RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

MATA PELAJARAN :FISIKA

KELAS/SEMESTER :XII IPA/1

PERTEMUAN KE :10

ALOKASI WAKTU :3 x 45’

STANDAR KOMPETENSI :

1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaikan masalah dan produk teknologi

KOMPETENSI DASAR :

1.1. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi.

1.2. Memahami hukum faraday, hukum lenz dan GGL induksi.

INDIKATOR :

1. Mendiskripsikan induksi magnet disekitar kawat lurus, melingkar, solenoida, toroida berarus

2. Mendiskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak

3. Mendiskripsikan gaya gerak listrik induksi, hukum faradaydan hukum lenz

I. TUJUAN PEMBELAJARAN :Setelah kegiatan pembelajaran selesai,siswa dapat:1. Menjelaskan induksi magnet disekitar kawat

lurus,melingkar,solenoida,toroida berarus2. Menjelaskan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan

bergerak

3. Menjelaskan gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz

II. MATERI AJARPengertian Medan MagnetMedan magnet adalah ruangan disekitar benda-benda yang menimbulkan gaya magnet.Gaya magnet dapat ditimbulkan oleh benda-benda yang bersifat magnet dan arus listrik atau muatan listrik yang bergerak.Medan magnet dapat digambarkan dengan garis-garis gaya magnet yang disebut spektrum magnet.Garis gaya magnet adalah garis khayal yang merupakan lintasan kutub utara magnet-magnet kecil apabila dapat bergerak dengan bebas. Medan Magnetik di Sekitar Kawat Lurus BerarusMedan magnet di sekitar kawat berarus dapat digambarkan dengan garis-garis medan magnet dengan arah sesuai dengankaidah tangan kanan atau sekrup putar kanan.Kaidah tangankanan:”Jika tangan kanan menggenggam penghantar lurus dengan ibu jari menunjukkan arah arus listrik ,arah ke empat jari yang menggenggam menyatakan arah garis medan magnetik.”Besar induksi magnet disekitar kawat lurus panjang berarus I berada sejauh a dari kawat.

Bp=μ0i2πa

Dengan:B = induksi magnetik di titik yang diamati( Wbm−2 )μ0 = 4π×10−7Wb.A.mi = kuat arus (A)a = jarak titik dari kawatMedan Magnetik di Sekitar Kawat Melingkarinduksi magnetik di pusat lingkaran.Apabila induksi magnet yang dicari berada pada titik O di pusat lingkaranmaka θ=90° dan r = a sehingga :

B=μ0I2a

Apabila kawat terdiri dari N lilitan ,menjadi:B=μ0∈

¿2a

¿

Keterangan :B = Induksi magnet pada pusat lingkaran (T)I = Kuat arus (A)N = Banyak lilitanA = jari-jari lingkaran (m)Medan magnet di sekitar solenoidaSolenoida adalah kumparan kawat atau kumparan yang rapatdengan ukuran panjang jauh lebih besar daripada garistengahnya.Melalui percobaan disimpulkan bahwa kumparanatau solenoid berarus listrik berperangai seperti magnetbatang.

Panjang solenoida I,yang terdiri N buah lilitan ,jumlah

lilitan tiap satuan panjang menjadi n = Nl dan jari-jari

kumparannya a,induksi magnet di tengah sumbu solenoida,Besar induksi magnet di pusat solenoida.

B=μ0iNl

Besar induksi magnet di ujung solenoida.

B=μ0iN2l

Dengan,L = panjang solenoidaN = Banyaknya lilitanInduksi magnet pada sumbu toroida

B

i

Toroida adalah kumparan yang dililitan pada inti yangberbentuk lingkaran.Induksi magnet di titik P dirumuskansebagai berikut.

B=μ0Ni2πa

B = induksi magnetik di pusat toroida (T)N = jumlah lilitana = jari-jari toroida (m)i = kuat arus (A)

Gaya Magnetik pada kawat berarus Sebuah kawat penghantar bearus listrik atau muatanlistrik terletak dalam medan magnet ataupun pada dua buahpenghantar yang dialiri arus,listrik,akan menghasilkangaya interaksi yang disebut gaya Lorentz.Medan magnet dapat menimbulkan gaya pada kawatberarus.Sebuah kawat berarus diletakkan dalam medanmagnet ,akan mendapatkan suatu gaya karena pengaruh medanmagnet tersebut,yang dinamakan gaya Lorentz.

Besarnya gaya Lorentz:1. Berbanding lurus dengan kuat medan magnet (B)2. Berbanding lurus dengan kuat arus listrik (A)3. Berbanding lurus dengan panjang kawat (l)4. Berbanding lurus dengan sinus sudut antara arah arus i

dan arah medan magnet (B)

Jadi dapat dituliskan sebagai berikut:

F=BIlsinα

Dengan:

F =gaya lorentz (N)

B = medan magnetik (B)

l = panjang kawat (m)

I = kuat arus listrik (ampere)

α = sudut yang dibentuk oleh I dan B

Untuk memudahkan mengingat arah gaya Lorentz,banyak orangmenggunakan kaidah tangan kanan.

Kaidah tangan kanan menyatakan :

“ Bila tangan kanan terbuka dengan ibu jari menunjukkan arah arus I dan keempat jari lain yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnetik B,arah gaya Lorentz adalah ke atas,tegak lurus dengan permukaan telapak tangan”

Gaya magnetik pada muatan bergerak

Karena arus listrik adalah aliran muatan-muatan yang bergerak,maka muatan yang bergerak dalam medan magnet juga mengenai gaya lorentz.

Besar gaya magnetik pada muatan bergerak ialah:

F=Bqvsinα

q=muatan listrik (C)

v= kecepatanmuatan (m/s)

α = sudut antara kecepatan muatan dan arah medan magnet.

Gaya gerak listrik induksi

Fluk magnetik ¿ ) adalah banyaknya garis medan magnetik yang dilingkupi oleh suatu daerah tertentu (A) dalam arahtegak lurus.

Secara matematis dapat dirumuskan,Φ=BA cosθ

Φ = fluks magnetik yang melalui suatu bidang (weber)

B = induksi magnetik/komponen medan magnet yang tegak lurus bidang (tesla)

A = luas bidang yang melingkupi fluks magnetik (m2)

Θ = sudut antara medan magnetik dengan arah normal bidang

Hukum Faraday

Jika arus listrik mengalir di dalam suatu rangkaian,maka disekitar arus tersebut akan timbul fluks magnet.Dari percobaan Faraday ternyata GGL induksi yang timbul antaraujung-ujung penghantar berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh penghantar tersebut.

Secara matematik;

ε=−N ∆∅∆t

=−N∅2−∅1

t2−t1

Jika fluks magnetik berubah terhadap waktu maka:

ε=−N d∅dt

Dengan:ε = GGL induksi (volt)

N = Banyaknya lilitan

d∅dt = turunan pertama fungsi fluks magnetik

Hukum Lenz

GGL induksi dan arus induksi hanya ada selama perubahanfluks magnetik terjadi.Sedangkan arah arus induksiditentukan dengan Hukum Lenz “Arah arus induksisedemikian sehingga menimbulkan medan magnet induksi yangmenentang perubahan medan magnet”

Penerapan Induksi Elektromagnetik

1. TransformatorTransformator terdiri atas kumparan primer,kumparansekunder dan teras besi yang berlapis-lapis.Transformator hanya dapat berfungsi jika dialiriarus bolak-balik atau tegangan AC.GGL Induksi akibat perubahan induksi magnet.Daripersamaan faraday:

ε=−NA dBdt

Besar GGL induksi akibat perubahan besar induksimagnetik merupakan prinsip kerja transformator.Beberapa persamaan yang telah kita kenal adalah

VpVs

=NsNp

Vs/Vp = tegangan sekunder/primerNs/Np = jumlah lilitan

2. Pembangkit GGL induksiAlternator,yaitu alat yang mampu membangkitkan gglinduksi.Misalnya penerapan yang lain sebagaigenerator.Kumparan dengan luas bidang A berputarmemotong medan magnet B dengan kecepatan sudut ω .Sudut

θ yang dibentuk antara medan magnet dengan normalbidang berubah setiap saat (θ=ωt).Besar fluks magnetikyang dilengkapi kumparan adalah

Φ=B.Acosθ=B.Acosωt.d∅dt

=d¿¿

Sehingga,ε=εmsinωt;εmak=NBAω

III. MODEL DAN METODE PEMBELAJARAN

Model : kooperatif learningMetode : diskusi ,Informasi,demonstrasi

IV. LANGKAH-LANGKAH PEMBELAJARAN :Pertemuan Pertama

No.

Kegiatan Pembelajaran Waktu

1. Kegiatan Awal(Apersepsi)1. Menuliskan materi pokok2. Menyebutkan tujuan pembelajaran3. Memberikan motivasi dengan

bertanya : “Apa yang kalian ketahui mengenai medan magnet?”

15 menit

2. Kegiatan Inti Peserta didik (dibimbing oleh

guru)mendiskusikan konsep garis gayamagnetik.

Peserta didik memperhatikan penjelasan guru mengenai gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak

Peserta didik memperhatikan

95 menit

penjelasan guru mengenai magnet disekitar kawat lurus,melingkar,solenoida,toroida berarus

Peserta didik (Dibimbing oleh guru mendiskusikan mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz

Peserta didik memperhatikan dan mengamati penjelasan guru mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz

Peserta didik memperhatikan contoh soal menentukan gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz

Guru memberikan beberapa soal latihan/kuis mengenai gaya gerak listrik induksi ,hukum faraday dan hukum lenz

Guru mengoreksi jawaban peserta didik apakah sudah benar atau belum.Jika masih terdapat Peserta Didik yang belum dapat menjawab dengan benar ,guru langsung memberikan bimbingan.

3. Kegiatan Penutupa. Guru membantu peserta didik membuat

kesimpulanb. Memberikan tugas rumah berupa PR

25 menit

V. ALAT/BAHAN/SUMBER BELAJAR/MEDIA

Alat/Bahan :Kawat/kabel,baterai,magnet jarum/kompas,kumparan,solenoida,dan toroida.Sumber Belajar :Physics for senior high school year XII(Yudhistira)Media : OHP,ppt

VI. PENILAIAN :

1. Kuis2. Tes ketrampilan3. Pengamatan aktivitas ,sikap,dan tingkah laku peserta

didik dalam mengikuti proses pembelajaran di dalam kelas saat tanya jawab/diskusi

4. Tugas mandiri atau kelompok

Contoh soal kuis:

1. Suatu kumparan luas 400 cm2 dengan lilitan berada dalam medan magnet dari 2×10−2Wm−2 menjadi 5×10−2Wm−2 dalam waktu 0,15 detik.Tentukan besar GGL induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan.

2. Sebuah muatan negatif bergerak ke utara memasuki medan magnetik yang arahnya ke timur maka muatan tersebut akan mendapat gaya yang arahnya ke......

3. Kawat lurus berarus listrik dengan arah dari timur kebarat dalam pengaruh medan magnetik dengan arah dari selatan ke utara.Arah gaya magnetikpada kawat adalah..

4. Fluks magnetik yang menembus bidang merupakan fungsi waktu Φ=4t2+5t+2 dengan fluks dalam milli weber dan t dalam sekon.Hitung besar GGL induksi pada t = 4 s.

5. Sebuah magnet batang digerakkan menjauhi kumparan yang terdiri dari 600 lilitan,medan magnet yang memotong kumparan berkurang dari 9×10−5 Wb menjadi4×10−5 Wb dalam selang waktu 0,015 sekon,besar GGL induksi antar kedua ujung kumparan ada...volt

Jawaban kuis:

1. Diketahui : A = 400 cm2 = 4 ×10−2 m2

N = 50 lilitan ∆B=3×10−2Wm−2

∆t=0,15detikDitanya : ε = ....volt

Jawab : ε=−NA dBdt

ε=−50.3.10−2.4.10−2

0,15 =−0,4volt

|ε|=0,4volt

2. Bawah3. Bawah

4.ε=−N dΦdt=−d(4t2+5t+2)

dtε=(8t+5 )→ε(4)=(8.4+5)=37mV

5.2

Lampiran1. LKS

2. BAHAN AJAR

MEDAN MAGNETIK

Kompetensi Dasar Siswa dapat menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik padabeberapa produk teknologi.

Salah satu aspek yang paling terkenal mengenai gejalakemagnetan adalah aspek yang berkaitan dengan magnet yangmampu menarik benda yang terbuat dari besi. Jika dua magnetdidekatkan, masing – masing magnet akan mengalami gaya magnet,baik tarik – maenarik maupun tolak -menolak. Jarum kompasyang menunjukkan arah utara – selatan juga merupakan salahsatu fenomena alam yang terkenal. Konsep gaya magnetik banyakdigunakan dalam berbagai bidang misalnya motor listrik, tabunggambar televisi, pengeras suara, printer dan disk drive.

Medan magnetik dihasilkan oleh magnet permanen, aruslistrik, dan muatan yang bergerak lainnya. Medan magnet dapatmengerahkan gaya pada muatan yang bergerak dan pada penghantarbermuatan listrik. Untuk menghitung medan magnetik yangdihasilkan oleh penghantar berarus listrik dapat dilakukandengan dua cara, yaitu menggunakan hukum Biot – Savart danhukum Ampere.

A. KEMAGNETANGejala kemagnetan pertama kali diamati sekitar 2500

tahun yang lalu dalam potongan – potongan biji besi yangbersifat magnet. Biji besi ini ditemukan di dekat kokakuno Magnesia ( sekarang Manisa, di Turki bagian brat).Potongan – potongan biji besi ini sekarang dikenalsebagai magnet permanen. Magnet permanen dapat mengerahkan

gaya satu sama lain dan juga pada potongan – potonganbesi yang tidak bersifat magnet. Jika batang besidisentuhkan dengan magnet permanen, maka batang besi ituberubag menjadi magnet. Elanjutnya, bila batang besi itudiapungkan pada permukaan air dengan menggunakan sepotonggabus, maka batang besi cenderung sejajar dengan arahutara – selatan. Jarum kompas merupakan salah satu contohsepotong besi yang bersifat magnet.

Sebelum interaksi magnet pada muatan bergerakdiketahui, interaksi magnet permanen dan jarum kompasdijelaskan dengan kutub – kutub magnet. Jika magnetpermanen yang berbentuk batang ( magnet batang ) bebasberputar, maka salah satu ujungnya selalu menunjuk keutara. Ujung magnet ini dinamakan kutub utara. Sedangkanujung yang lain dinamakan kutub selatan. Kutub – kutubyang tidak sejenis saling tarik – menarik , sedangkanyang sejenis akan saling tolak menolak. Seperti padagambar.

Konsep kutub magnet serupa dengan konsep muatanlistrik, kutub utara dan selatan magnet berturut-turutserupa dengan muatan positif dan muatan negatif. Muatannegatif dan positif dapat berdiri sendiri, tetapi tidakada bukti eksperi men yang menunjukkan bahwa ada kutubmagnet tunggal. Jadi kutub-kutub magnet selalu munculberpasangan.

Bukti eksperimen mengenai hubungan antara medanmagnetik dan muatan yang bergerak ditemukan oleh ilmuwanDenmark Hans Christian Oersted pada tahun 1819. Dalam

eksperimennya, sebuah kompas ditempatkan di atas kawathorisontal :a. Jika tidak ada arus (I =0) jarum kompas menunjuk ke

utara.b. Jika arus mengalir ke utara,kutub utara jarum kompas

menyimpang ke timur.c. Jika arus mengalir ke selatan, kutub utara jarum kompas

menyimpang ke barat. Jika kompas ditempatkan ke bawahkawat, penyimpangan jarum kompas akan teerjadisebaliknya.

B. MEDAN MAGNETIK

Medan magnetik adalah ruang di sekitar magnet yang dapatmenyebabkan benatau magnet lain yang mengalami gaya magnetik. Besaran yangmenyatakan medan magnetik di sekitar kawat berarus listrikadalah induksi magnetik. Induksi magnetik termasuk besaran vektorsehingga memiliki besar dan arah. Untuk memudahkan dalam mengingat arah garis – garisinduksi magnetik dapat digunakan dengan kaidah tangan kanansebagai berikut : Genggam kawat yang berarus dengan tangan kanan, sedemikiansehingga jempol tangan menunjukkan ke arah arus listrik, makaarah putaran keempat jari kanan yang dirapatkan menyatakanarah lingkaran garis – garis induksi magnetik.Arus mengalirdari kutub positif ke kutub negatif.

1. Medan Magnetik di Sekitar Arus ListrikBesar kecilnya medan magnetik disebut fluks(Φ ¿ magnetik

dengan satuan weber (Wb) . Jumlah garis gaya yang menembustegak lurus bidang seluas 1 m2 disebut rapat fluks magnetik (B)

B = ΦA

Keterangan : Φ = jumlah garis gaya (Wb)

A = luas bidang (m2)

B = rapat fluks magnetik (Wb/m2) atau tesla (T)

Induksi magnetik di suatu titik di udara sama dengan kuatmedan magnetik di titik itu.

B = HKeterangan :H = kuat medan magnetik (A/m)B = induksi magnetik (Wb/m2)

Dalam hal ini kuat medan magnetik H adalah penyebab induksi magnetik B apabila kejadian tidak di udara

B = μ . H

Tabel. Sistem Satuan untuk Beberapa Besaran Magnetik

SistemSatuan

Fluks (Φ ¿ Kuat Medan(H)

Rapat Fluks (B )

Permeabilitas (μ¿

SI atau MKS

CGS

Wb

Maxwell

Am

Oersted

Wb/m

Maxwell/cm(Gauss)

Wb/Am

Gauss/Oersted

C. HUKUM BIOT-SAVART

Induksi magnetik di sebuah titik yang disebabkan oleh elemenarus I dikemukakan oleh Biot.Induksi magnetik di titik P akibat elemen arus I berbanding :

a. Lurus dengan kuat arus (I);b. Lurus dengan panjang elemen arus pada kawat (dl);c. Terbalik dengan kuadrat jarak antara titik A dengan

elemen arus (r2);

d. Lurus dengan sinus sudut antara elemen arus dan jarak (α)Secara matematis, pernyataan tersebut dirumuskan sebagaiberikut :

dB = k . I.dl.sin∝r2

Keterangan : dB = induksi magnetik di titik (Wb/m2)I = arus listrik (A)dl = panjang elemen penghantar (m)r = jarak elemen dl terhadap titik (m)k = konstanta magnetik = 10-7 Wb/Am

Arah induksi magnetik tegak lurus terhadap bidang yangmelalui titik tersebut dan elemen arus.

Konstanta magnetik apabila dinyatakan dalam hubungannyadengan permeabilitas udara adalah

k = μ04π

μ0 = 4π x 10-7 Wb/Am1. Induksi Magnetik pada Kawat Lurus

B = 2k.Ia

Atau

B = μ0.I2π.a

Keterangan : B = induksi magnetik di sekitar kawat lurus beraruslistrik (Wb/m2)I = kuat arus (A)a = jarak titik terhadap arus (m)μ0 = 4π x 10-7 Wb/Am

2. Induksi magnetik di sekitar arus melingkara. Induksi Magnetik pada sumbu kawat melingkar berarus

listrik

B = kI2πasinθr2

Atau

B = μ04π .

I.2πasinθr2

B = μ0Iasinθ2r2

Keterangan :B =induksi magnetik pada sumbu lingkaran (T)I =kuat arus (A)a = jari – jari lingkaranr = jarak titik P terhadap arus listrik (m)θ= sudut antara sumbu dengan jarak μ0 = permeabilitas vakum = 4π x 10-7 Wb/Am

Apabila lingkaran kawat berupa kumparan tipis yang terdiri dari N lilitan, persamaan menjadi :

B = μ0IaNsinθ2r2

Keterangan :N = banyak lilitanb. Induksi Magnetik pada Pusat Kawat Melingkar

B = μ0Ia2r2

B = μ0IN2a

Apabila kawat terdiri dari N lilitan, maka :

B = μ0IN2a

Keterangan :B = induksi magnetik pada sumbu lingkaran (T) I = kuat arus (A) N = banyak lilitana = jari – jari lingkaran (m)

3. Induksi Magnetik dalam SolenoidaSolenoida merupakan gulungan kawat (kumparan) yang

panjang. Apabila banyak lilitan solenoida N dan panjangnya l, maka jumlah lilitan tiap satuan panjang

dinyatakan : n =Nla. Untuk bagian tengah :

B = μ0 . n . lKeterangan : B = induksi magnetik di tengah – tengah solenoida

(Wb/m2) l = kuat arus (A)n = jumlah lilitan tiap satuan panjang solenoida

(lilitan/m)b. Untuk bagian ujung :

B = μ0nI2

Keterangan :B = induksi magnetik di ujung solenoida (Wb/m2)n = jumlah lilitan tiap satuan panjang solenoida

(lilitan/m)4. Induksi Magnetik di Dalam Toroida

B = μ0NIπD

Keterangan :B = induksi magnetik di pusat toroida (Wb/m2)N = jumlah lilitanD = diameter toroida (m)

D. MUATAN LISTRIK YANG BERGERAK DALAM PENGARUH MEAN MAGNETIKMENGALAMI GAYA1. Gaya Magnetik pada Muatan

Muatan listrik yang bergerak dalam medan magnetik akan mendapatkan gaya

yang disebut gaya Lorentz. Gaya itu timbul karena adanya interaksi medan magnetik. Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut :1) Muatan (q) yang bergerak akan menimbulkan arus listrik

dan pada saat bersamaan di sekitar arus akan timbul medan magnetik.

2) Medan magnetik akibat arus itulah yang berinteraksi dengan medan magnetik yang ada.

Gaya magnetik yang bekerja diperoleh :

F = B . q . v . sin θKeterangan :F = gaya magnetik atau gaya Lorentz (N)B = medan magnetik (Wb)q = muatan (C)θ= sudut antara v dan B

Untuk menentukan arah dari gaya (F) digunakan metodetangan kanan, dengan metode tangan kiri, dengan telapak tangan menghadap pengamat, ibu jari menunjukkan arah gaya(F), telunjuk menunjukkan arah medan magnetik (B), dan jari tengah menunjukkan arah kecepatan (v). Aplikasi dariteori tersebut secara teknis digunakan pada :

1. Alat yang menggerakkan elektron pada layar televisi ataupun dalam kamera televisi.

2. Spektrometer massa, yaitu alat untuk mengukur massa atom berbagai isotop.

3. Siklotron, yaitu alat untuk mempercepat partikel bermuatan agar mempunyai energi seperti apabila dipercepat dengan beda potensial listrik sampai ribuan juta volt.

2. Gaya Magnetik pada Penghantar Berarus ListrikPercobaan Oersted menunjukkan bahwa kutub-kutub magnet

jarum mengalamiGaya magnetik yang ditimbulkan oleh arus listrik. Suatu fakta menunjukkan bahwa penghantar yang berarus listrik di dalam medan magnetik juga mengalami gaya magnetik.

Gaya magnetik pada penghantar berarus listrik yang beradadi dalam medan magnetik itu disebut juga gaya Lorentz.

Gaya yang bekerja pada kawat dirumuskan :F = B . I . l . sin θKeterangan :F = gaya magnetik pada kawat (N)I = arus dalam kawat (A) l = panjang kawat (m)B = medan magnetik (Wb/m2)θ = sudut yang terbentuk dari perpotongan garis gaya

(B) dengan kawat.3. Gaya Magnetik pada Kwat Sejajar Berarus Listrik

Besarnya gaya magnetik tidak menggunakan medan magnetik hasil gaya magnetik permanen melainkan menggunakan medan magnetik yang berasal dari kawat berarus listrik.

Sehingga besar gaya magnetik :

F= μ0I1I2l2πa

Fl =

μ0I1I2l2πa

Keterangan :F = gaya magnetik pada masing – masing kawat

(N)I1, I2 = kuat arus (A)a = jarak kedua kawat (m)l = panjang kawat (m)

Jika I1 =I2= I menjadi :

F= μ0I2l2πa

Fl =

μ0I22πa

Keterangan :Fl = gaya tiap satuan panjang kawat (N/m)

Arah dari gaya magnetik bergantung pada arah arus yang ada pada kedua kawat, yaitu sebagai berikut :

a. Jika Arah Kedua Arus SearahJika arah kedua arus searah , akan menimbulkan gaya tarik – menarik.

b. Jika Arah Kedua Arus BerlawananJika arah kedua arus searah , akan menimbulkan gaya tolak – menolak.

4. Satuan Kuat Arus Jika terdapat dua kawat sejajar berarus listrik

sama, akan timbul gaya magnetik pada kedua kawat yang sama besarnya. Arah gaya tersebut bergantung pada arah arus pada kawat. Kenyataan itu digunakan sebagai dasar untuk menetapkan satuan 1 ampere.

1 ampere adalah besarnya kuat arus listrik yangmengalir pada dua kawat sejajar 1 meter sehingga menimbulkab gaya magnetik tiap satuan panjang kawat sebesar 2 x 10-7 N/m.

E. PENERAPAN KONSEP GAYA MAGNETIK

1. Cara / PrinsipKerja, FungsidanKomponen Galvanometer

Galvanometer berperan sebagai komponen dasar pada beberapaalat ukur, antara lain amperemeter, voltmeter, serta ohmmeter.

Gambar 1. Galvanometer tangen.[1]

Peralatan ini digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus listriklemah. Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1, galvanometer berupakumparan bergerak, terdiri atas sebuah kumparan terbuat dari kawattembaga isolasi halus dan dapat berputar pada sumbunya yangmengelilingi sebuah inti besi lunak tetap yang berada di antarakutub-kutub suatu magnet permanen. Interaksi antara medan magnetik Bpermanen dengan sisi-sisi kumparan akan dihasilkan bila arus Imengalir melaluinya, sehingga akan mengakibatkan torka padakumparan. Kumparan bergerak memiliki tongkat penunjuk atau cerminyang membelokkan berkas cahaya ketika bergerak, dimana tingkatpembelokan tersebut merupakan ukuran kekuatan arus.

2. Penerapan Gaya Lorentzuntuk Motor Listrik

Sebuah motor listrik merupakan alat untuk mengubah energilistrik menjadi energi mekanik. Mesin ini tidak bising,bersih, dan memiliki efisiensi tinggi. Alat ini bekerja denganprinsip bahwa arus yang mengalir melalui kumparan di dalammedan magnet akan mengalami gaya yang digunakan untuk memutarkumparan. Pada motor induksi, arus bolak-balik diberikan pada

kumparan tetap (stator), yang menimbulkan medan magnetiksekaligus menghasilkan arus di dalam kumparan berputar (rotor)yang mengelilinginya. Keuntungan motor jenis ini adalah arustidak harus diumpankan melalui komutator ke bagian mesin yangbergerak. Pada motor serempak (synchronous motor), arus bolak-balik yang hanya diumpankan pada stator akan menghasilkanmedan magnet yang berputar dan terkunci dengan medan rotor.Dalam hal ini magnet bebas, sehingga menyebabkan rotorberputar dengan kelajuan yang sama dengan putaran medanstator. Rotor dapat berupa magnet permanen atau magnet listrikyang diumpani arus searah melalui cincin geser.

Gambar 2. Bagian-bagian Motorlistrik.

3. Aplikasi Gaya Magnetik untuk Relai

Relai merupakan suatu alat dengan sebuah sakelar, untuk menutuprelai digunakan magnet listrik. Arus yang relatif kecil dalamkumparan magnet listrik dapat digunakan untuk menghidupkan arus yangbesar tanpa terjadi hubungan listrik antara kedua rangkaian.

Gambar 3. Relai. [2]

4. Penerapan Gaya Magnet untukKereta Maglev

Maglev merupakan kereta api yang menerapkan konsep magnetlistrik untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.Kata “Maglev” berasal dari magnetic levitation. Kereta api inidipasangi magnet listrik di bawahnya yang bergerak pada jalurbermagnet listrik. Magnet tolak-menolak sehingga kereta apimelayang tepat di atas jalur lintasan. Gesekan kereta apidengan jalur lintasan berkurang sehingga kereta api bergeraklebih cepat.

Gambar 4. Kereta Maglev. [3]

5. Penerapan Gaya Lorentz untuk Video Recorder

Pada video recorder, sinyal disimpan di dalam pita magnetik.Video recorder sangat tergantung pada magnetisme dan listrik.Ia menggunakan dorongan magnetik dari kawat yang membawa arusdalam motor listrik untuk memutar drum pada kecepatan tinggidan menggerakkan pita yang melaluinya dengan lembut. Untukmerekam suatu program, arus yang mengalir melalui kumparankawat di dalam drum digunakan untuk menciptakan pola magnetikpada pipa. Jika pita tersebut diputar ulang, alat perekammenggunakan pola magnetik ini untuk menghasilkan arus yangdapat diubah ke dalam gambar.

Gambar 5. Camcorder. [4]

5. Pengeras suara (loudspeaker) Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip bahwa induksi magnetik memberikan gaya pada kawat berarus listrik. Melalui arus bolak-balik dengan frekuensi sinyal audio, corong loudspeaker bergerak maju mundur dengan frekuensi yang sama. Hal ini menyebabkan rapatandan renggangan pada udara di sekitarnya, sehingga energi bunyidapat dihasilkan.

6. Detektor logam Detektor logam bekerja berdasarkan konsepgaya magnet, yaitu fluks magnet. Peningkatan fluks magnetbiasanya disertai peningkatan tegangan di dalam arus yangmengalir lewat kurnparan penerima yang memicu alarm. Kumparanpenerima yang melarik badan seseorang segera menyiagakan bilasejumlall 'ogam dapat terdeteksi,

7. Spektrometer massa Banyak metode yang digunakan untukmengukur massa suatu atom, tetapi yang paling teliti adalahmenggunakan spektrometer massa.Alat ini menggunakan gayamagnetik atom bermuatan (ion) untuk menentukan massa atomdengan ketelitian mencapai 7 angka.

3.SOAL LATIHANPILIHAN GANDA

1. Kuatgaris-garisgaya magnet disebut…… a. medan magnetb. induksimagnetikc. diamagnetikd. paramagnetike. feromagnetik

2. Saatelektronmemasukimedan magnet, electron MendapatgayaLorentz yang searahdengan........ a. sumbu x positifb. sumbu y positifc. sumbu z positifd. sumbu z negatife. sumbu y negatif

3. Di antaracontoh-contoh di bawahini, yangmerupakanbahandiamagnetik...... a. aluminium, tembaga, besib. aluminium, perak, tembagac. tembaga, emas, perakd. aluminium, tembaga, wolframe. wolfram, bismuth, magnesium

4. Gaya geraklistrikinduksi yangterjadidalamsuaturangkaianbesarnyaberbandingLurusdengancepatperubahanfluksmagnetik yangdilingkunginya.HukuminiDiungkapkanoleh….. a. Lorentzb. Biot – Savartc. Faradayd. Henrye. Lentz

5. Duakawatamatpanjangdipasangvertikalsejajardenganjarak d.Kawatpertamadialiriarus I keatas. Titik P(dalambidangkeduakawatitu) terletakdiantaranyadanberjarak 1/3d darikawatpertama.Jikainduksimagnetik di titik P besarnyanol,iniberartiarus yang mengalirdalamkawatkeduaadalah …a. 1/3 I kebawahb. ½ I kebawahc. 3I keatase. 2I kebawah

6. Kemagnetan suatu magnet akan berkurang bila ...a. didinginkan hingga -30℃b. didinginkan hingga -50℃c. dipukul - pukul dengan kerasd. didekatkan pada magnet batang lain yang kutubnya berlawanane. disimpan dalam kotak kayu

Pembahasan :Kemagnetan suatu magnet batang dapat berkurang, bila magnetbatang tersebut :

a) Dipanaskan,b) Dipukul – pukul dengan keras,c) Berada dalam kumparan yang dialiri arus bolak – balik,

dand) Disimpan berhadapan dekat magnet batang lain yang

kutubnya samaJawaban : C

7. Bagian magnet yang medan magnetnya terlemah adalah ...a. bagian tengah c. ujung e. Tepi b. bagian pinggir d. KutubPembahasan :Tempat yang garis-garis medan medan magnetnya paling renggang menyatakan medan magnet yang terlemah. Tempat itu adalah bagian tengah magnet. Jawaban : A

8. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 40 A. Besarnya induksi magnet pada sebuah titik yang jaraknya 10 cm dari pusat kawat tersebut adalah ...

a. 8. 10-6 T c. 8. 10-5 T e. 4. 10-4 Tb. 4. 10-6 T d. 12. 10-5 TJawaban : C

9. Sebuah kawat yang berbentuk lingkaran dan berjari-jari 10 cm terdiri atas 20 lilitan. Agar kuat medan magnet pusat lingkaran sama dengan 4 π.10-3 T, maka besar arus listrik yangmengalir haruslah ...a. 100 A c. 10 A e. 1 Ab. 50 A d. 5 AJawaban : A

10. Sebuah solenoida mempunyai panjang 20 cm dan terdiri atas 50 lilitan. Jika kuat medan magnet di tengah-tengah (pusat) solenoida 2 π . 10-4 T , maka kuat arus yang mengalir pada solenoida adalah ...a. 2 A c. 10 A e. 4. 10-2 Ab. 4 A d. 2. 10-2 AJawaban : A

11. Suatu partikel bermuatan dilepaskan dari keadaan diam pada suatu daerah yang dipengaruhi mdan listrik dan medan magnet ternyata membentuk lintasan lurus maka ...a. besar medan magnet lebih kecil dibanding medan listrikb. besar medan magnet lebih besar dibanding medan listrikc. besar medan magnet sama dengan medan listrikd. arah medan magnet paralel terhadap medan listrike. arah medan magnet tegak lurus terhadap medan listrik

12. Sebuah proton bergerak ke arah sumbu +Z setelah dipercepatmelalui beda potensial V. Proton itu kemudian melalui suatu daerah dengan medan listrik E ke arah sumbu +X dan medan magnet B ke arah sumbu +Y. Ternyata arah gerak proton tidak terpengaruh. Bila percobaan ini diulang tetapi dengan mengganti proton dengan sebuah elektron, maka elektron akan ...a. terbelokkan ke arah sumbu -X

b. terbelokkan ke arah sumbu +X c. terbelokkan ke arah sumbu +Yd. terbelokkan ke arah sumbu -Ye. tidak terpengaruh arah geraknya

13. Suatu partikel bermuatan 0,04 C bergerak sejajar dengan kawat berarus listrik 10 A. Jika jarak partikel kawat 5 cm, laju partikel 5 m/s, maka gaya yang dialami partikel adalah ... μN (medan magnetnya dari kawat panjang berarus)a. 0 c. 4 e. 8b. 2 d. 6

14. Partikel dengan muatan 2 kali muatan elektron bergerak dalam medan magnet homogen B secara tegak lurus. Besar medan B

adalah π4 T. Bila frekuensi 4 siloktron adalah 1600 Mz, maka

besarnya massa adalah ... kg.a. 2,5 x 10-23 c. 1,2 x 10-23 e. 3,3 x 10-

23

b. 5 x 10 -22 d. 7,5 x 10-22

15. Dua buah partikel massanya m1 : m2 = 2 : 1 dan muatannya q1

: q2 = 2 : 1. Kedua partikel itu bergerak melingkar dalam bidang yang tegak lurus medan magnet homogen. Bila besar momentum kedua partikel itu sama, maka perbandingan jari – jari orbit partikel itu r1 : r2 , adalah ...a. 4 : 1b. 2 : 1c. 1 : 1d. 1 : 2e. 1 : 4

16. Kutub selatan magnet jarum pada kompas menunjukkan ...a. kutub selatan magnet bumib. kutub utara magnet bumic. kutub utara bumid. khatulistiwa

e. acak

17. Oersted menemukan bahwa ...a. magnet menimbulkan arus b. magnet menimbulkan medan magnetc. kutub – kutub magnet selalu berpasangand. arus listrik menimbulkan medan magnete. bumi merupakan magnet yang sangat besar

18. Kuat medan magnet di titik sejauh r dari suatu kawat lurusberaturan I sebanding dengan ...a. I c. r3 e. rb. I2 d. r2

19. Sebuah antiproton bergerak vertikal ke atas ketika memasuki medan magnetik homogen yang mengarah ke utara. Gaya magnet pada saat itu mengarah ke ...a. timur c. utara e. atasb. barat d. selatan

20. Dua kawat lurus diletakkan sejajar pada jarak r. Jika kedua kawat itu masing – masing dialiri arus I yang arahnya sama, kedua kawat itu akan ...a. tolak – menolak dengan gaya sebanding rb. tarik – menarik dengan gaya sebanding r-2

c. tolak – menolak dengan gaya sebanding I-1

d. tarik – menarik dengan gaya sebanding I2

e. tarik – menarik dengan gaya sebanding r2

21. Kecepatan sudut dari sebuah partikel q yang bergerak melingkar pada medan magnet homogen B dengan jari – jari R danmassa partikel m, akan memenuhi persamaan

a. ω=mqB

b. . ω=qBm

c. . ω=mqR

d. . ω=qBmR

e. . ω= qB2πm

Jawaban : B

22. Kawat melingkar dengan jari – jari 2π cm dialiri arus listrik 4 A. Induksi magnetik di pusat lingkaran kawat tersebut adalah ...a. 2 x 10-5 Tb. 4 x 10-5 Tc. 5 x 10-5 Td.6 x 10-5 Te. 7 x 10-5 T

23. Solenoida dengan panjang 25 cm terdiri dari 800 lilitan. Jika pada solenoida dialiri arus 2 A, induksi magnetik yang terjadi pada pusat solenoida tersebut adalah ...a. 2,56π x 10-3 Wb/m2

b. 5,12πx 10-3 Wb/m2

c. 6,64 πx 10-3 Wb/m2

d. 7,68πx 10-3 Wb/m2

e. 8,46πx 10-3 Wb/m2

24. Kawat lurus panjang berarus listrik 8 A, berarah ke utara.Besar dan arah induksi magnetik di suatu titik yang berada 4 cm di atas kawat tersebut adalah ...a. 4 x 10-5 T ke timurb. 4 x 10-5 T ke baratc. 4 x 10-5 T ke bawahd. 8 x 10-5 T ke timure. 32 x 10-5 T ke barat

25. Kawat lurus panjang berarus listrik. Tenyata titik – titikyang berada 6 cm di sebelah timur kawat memiliki induksi magnetik 3 x 10-5 Wb/m2 ke utara. Hal itu menunjukkan bahwa besar dan arah arus pada kawat tersebut ...a. 6 A ke selatanb. 8 A ke atasc. 9 A ke atasd. 9 A ke bawahe. 10 A ke barat

Referensi :

Taranggono,Agus . 2005. Sains Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta :Bumi Aksara

Ruwanto,Bambang. 2005. Asas – Asas Fisika 3 A. Yogjakarta :Yudhistira

Yayan Sofyan Suri, 2007 . Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Bogor : DutaGrafika

Subagya,hari.2007.Sains Fisika 3 SMA/MA.Jakarta :Bumi Aksara

RANCANGAN PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

Medan magnetDosen pengampu: Nyoman Ayu, S.Pd., M.Pd

Disusun oleh:

Solikhatun Romadhona 13330044

Elsa Asri Anggraini 13330045

Nur Vicka Tamarayati 13330059

PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PGRI SEMARANG

2014