Soal Medan Magnet dan Pembahasannya 2
Soal 1
Medan magnet sebuah toroida (N lilitan per I) dengan radius dalam a dan radius luar b pada suatu jarak r di tengah-tengah antara a dan b adalah sebesar . . . .
A. µ0NI/[2π(a + b)
B. 2µ0NI/[π(a + b)
C. µ0NI/πb
D. µ0NI/[π(a + b)
E. 4µ0NI/[π(a + b)
B = µ0IN/2πr dengan r adalah jari-jari ef ektif toroida.
Dari soal ini, jari-jari efektifnya adalah r = ½ (a + b), maka besar medan magnetik pada pusat toroida diberikan oleh
B = µ0IN/[π(a + b)
Soal 2
Suatu daerah memiliki medan magnet seragam 4 tesla, berarah ke utara. Sebuah muatan titik positif dari 3 x 10-10 coulomb sedang bergerak ke selatan jika medan magnetik ini tidak ada, pada kelajuan 200 meter per sekon. Gaya yang dikerjakan pada muatan titik oleh medan magnetik adalah . . . .
A. 24 x 10-8 N, ke utara
B. 24 x 10-8 N, ke Selatan
C. 24 x 10-10 N, ke timur
D. 24 x 10-10 N, ke barat
E. 0
Jawab: E
Kita diberi muatan, kecepatannya, dan kekuatan dan arah medan magnet. Jadi kita dapat menggunakan persamaan F = qvB sin θ untuk menemukan gaya. Karena muatan bergerak saat medan magnetiknya tidak ada (B = 0), maka tidak ada gaya magnetik yang mempengaruhi muatan.
Soal 3
Sebuah solenoida panjang dengan jarak antarlilitan sangat dekat membawa suatu arus listrik searah. Tiap lilitan kawat mengerjakan . . .
A. suatu gaya tarik pada lilitan berdekatan berikutnya
B. suatu gaya tolak pada lilitan berdekatan berikutnya
C. gaya nol pada lilitan berdekatan berikutnya
D. salah satu gaya tarik atau tolak pada lilitan berikutnya bergantung pada arah arus dalam solenoida
E. salah satu gaya tarik atau tolak pada lilitan berdekatan berikutnya, tetapi ia tidak bergantung pada arah arus dalam solenoida
Jawab: A
jarak antarlilitan sangat dekat membawa suatu arus listrik searah maka ada suatu gaya tarik pada lilitan berdekatan berikutnya.
Soal 4
Dua kawat sejajar P dan Q terpisah sejauh 8 cm. Kawat P dialiri arus 3 A dan kedua kawat mengalami gaya tolak-menolak persatuan panjang sebesar 12 x 10-5 N/m. Besar dan arah arus pada kawat Q adalah . . . .
A. 12 A searah dengan arus pada kawat P
B. 12 A berlawanan dengan arus pada kawat P
C. 15 A searah dengan arus pada kawat P
D. 15 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P
E. 16 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P
Jawab: E
Dua kawat sejajar terpisah pada jarak a, akan mengalami gaya sebesar
F/L = µ0I1I2/2πa
12 x 10-5 N/m = (4π x 10-7)(3 A)IQ/(2π x 0,08 m)
IQ = 16 A
Karena dua kawat yang dialiri arus berlawanan arah akan mengasilkan gaya total-menolak maka,
IQ = 16 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P.
Soal 5
Seutas kawat dengan panjang 100 cm, membawa arus 2 A dalam suatu daerah dengan suatu medan magnet homogen yang memiliki besar 100 tesla dalam arah gaya X. Gaya magnetik pada kawat jika θ = 450 merupakan sudut antara kawat dan sumbu X adalah . . . .
A. 70,7 k N
B. 141,4 k N
C. 0 N
D. –70,7 k N
E. –141,4 k N
Jawab: E
panjang kawat L = 100 cm = 1 m, arus I = 2 A, medan magnet B = 100 T,
F = IL x B = ILB sin θ
Dengan θ sudut antara L dengan medan magnet, maka
IL = (2 A)(1 m) cos 450 i + (2 A)(1 m) cos 450 j = (i + j)√2 Am
Maka gaya magnetik pada kawat untuk kasus dalam soal ini adalah
F = IL x B = (i + j)√2 Am x 100 T i = 100√2 j x i = 100√2 (–k) = –141,4k N
Soal 6
Perhatikan gambar berikut.
Berdasarkan gambar tersebut, dua kawat lurus sejajar berarus listrik i1 = 2 A dan i2 = 3 A terpisah pada jarak a seperti pada gambar. sebuah kawat penghantar lurus yang lain (3) berarus listrik akan diletakan di sekitar kedua kawat sehingga kawat tidak mengalami gaya magnetik. Kawat tersebut harus diletakan pada jarak . . . .
A. 0,5a di kiri kawat (1)
B. a di kiri kawat (1)
C. 2a di kiri kawat (2)
D. a di kanan kawat (2)
E. 2a di kanan kawat (2)
Jawab:
Gaya magnetik antara dua kawat diberikan oleh
F12 = µ0I1I2L/2πa
Untuk dua kawat berarus listrik yang arahnya berlawanan maka kawat berarus yang ketiga terletak di luar kedua kawat dan dekat dengan kawat berarus kecil yaitu I1 = 2 A.
F31 = F32
I1/x = I2/(a + x)
2/x = 3/(a+x)
2a + 2x = 3x
x = 2a
Jadi, kawat ketiga diletakkan 2a di kiri kawat 1
Soal 7
Dua kawat logam P dan Q pada ruang hampa terpisah pada jarak 4 cm dan secara berurutan membawa arus 2 A dan 5 A mengalir pada arah yang sama. Jika P dipertahankan tetap diam, sedangkan Q bebas untuk bergerak, gaya per meter yang harus dikenakan pada Q agar tetap pada posisi yang sama sekitar . . . .
A. 2,5 x 10-5 N/m mendekati P
B. 2,5 x 10-5 N/m menjauhi P
C. 5 x 10-5 N/m mendekati P
D. 5 x 10-5 N/m menjauhi P
E. 7,5 x 10-5 N/m tegak lurus bidang yang dibentuk P dan Q
Jawab: B
Dari gambar di atas kedua kawat memiliki arah arus yang sama maka akan timbul gaya magnet yang saling tarik menarik satu sama lainnya. Kawat P dibuat tetap. Jika kawat Q kita biarkan, secara langsung ia akan tertarik menuju P. Agar kawat Q tetap pada posisinya semula, kita harus memberikan gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gaya magnet, tetapi besarnya sama, yaitu
F = FPQ = µ0IPIQL/2πa
F/L = (4π x 10-7)(2)(5)/(2π x 0,04 m)
F/L = 2,5 x 10-5 Nm yang arahnya menjauhi P
Medan magnet sebuah toroida (N lilitan per I) dengan radius dalam a dan radius luar b pada suatu jarak r di tengah-tengah antara a dan b adalah sebesar . . . .
A. µ0NI/[2π(a + b)
B. 2µ0NI/[π(a + b)
C. µ0NI/πb
D. µ0NI/[π(a + b)
E. 4µ0NI/[π(a + b)
Jawab: D
besar medan magnetik toroida adalahB = µ0IN/2πr dengan r adalah jari-jari ef ektif toroida.
Dari soal ini, jari-jari efektifnya adalah r = ½ (a + b), maka besar medan magnetik pada pusat toroida diberikan oleh
B = µ0IN/[π(a + b)
Soal 2
Suatu daerah memiliki medan magnet seragam 4 tesla, berarah ke utara. Sebuah muatan titik positif dari 3 x 10-10 coulomb sedang bergerak ke selatan jika medan magnetik ini tidak ada, pada kelajuan 200 meter per sekon. Gaya yang dikerjakan pada muatan titik oleh medan magnetik adalah . . . .
A. 24 x 10-8 N, ke utara
B. 24 x 10-8 N, ke Selatan
C. 24 x 10-10 N, ke timur
D. 24 x 10-10 N, ke barat
E. 0
Jawab: E
Kita diberi muatan, kecepatannya, dan kekuatan dan arah medan magnet. Jadi kita dapat menggunakan persamaan F = qvB sin θ untuk menemukan gaya. Karena muatan bergerak saat medan magnetiknya tidak ada (B = 0), maka tidak ada gaya magnetik yang mempengaruhi muatan.
Soal 3
Sebuah solenoida panjang dengan jarak antarlilitan sangat dekat membawa suatu arus listrik searah. Tiap lilitan kawat mengerjakan . . .
A. suatu gaya tarik pada lilitan berdekatan berikutnya
B. suatu gaya tolak pada lilitan berdekatan berikutnya
C. gaya nol pada lilitan berdekatan berikutnya
D. salah satu gaya tarik atau tolak pada lilitan berikutnya bergantung pada arah arus dalam solenoida
E. salah satu gaya tarik atau tolak pada lilitan berdekatan berikutnya, tetapi ia tidak bergantung pada arah arus dalam solenoida
Jawab: A
Soal 4
Dua kawat sejajar P dan Q terpisah sejauh 8 cm. Kawat P dialiri arus 3 A dan kedua kawat mengalami gaya tolak-menolak persatuan panjang sebesar 12 x 10-5 N/m. Besar dan arah arus pada kawat Q adalah . . . .
A. 12 A searah dengan arus pada kawat P
B. 12 A berlawanan dengan arus pada kawat P
C. 15 A searah dengan arus pada kawat P
D. 15 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P
E. 16 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P
Jawab: E
Dua kawat sejajar terpisah pada jarak a, akan mengalami gaya sebesar
F/L = µ0I1I2/2πa
12 x 10-5 N/m = (4π x 10-7)(3 A)IQ/(2π x 0,08 m)
IQ = 16 A
Karena dua kawat yang dialiri arus berlawanan arah akan mengasilkan gaya total-menolak maka,
IQ = 16 A berlawanan arah dengan arus pada kawat P.
Soal 5
Seutas kawat dengan panjang 100 cm, membawa arus 2 A dalam suatu daerah dengan suatu medan magnet homogen yang memiliki besar 100 tesla dalam arah gaya X. Gaya magnetik pada kawat jika θ = 450 merupakan sudut antara kawat dan sumbu X adalah . . . .
A. 70,7 k N
B. 141,4 k N
C. 0 N
D. –70,7 k N
E. –141,4 k N
Jawab: E
panjang kawat L = 100 cm = 1 m, arus I = 2 A, medan magnet B = 100 T,
Gaya magnetik pada kawat berarus listrik dalam suatu medan magnet diberikan oleh
F = IL x B = ILB sin θ
Dengan θ sudut antara L dengan medan magnet, maka
IL = (2 A)(1 m) cos 450 i + (2 A)(1 m) cos 450 j = (i + j)√2 Am
Maka gaya magnetik pada kawat untuk kasus dalam soal ini adalah
F = IL x B = (i + j)√2 Am x 100 T i = 100√2 j x i = 100√2 (–k) = –141,4k N
Soal 6
Perhatikan gambar berikut.
Berdasarkan gambar tersebut, dua kawat lurus sejajar berarus listrik i1 = 2 A dan i2 = 3 A terpisah pada jarak a seperti pada gambar. sebuah kawat penghantar lurus yang lain (3) berarus listrik akan diletakan di sekitar kedua kawat sehingga kawat tidak mengalami gaya magnetik. Kawat tersebut harus diletakan pada jarak . . . .
A. 0,5a di kiri kawat (1)
B. a di kiri kawat (1)
C. 2a di kiri kawat (2)
D. a di kanan kawat (2)
E. 2a di kanan kawat (2)
Jawab:
Gaya magnetik antara dua kawat diberikan oleh
F12 = µ0I1I2L/2πa
Untuk dua kawat berarus listrik yang arahnya berlawanan maka kawat berarus yang ketiga terletak di luar kedua kawat dan dekat dengan kawat berarus kecil yaitu I1 = 2 A.
F31 = F32
I1/x = I2/(a + x)
2/x = 3/(a+x)
2a + 2x = 3x
x = 2a
Jadi, kawat ketiga diletakkan 2a di kiri kawat 1
Soal 7
Dua kawat logam P dan Q pada ruang hampa terpisah pada jarak 4 cm dan secara berurutan membawa arus 2 A dan 5 A mengalir pada arah yang sama. Jika P dipertahankan tetap diam, sedangkan Q bebas untuk bergerak, gaya per meter yang harus dikenakan pada Q agar tetap pada posisi yang sama sekitar . . . .
A. 2,5 x 10-5 N/m mendekati P
B. 2,5 x 10-5 N/m menjauhi P
C. 5 x 10-5 N/m mendekati P
D. 5 x 10-5 N/m menjauhi P
E. 7,5 x 10-5 N/m tegak lurus bidang yang dibentuk P dan Q
Jawab: B
Dari gambar di atas kedua kawat memiliki arah arus yang sama maka akan timbul gaya magnet yang saling tarik menarik satu sama lainnya. Kawat P dibuat tetap. Jika kawat Q kita biarkan, secara langsung ia akan tertarik menuju P. Agar kawat Q tetap pada posisinya semula, kita harus memberikan gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gaya magnet, tetapi besarnya sama, yaitu
F = FPQ = µ0IPIQL/2πa
F/L = (4π x 10-7)(2)(5)/(2π x 0,04 m)
F/L = 2,5 x 10-5 Nm yang arahnya menjauhi P
Post a Comment for "Soal Medan Magnet dan Pembahasannya 2"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!