus. Gaya Lorentz yang dialami partikel tersebut sebesar . . . .

a. 1 x 10-4 N

b. 2 x 10-4 N

c. 3 x 10-4 N

d. 4 x 10-4 N

e. 5 x 10-4 N

7. Dalam pengaruh medan magnetic 2,5 x 10-3 T sebuah partikel bergerak dengan kecepatan 3 x 106 m/s dan membentuk sudut 30° terhadap arah medan magnet. Jika muatan partikel 1,6 x 10-19 C, gaya magnetik yang dialami partikel tersebut sebesar ....

a. 7,5 x 10-16 N

b. 6,0 x 10-16 N

c. 4,5 x 10-16 N

d. 3,0 x 10-16 N

e. 1,5 x 10-16 N

8. Perhatikan gambar berikut !

Muatan listrik +5 C bergerak dengan kecepatan tetap 20 m/s pada arah sumbu X yang positif. Terdapat medan magnet B sebesar 40 Wb/m2 dalam arah Z positif seperti pada gambar. Besar dan arah gaya magnetik adalah ....

a. 4,0 x 103 N arah Y (-)

b. 4,0 x 103 N arah Y (+)

c. 4,0 x 10-2 N arah Y (-)

d. 4,0 x 10-3 N arah Y (+)

e. 4,0 x 10-3 N arah Y (-)

9. Perhatikan gambar berikut !

Muatan listrik sebesar -10 coulomb yang bergerak searah sumbu Y(+) melintasi medan magnet yang searah sumbu Z(+). Besar dan arah gaya magnetik yang timbul jika kecepatan elektron 10 m/s yaitu ....

a. 1.000 searah sumbu Z(+)

b. 1.000 searah sumbu Z(-)

c. 2.000 searah sumbu X(+)

d. 2.000 searah sumbu X(-)

e. 3.000 searah sumbu X(-)

10. Perhatikan gambar berikut !

Muatan listrik sebesar +2 coulomb melintasi medan magnet sebesar 10 T seperti pada gambar. Besar dan arah gaya magnetik yang diterima muatan tersebut yaitu ....

a. 50 N arah X (+)

b. 50 N arah X (-)

c. 100 N arah Y (-)

d. 100 N arah Z (+)

e. 100 N arah X (+)

11. Perhatikan gambar berikut!

Muatan listrik 3 μC melintasi medan magnet 0,06 T dengan kecepatan 25 m/s. Gaya Lorentz yang dialami oleh muatan itu sebesar ....

a. 1,5 x 10-5 N

b. 2,7 x 10-5 N

c. 3,6 x 10-5 N

d. 4,5 x 10-6 N

e. 5,4 x 10-6 N

12. Perhatikan gambar berikut!

Elektron bermuatan 1,6 x 10-19 C memasuki medan magnet sebesar 10-4 T dengan kecepatan 100 m/s. Gaya magnetik yang dialami elektron sebesar ....

a. 1,6 x 10-21 N

b. 3,2 x 10-21 N

c. 3,6 x 10-21 N

d. 4,8 x 10-21 N

e. 7,6 x 10-21 N

Menentukan gaya Lorentz pada dua kawat sejajar yang berarus listrik

13. Dua buah kawat lurus yang masing-masing memiliki panjang 60 cm diletakkan sejajar. Kawat pertama dialiri arus 40 A dan kawat kedua 20 A. Arah aliran arus listrik searah. Gaya magnetic per meter dari kedua kawat sebesar ....

a. 2,6 x 10-4 N

b. 2,7 x 10-4 N

c. 2,8 x 10-4 N

d. 2,9 x 10-4 N

e. 3,0 x 10-4 N

14. Dua kawat sejajar yang berjarak 1 m satu sama lain dialiri oleh arus listrik yang masing-masing 1 A dengan arah yang sama. Di antara kedua kawat akan terjadi ....

a. Gaya tarik-menarik sebesar 4 x 107 N/m

b. Gaya tolak-menolak sebesar 2 x 107 N/m

c. Gaya tarik-menarik sebesar 2 x 107 N/m

d. Gaya tarik-menarik sebesar 2 x 10-7 N/m

e. Gaya tolak-menolak sebesar 2 x 10-7N/m

15. Dua kawat sejajar sepanjang 1 m berarus listrik 6 A dan 9 A berjarak 18 cm satu sama lain. Jika kedua arus berarah sama, maka besar dan arah gaya Lorenz yang ditimbulkan oleh kedua kawat tersebut adalah ....

a. 6 x 10-5 N, tarik-menarik

b. 6π x 10-5 N, tolak-menolak

c. 6 x 10-5 N, tolak-menolak

d. 6π x 10-5 N, tarik-menarik

e. 12π x 10-5 N, tarik-menarik

untuk yang ingin kunci jawabannya, dapat saya kirimkan lewat email

GAYA LORENTZ

Gaya Lorentz merupakan nama lain dari gaya magnetic yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet, B. kapan gaya Lorentz timbul ?
Gaya magnetic (gaya Lorentz) timbul jika ada interaksi dua medan magnet contohnya kawat berarus dalam medan magnet, kawat sejajar berarus dan muatan yang bergerak dalam medan magnet.
A. Kawat Berarus dalam Medan Magnet
Pada setiap kawat berarus yang diletakkan dalam daerah bermedan magnet maka kawat tersebut akan merasakan gaya magnet. Gaya magnet atau gaya Lorentz merupakan besaran vektor. Arahnya dapat menggunakan kaedah tangan kanan, ibu jari sebagai arah I, empat jari lain sebagai arah B dan arah gaya Lorentz sesuai dengan arah telapak untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut : 
                                                                    
 















selain dengan cara di atas jari-jari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya lorentz (F) di tunjukkan oleh jari tengah. seperti pada gambar berikut :
Gaya lorentz pada penghantar bergantung pada faktor sebagai berikut :

(1) kuat medan magnet (B)
(2) besar arus listrik (I)
(3) panjang penghantar
sehingga dapat dirumuskan
keterangan :
F = gaya lorentz (N)
B = kuat medan magnet (Tesla)
I = kuat arus listrik (A)
L = panjang penghantar (m)
Jika B membentuk sudut θ terhadap I akan memenuhi persamaan berikut :

B. Kawat Sejajar Berarus

dari gambar di atas menunjukkan dua kawat penghantar sejajar yang terpisah sejauh a dialiri arus listrik I1 dan I2. Pada gambar yang arus listrik I1 searah dengan I2 ( gambar sebelah kiri) kedua kawat saling mendekat atau tarik menarik. Sedangkan untuk arus listrik I1 berlawanan dengan I2 , kedua kawat saling menjauh atau tolak menolak. Hal ini menunjukkan bahwa kedua kawat timbul gaya magnetic.
Perhatikan gambar dimana arus listrik I1 searah dengan I2 ( gambar sebelah kiri), arus listrik I1 menimbulkan induksi magnetic B1 di titik P sebesar :

Penghantar berarus I2 dipengaruhi oleh B1 sehingga mengalami gaya F2 sebesar :

Untuk kawat I2 menimbulkan induksi magnetic B2 di titik Q sebesar :

Penghantar berarus I1 dipengaruhi oleh B2 sehingga mengalami gaya F1 sebesar :

Dari persamaan di atas diperoleh gaya per satuan panjang kedua penghantar adalah sama.
Jika kedua arus pada kawat penghantar adalah sama besar maka persamaan di atas menjadi :

 

C.Gaya Lorentz Pada Muatan Bergerak
Muatan yang bergerak dapat disamakan dengan arus listrik. Berarti saat ada muatan yang bergerak dalam medan magnet juga timbul gaya magnetic ( gaya Lorentz).
Arus adalah muatan yang bergerak dan muatan yang dimaksud adalah muatan positif.
Gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh muatan yang bergerak memenuhi persamaan :

di mana

F = gaya Lorentz (N)

B = medan magnet (Tesla atau Wb/m2)

q = muatan listrik (C)

v = kecepatan muatan (m/s)

Pemanfaatan Gaya Lorentz
Dalam kehidupan sehari-hari penerapan gaya lorentz dapat memudahkan pekerjaan manusia. Ciri khas dari motor listrik adalah adanya kumparan yang dilalui arus listrik dan timbulnya medan magnet yang menyebabkan kumparan berputar sehingga terjadilah sumber tegangan yang mengalirkan arus listrik, sehingga dapat dimanfaatkan untuk menghidupkan kipas angin, bola lampu dan blender. 


Penerapan gaya lorentz yang lain, untuk alat ukur listrik, salah satunya adalah galvanometer. Galvanometer digunakan untuk mengukur arus listrik yang kecil. Prinsip kerjanya sama dengan motor listrik, yaitu berputarnya kumparan karena munculnya dua gaya Lorente sama besar tetapi berlawanan arah, yang bekerja pada dua sisi kumparan yang saling berhadapan.
Kawat tembaga dililitkan pada inti besi lunak berbentuk silinder membentuk statu kumparan, dan diletakkan diantara diantara kutub-kutub sebuah magnet hermanen. Arus listrik memasuki dan meninggalkan kumparan melalui pegas spiral yang terpasang di atas dan di bawah kumparan.
Maka sisi kumparan yang dekat dengan kutub utara dan kutub selatan mengalami gaya Lorente yang sama tetapi berlawanan arah, yang akan menyebebkan kumparan berputar. Putaran kumparan ditahan oleh kedua pegas spiral, sehingga kumparan hanya akan berputar dengan sudut tertentu. Putaran dari kumparan diteruskan oleh sebuah jarum untuk menunjuk pada skala tertentu. Angka yang ditunjukkan oleh skala menyatakan besar arus listrik yang diukur. 

Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip gaya lorentz. Komponen dasar pengeras suara terdiri dari tiga bagian yaitu sebuah krucut yertas yang bersambungan dengan sebuah kumparan suara (silinder yang dikitari oleh kawat tembaga) dan sebuah magnet hermanen berbentuk silinder (kutub utara di tengah dan dikelilingi kutub selatan).
Ketika arus dilewatkan pada lilitan kumparan , maka padanya akan bekerja gaya lorentz yang disebabkan oleh magnet permanen. Besar kecilnya gaya bergantung pada arua yang dihasilkan oleh terminal pengeras suara sehingga akan menyebabkan maju mundurnya kerucut kertas yang menumbuk udara sehingga dihasilkan gelombang-gelombang bunyi sesuai dengan frekuensi pengeras suara. akan mengalir arus dari terminal pengeras suara menuju kumparan suara , sehingga didalam kumparan akan ada aliran elektron yang berada di dalam medan magnet.
Elektron yang berada di medan magnet akan mengalami gaya lorentz yang dapat menimbulkan maju atau mundurnya kerucut kertas, sehingga elektron-elektron yang ada disekitar kerucut bertumbukan dengan udara yang mengakibatkan gelombang bunyi.

Soal dan Pembahasan Induksi Magnetik

Menentukan Induksi magnetic di sekitar kawat berarus listrik

1. Sebuah kawat lurus dialiri listrik 5 A seperti gambar. (μo = 4π x 10-7 Wb/A.m)

Besar dan arah induksi magnet di titik P adalah . . . .

a. 4 x 10-5 T, ke kanan

b. 4 x 10-5 T, ke kiri

c. 5 x 10-5 T, tegak lurus menuju bidang kertas

d. 5 x 10-5 T, tegak lurus menjauhi bidang kertas

e. 9 x 10-5 T, tegak lurus mejauhi bidang kertas

2. Sebuah kawat lurus dialiri listrik 7 A seperti gambar berikut!

Besar dan arah induksi di titik Q adalah . . . .

a. 7,0 x 10-5 T, tegak lurus menuju bidang kertas

b. 7,0 x 10-5 T, tegak lurus menjauhi bidang kertas

c. 9,0 x 10-5 T, tegak lurus menuju bidang kertas

d. 9,0 x 10-5 T, tegak lurus menjauhi bidang kertas

e. 14,0 x 10-5 T, tegak lurus menuju bidang kertas

3. Seutas kawat lurus dilengkungkan seperti gambar dititik P

Jika jari – jari kelengkungan 2π cm dan induksi magnet dititik P (Bp) = 10-5 T dan μ0 = 4π x 10-7 Wb / A.m, kuat arus listrik yang mengalir pada kawat adalah . . . .

a. 4,0 A

b. 3,5 A

c. 3,2 A

d. 2,0 A

e. 1,0 A

4. Dua kawat penghantar dialiri arus listrik dengan arah dan besar seperti pada gambar (μ0 = 4π x 10-7 Wb / A.m)

Nilai induksi magnet dititik Q adalah . . . .

a. 8 x 10-5 masuk bidang gambar

b. x 10-5 masuk bidang gambar

c. x 10-5 keluar bidang gambar

d. x 10-5 masuk bidang gambar

e. x 10-5 keluar bidang gambar

5. Potongan kawat M dan N yang diberi arus listrik diletakkan seperti pada gambar !

Induksi magnet dititik P sebesar . . . .

a. 5μ0 (2π + 1 ) Tesla keluar bidang gambar

b. 5μ0 (2π-1 - 2 ) Tesla keluar bidang gambar

c. 5μ0 (2π + 2 ) Tesla masuk bidang gambar

d. 5μ0 (2π-1 + 1 ) Tesla masuk bidang gambar

e. 5μ0 (π-1 + 5 ) Tesla masuk bidang gambar

6. Seutas kawat lurus dilengkungkan seperti gambar dan dialiri arus 2 A.

Jika jari-jari kelengkungan 2π cm, maka induksi magnetic di titik P adalah . . . .

a. 5 x 10-5 T keluar bidang gambar

b. 4 x 10-5 T keluar bidang gambar

c. 3 x 10-5 T keluar bidang gambar

d. 2 x 10-5 T masuk bidang gambar

e. 1 x 10-5 T keluar bidang gambar

7. Susunan kawat berarus listrik dengan data seperti pada gambar ( kawat l sejajar dengan m di udara)

Jika permeabilitas udara μ0 = 4π x 10-7 Wb / A.m maka induksi magnetik di titik P adalah . . . .

a. 2 x 10-5 T keluar bidang gambar

b. 2 x 10-5 T masuk bidang gambar

c. 5 x 10-5 T keluar bidang gambar

d. 10 x 10-5 T keluar bidang gambar

e. 16 x 10-5 T masuk bidang gambar

8. Kawat lurus hamper bersinggungan dengan sebuah kawat melingkar yang berpusat di P seperti pada gambar , Jika I1 =I2= 5A dan jari-jari lingkaran = 10 cm.

besar dan arah induksi magnetic di titik P adalah . . . .

a. 2,14 x 10-5 Tesla, arah ke dalam

b. 2,14 x 10-5 Tesla, arah ke luar

c. 2,14 x 10-7 Tesla, arah ke dalam

d. 2,14 x 10-7 Tesla, arah ke luar

e. nol

untuk pembahasan soal-soal di atas klik DISINI

sekian dulu, semoga bermanfaat ya..................

Induksi Magnetik

Induksi Magnet

Dalam kehidupan sehari-hari tanpa anda sadari sering menggunakan alat-alat yang memanfaatkan magnet contohnya : loudspeaker, kompas, penutup pintu kulkas dan sebagainya.

Nah…..sekarang kita coba membahas mengenai medan magnet.

Kemagnetan , seperti halnya kelistrikan, tidak dapat dilihat tetapi efeknya dapat dilihat dan dirasakan. Sebuah magnet tetap umumnya terbuat dari baja, logam campuran khusus atau bahan yang disebut ferrit. Magnet memiliki 2 kutub yaitu kutub U (utara) dan kutub S (selatan). Kutub sejenis dari 2 magnet berbeda akan saling menolak sedangkan kutub yang tidak sejenis akan saling menarik.

Disekitar magnet selalu ada medan magnet. Medan magnet adalah ruang disekitar magnet yang masih dirasakan adanya gaya magnet.

Medan magnet dapat digambarkan dengan garis –garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan.

sampai disini penjelasan medan magnetnya udah dipahamikan……….., kalau begitu mari kita lanjutkan !

Medan magnet oleh arus listrik

Hubungan kelistrikan dan kemagnetan pertama kali ditemukan oleh Hans Christian Oerstead ( 1777 -1851). Orestead menemukan bahwa kompas yang diletakkan dekat kawat penghantar , jarum kompas menyimpang dari arah semula saat kawat dihubungkan dengan baterai dan arus listrik mengalir.dapat diketahui bahwa jarum kompas menyimpang ketika berada dalam medan magnet, sehingga Orestead menarik kesimpulan bahwa arus listrik dapat menghasilkan medan magnet yang arahnya bergantung pada arah arus listrik yang mengalir melaui penghantar tersebut.

Untuk menentukan arah arus listrik dan garis-garis medan magnet, anda dapat menggunakan aturan tangan kanan.

Penggunaan aturan tangan kanan :

a. Jika arus listrik mengalir pada kawat lurus, maka jempol menunjukkan arah arus (i) dan jari-jari menunjukkan arah medan magnet (B)

b. Jika arus listrik mengalir pada kawat melingkar, maka jempol menunjukkan arah medan magnet (B) dan jari-jari menunjukkan arah arus (i).

Penggambaran arus atau medan magnet :

a. Tanda titik (.) artinya keluar bidang gambar.

b. Tanda titik (x) artinya masuk bidang gambar.

1. Induksi magnetic disekitar kawat berarus

untuk kawat lurus dan panjang

Keterangan:

I = kuat arus listrik (ampere)

a = jarak tegak lurus titik yang diamati ke kawat (m)

k = mo /4p =10-7 wb/A.m

mo = permeabilitas ruang hampa

2. Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar

Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat ditentukan dengan rumus :

Keterangan:

BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat melingkar dalam tesla ( T)

I = kuat arus pada kawat dalam ampere ( A )

a = jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m )

r = jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m )

θ = sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran kawat dalam derajad (°)

x = jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m )

dimana

Besarnya medan magnet di pusat kawat melingkar dapat dihitung

B = Medan magnet dalam tesla ( T )

μo = permeabilitas ruang hampa = 4п . 10 -7 Wb/amp. m

I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A )

a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m) = jari-jari lingkaran yang dibuat

Sebuah kawat melingkar berada pada sebuah bidang mendatar dengan dialiri arus listrik

Jika jari-jari lingkaran 8 cm dan arak titik P terhadap sumbu kawat melingkar adalah 6 cm maka tentukan medan magnet pada :

a. pusat kawat melingkar ( O )

b. dititik P

Jawab :

Diketahui :

I = 4 A

a = 8 cm = 8 . 10 – 2 m

x = 6 cm = 6 . 10 – 2 m

sin θ = a / r = 8 / 10 = 0,8

Ditanya : a. Bo = ……. ? b. BP = ……. ?

Dijawab :

3. untuk solenoida (kumparan kawat yang rapat)

Tanda = arah menembus bidang kertas

Tanda = arah keluar bidang kertas

· induksi magnet pada ujung solenoida

· induksi magnet ditengah solenoida

Keterangan:

l = panjang solenoida (m)

i = arus pada solenoida (A)

N = banyaknya lilitan

n = banyaknya lilitan persatuan panjang (N/ l )

4. untuk toroida

toroida adalah solenoida yang dilengkungkan

besar induksi magnet pada sumbunya:

l =keliling slingkaran

Contoh soal 1

Tentukan besarnya induksi magnet disuatu titik yang berjarak 2 cm dari kawat lurus panjang yang berarus listrik 30 A?

Penyelesaian:

Diketahui: a = 2 cm = 2 x 10-2 I = 30 A μo= 4 p x 10 -7 Wb/A.m

ditanya : B ?

Jawab:

Jadi induksi magnetnya 3 x 10-4 wb/m2

Contoh soal 2

Arus sebesar 2,5 A mengalir dalam kawat berupa lingkaran dengan jari-jari 3 cm. Berapa besar induksi magnet dititik P, bila:

a. titik P berada disumbu lingkaran yang berjarak 4 cm dari pusat lingkaran

b. titik P berada di pusat lingkaran

Penyelesaian:

induksi magnet disumbu lingkaran.

i = 2,5 A

r = 3 cm = 3 x 10-2 m

x = 4 cm = 4 x 10-2 m

sin q = r/a = 3/5, maka sin2q = (3/5)2 = 9/25

Jadi Induksi magnet di dititik P sebesar 3,6 x 10-6 wb/m2

Induksi magnet di M (pusat lingkaran)

Contoh soal 3

Sebuah toroida memiliki jari-jari 50 cm dialiri arus sebesar 1 A. Jika toroida tersebut memiliki 60 lilitan, hitunglah besar induksi magnetic pada sumbunya.

Penyelesaian

Diketahui: r = 50 cm = 0,5 m, N = 60, I = 1 A

Ditanya : B pada sumbu toroida?

Dijawab :

Sampai disini dulu untuk induksi magnetiknya,………….semoga bermanfaat…