Soal Medan Magnet dan Pembahasannya 3
Soal 1
Sebuah elektron memasuki daerah yang mengandung medan magnet B dan medan listrik E, dengan kecepatan awal v. Besar usaha yang dilakukan gaya magnet pada elektron ini adalah. . . .
A. nol
B. sebanding dengan v
C. sebanding dengan E × B
D. sama dengan energi potensial listriknya
E. sebanding dengan perubahan energi kinetiknya
Jawab: A
Gaya Lorentz (Gaya magnet) adalah gaya yang diberikan pada partikel bermuatan yang bergerak melalui medan listrik E dan medan magnet B adalah
F = qE + qv × B
Dalam hal gerakan muatan (muatan positif atau negatif) dalam medan magnet, gaya magnet tegak lurus terhadap kecepatan partikel. Jadi tidak ada usaha yang dilakukan dan tidak ada perubahan dalam besarnya kecepatan yang dihasilkan (meskipun arah momentum dapat berubah).
Soal 2
Jari jari lintasan gerak proton di dalam sebuah siklotron adalah 120 m. Jika energi proton sebesar 1,6 × 10-9 J maka besar induksi magnet yang diperlukan besarnya .. . .
A. 0,12 T
B. 1,20 T
C. 1,50 T
D. 1,60 T
E. 1,90 T
Jawab:
Gaya magnet dapat memasok gaya sentripetal dan menyebabkan partikel bermuatan bergerak dalam jalur melingkar radius
r = mv/qB
energi kinetik proton adalah
K = ½ mv2 atau v = (2K/m)1/2
Dari kedua persamaan di atas kita peroleh
B = [m/qr](2K/m)1/2
B = (2mK)1/2/qr
B = [2 x 1,67 x 10-27 kg x 1,6 × 10-9 J]1/2/(1,6 x 10-19 C x 120 m) » 0,12 T
Soal 3
Sebuah partikel dengan muatan positif q dan massa m bergerak sepanjang suatu lintasan tegak lurus terhadap suatu medan magnetik. Partikel bergerak dalam suatu lingkaran berjari-jari R dengan frekuensi f. Besar medan magnetik adalah . . . .
A. mf/q
B. 2πfm/q
C. m/2πfq
D. mf/qR
E. mqf/2r
Jawab: B
Jadi, apakah gaya magnet menyebabkan gerakan memutar? Gaya magnet selalu tegak lurus terhadap kecepatan, sehingga tidak bekerja pada partikel bermuatan. Dengan demikian energi dan kecepatan partikel tetap konstan. Arah gerakan terpengaruh, tetapi bukan kecepatannya. Ini tipikal gerakan melingkar yang beraturan. Kasus paling sederhana terjadi ketika partikel bermuatan bergerak tegak lurus terhadap medan B seragam, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
(Jika ini terjadi dalam ruang hampa, medan magnet adalah faktor dominan yang menentukan gerakan.) Di sini, gaya magnet (Lorentz) force) memasok gaya sentripetal, sehingga
mv2/r = qBv sin 900
m(2πfr)/r = qB
B = 2πmf/q
Soal 4
Partikel dengan muatan 2 kali muatan elektron bergerak dalam medan magnet homogen B secara tegak lurus. Besar medan B adalah ¼π tesla. Bila frekuensi siklotron partikel tadi adalah 1600 Hz, maka besar massanya adalah . . . .
A. 2,5 x 10-23 kg
B. 1,2 x 10-23 kg
C. 3,3 x 10-23 kg
D. 5,0 x 10-23 kg
E. 7,5 x 10-23 kg
Jawab: A
Sebuah partikel yang mengalami gerakan melingkar karena medan magnet yang seragam disebut dalam resonansi siklotron. Istilah ini berasal dari nama akselerator partikel siklik yang disebut siklotron, ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
Frekuensi siklotron (atau, ekuivalen, gyrofrequency) adalah jumlah siklus yang dilalui partikel di sekitar sirkuit sirkulernya setiap detik dan dapat ditentukan dengan menggunakan
mv2/r = qBv sin 900
m(2πfr)/r = qB
f = qB/2πm
1600 Hz = (2 x 1,6 x 10-19 C)(0,25π T)/(2π x m)
m = 2,50 x 10-23 kg
Soal 5
Ion-ion oksigen bermuatan negatif ganda (O-2) dan ion-ion litium bermuatan positif tunggal Li+ bergerak pada kelajuan yang sama dan dalam arah yang sama yang tegak lurus terhadap suatu medan magnetik homogen. Massa atom relatif untuk oksigen dan litium masing-masing adalah 16 dan 7. Nilai perbandingan (jari-jari orbit O2-/jari-jari orbit Li+) adalah . . . .
A. 16 : 7
B. 8 : 7
C. 2 : 1
D. 7 : 8
E. 7 : 16
Jawab: B
Massa atom relatif ion oksigen Ar O-2 = 16 dan massa atom relatif ion litium Ar Li+ = 7, maka
Massa atom relatif = massa atom rata-rata/(1/12 x massa atom C-12)
massa atom rata-rata dari O-2 = 16 x (1/12 x massa atom C-12) = 16u
massa atom rata-rata dari Li+ = 17 x (1/12 x massa atom C-12) = 7u
dengan persamaan
B = mv/qr
maka
BO/BLi = (mo/mLi)(rLi/rO)(qLi/qO)
1 = (mo/mLi)(rLi/rO)(qLi/qO)
1 = (16u/7u)(1/2)
rO/rLi = 8/7
Soal 6
Sebuah proton dan sebuah deuteron sama-sama dipercepat melalui beda potensial yang sama dan memasuki medan magnet melalui garis yang sama. Bila proton bergerak melingkar dengan jari jari r maka jari jari deutron adalah . . . .
A. ½r√2
B. r√2
C. r
D. 2r
E. 2r√2
Jawab: B
Massa deuteron dua kali massa proton md = 2mp, maka dari persamaan
B = (2mK)1/2/qr
Kita peroleh
Bp/Bd = (mp/md)1/2(rd/rp)
1 = (mp/2mp)1/2(rd/r)
rd = r√2
Sebuah elektron memasuki daerah yang mengandung medan magnet B dan medan listrik E, dengan kecepatan awal v. Besar usaha yang dilakukan gaya magnet pada elektron ini adalah. . . .
A. nol
B. sebanding dengan v
C. sebanding dengan E × B
D. sama dengan energi potensial listriknya
E. sebanding dengan perubahan energi kinetiknya
Jawab: A
Gaya Lorentz (Gaya magnet) adalah gaya yang diberikan pada partikel bermuatan yang bergerak melalui medan listrik E dan medan magnet B adalah
F = qE + qv × B
Dalam hal gerakan muatan (muatan positif atau negatif) dalam medan magnet, gaya magnet tegak lurus terhadap kecepatan partikel. Jadi tidak ada usaha yang dilakukan dan tidak ada perubahan dalam besarnya kecepatan yang dihasilkan (meskipun arah momentum dapat berubah).
Soal 2
Jari jari lintasan gerak proton di dalam sebuah siklotron adalah 120 m. Jika energi proton sebesar 1,6 × 10-9 J maka besar induksi magnet yang diperlukan besarnya .. . .
A. 0,12 T
B. 1,20 T
C. 1,50 T
D. 1,60 T
E. 1,90 T
Jawab:
Gaya magnet dapat memasok gaya sentripetal dan menyebabkan partikel bermuatan bergerak dalam jalur melingkar radius
r = mv/qB
energi kinetik proton adalah
K = ½ mv2 atau v = (2K/m)1/2
Dari kedua persamaan di atas kita peroleh
B = [m/qr](2K/m)1/2
B = (2mK)1/2/qr
B = [2 x 1,67 x 10-27 kg x 1,6 × 10-9 J]1/2/(1,6 x 10-19 C x 120 m) » 0,12 T
Soal 3
Sebuah partikel dengan muatan positif q dan massa m bergerak sepanjang suatu lintasan tegak lurus terhadap suatu medan magnetik. Partikel bergerak dalam suatu lingkaran berjari-jari R dengan frekuensi f. Besar medan magnetik adalah . . . .
A. mf/q
B. 2πfm/q
C. m/2πfq
D. mf/qR
E. mqf/2r
Jawab: B
Jadi, apakah gaya magnet menyebabkan gerakan memutar? Gaya magnet selalu tegak lurus terhadap kecepatan, sehingga tidak bekerja pada partikel bermuatan. Dengan demikian energi dan kecepatan partikel tetap konstan. Arah gerakan terpengaruh, tetapi bukan kecepatannya. Ini tipikal gerakan melingkar yang beraturan. Kasus paling sederhana terjadi ketika partikel bermuatan bergerak tegak lurus terhadap medan B seragam, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
(Jika ini terjadi dalam ruang hampa, medan magnet adalah faktor dominan yang menentukan gerakan.) Di sini, gaya magnet (Lorentz) force) memasok gaya sentripetal, sehingga
mv2/r = qBv sin 900
m(2πfr)/r = qB
B = 2πmf/q
Soal 4
Partikel dengan muatan 2 kali muatan elektron bergerak dalam medan magnet homogen B secara tegak lurus. Besar medan B adalah ¼π tesla. Bila frekuensi siklotron partikel tadi adalah 1600 Hz, maka besar massanya adalah . . . .
A. 2,5 x 10-23 kg
B. 1,2 x 10-23 kg
C. 3,3 x 10-23 kg
D. 5,0 x 10-23 kg
E. 7,5 x 10-23 kg
Jawab: A
Sebuah partikel yang mengalami gerakan melingkar karena medan magnet yang seragam disebut dalam resonansi siklotron. Istilah ini berasal dari nama akselerator partikel siklik yang disebut siklotron, ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
Frekuensi siklotron (atau, ekuivalen, gyrofrequency) adalah jumlah siklus yang dilalui partikel di sekitar sirkuit sirkulernya setiap detik dan dapat ditentukan dengan menggunakan
mv2/r = qBv sin 900
m(2πfr)/r = qB
f = qB/2πm
1600 Hz = (2 x 1,6 x 10-19 C)(0,25π T)/(2π x m)
m = 2,50 x 10-23 kg
Soal 5
Ion-ion oksigen bermuatan negatif ganda (O-2) dan ion-ion litium bermuatan positif tunggal Li+ bergerak pada kelajuan yang sama dan dalam arah yang sama yang tegak lurus terhadap suatu medan magnetik homogen. Massa atom relatif untuk oksigen dan litium masing-masing adalah 16 dan 7. Nilai perbandingan (jari-jari orbit O2-/jari-jari orbit Li+) adalah . . . .
A. 16 : 7
B. 8 : 7
C. 2 : 1
D. 7 : 8
E. 7 : 16
Jawab: B
Massa atom relatif ion oksigen Ar O-2 = 16 dan massa atom relatif ion litium Ar Li+ = 7, maka
Massa atom relatif = massa atom rata-rata/(1/12 x massa atom C-12)
massa atom rata-rata dari O-2 = 16 x (1/12 x massa atom C-12) = 16u
massa atom rata-rata dari Li+ = 17 x (1/12 x massa atom C-12) = 7u
dengan persamaan
B = mv/qr
maka
BO/BLi = (mo/mLi)(rLi/rO)(qLi/qO)
1 = (mo/mLi)(rLi/rO)(qLi/qO)
1 = (16u/7u)(1/2)
rO/rLi = 8/7
Soal 6
Sebuah proton dan sebuah deuteron sama-sama dipercepat melalui beda potensial yang sama dan memasuki medan magnet melalui garis yang sama. Bila proton bergerak melingkar dengan jari jari r maka jari jari deutron adalah . . . .
A. ½r√2
B. r√2
C. r
D. 2r
E. 2r√2
Jawab: B
Massa deuteron dua kali massa proton md = 2mp, maka dari persamaan
B = (2mK)1/2/qr
Kita peroleh
Bp/Bd = (mp/md)1/2(rd/rp)
1 = (mp/2mp)1/2(rd/r)
rd = r√2
Post a Comment for "Soal Medan Magnet dan Pembahasannya 3"
Sobat Fisika! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!