MATERI INDUKSI MAGNETIK

Ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang

induksi magnetik ini meliputi induksi magnetik kawat lurus panjang, kawat melingkar,

selenoida, toroida dan gaya lorentz.

INDUKSI MAGNETIK DISEKITAR KAWAT LURUS BERARUS LISTRIK

Keterangan:

B = induksi magnetik (Wb).

µ0 = permeabilitas ruang hampa (4π . 10-7 Wb/A.m).

INDUKSI MAGNETIK DIPUSAT KAWAT MELINGKAR

Dengan N = banyak lilitan dan r = jari-jari.

INDUKSI MAGNETIK SELENOIDA

Di pusat selenoida

Di ujung selenoida

Dengan L = panjang selenoida.

GAYA LORENTZ

Gaya Lorentz muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet.

Keterangan:

F = gaya Lorent (N).

q = muatan listrik (C).

v = kecepatan muatan listrik (m/s).

B = induksi magnetik (T).

θ = sudut antara v dengan B.

Gaya Lorentz kawat berarus listrik.

Dengan θ = sudut antara i dengan B.

Gaya Lorentz antara dua kawat sejajar berarus listrik.

Keterangan:

i1, i2 = kuat arus kawat 1 dan 2

L = panjang kawat (m)

A = jarak dua kawat (m)

SOAL DAN PEMBAHASAN INDUKSI MAGNETIK

Contoh soal gaya Lorentz Nomor 1

Sebuah kawat berarus listrik I diletakkan diantaran dua kutub magnet utara dan

selatan seperti gambar disamping.

Arah gaya Lorentz pada kawat adalah...

A. masuk bidang kertas

B. keluar bidang kertas

C. menuju kutub utara magnet

D. menuju kutub selatan magnet

E. dari kutub utara menuju kutub selatan

Pembahasan

Gunakan kaidah tangan kanan

Jawaban: A

Contoh soal Induksi magnetik di pusat kawat melingkar Nomor 2

Perhatikan gambar!

Suatu penghantar dialiri arus listrik I = 9 A. Jika jari-jari kelengkungan R = 2π cm dan

µ0 = 4π . 10-7Wb/A.m maka besar induksi magnetik dititik P adalah...

A. 3 . 10-5 T

B. 5 . 10-5 T

C. 9 . 10-5 T

D. 12 . 10-5 T

E. 15 . 10-5 T

Pembahasan:

Jawaban: A

Contoh soal Induksi magnetik Nomor 3

Sebuah muatan positif bergerak memotong medan magnet homogen secara tegak

lurus. Gambar yang benar tentang arah gaya magnet, kecepatan dan medan

magnet adalah...

Pembahasan:

 Gunakan kaidah tangan kanan (lihat nomor 1) dengan mengganti jempol sebagai

arah kecepatan (v), telunjuk sebagai arah medan magnet (B) dan jari tengah

sebagai arah gaya lorentz (F)

Jawaban: B

Contoh soal induksi magentik disekitar kawat lurus

Sebuah kawat lurus dialiri arus listrik 5 A seperti gambar (µ0 = 4π . 10-7 Wb/A.m)

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

A. 4 . 10-5 T ke kanan

B.  4 . 10-5 T ke kiri

C.  5 . 10-5 T tegak lurus menuju bidang kertas

D. 5 . 10-5 T tegak lurus menjauhi bidang kertas

E.  9 . 10-5 T tegak lurus menjauhi bidang kertas

Pembahasan

Menghitung induksi magnetik disekitar kawat lurus panjang.

(arah menjauhi bidang kertas)Jawaban: D

Contoh soal induksi magnetik di sekitar kawat lurus 2

Seutas kawat panjang berarus listrik I tampak seperti gambar.

Jika induksi magnetik di P adalah B, maka induksi magnetik dititik Q adalah...

A. 3B

B. 2B

C. B

D. ½ B

E. 1/3 B

Pembahasan

Bandingkan persamaan induksi magnetik di Q dengan di P.

B / Bq = 3

Bq = 1/3 B

Jawaban: E

Contoh soal induksi magentik disekitar kawat lurus 3

Kawat dialiri arus listrik I seperti pada gambar! 

Pernyataan sesuai gambar di atas induksi magnetik di titik P akan: 

(1) sebanding kuat arus I 

(2) sebanding 1/a

(3) tergantung arah arus listrik I 

Pernyataan yang benar adalah ... 

A. 1, 2 dan 3 

B. 1 dan 2 

C. 1 dan 3 

D. hanya 1 saja 

E. hanya 2 saja

Pembahasan

Maka berdasarkan persamaan induksi magnetik disekitar kawat lurus panjang,

induksi magnetik di P:

1) sebanding kuat arus

2) sebanding 1/a

3) tergantung arah arus listrik I

Jawaban: A

Contoh soal induksi magnetik di pusat kawat melingkar 1

Perhatikan gambar kawat yang dialiri arus berikut.

Besar induksi magnetik di titik P adalah..( µ0 = 4π . 10-7 Wb/A.m)

A.  0,5π . 10-5 T

B.   π . 10-5 T

C.  1,5π . 10-5 T

D.  2,0π . 10-5 T

E.  3,0π . 10-5 T

Pembahasan

Induksi magnetik di P adalah:

 (1/4 diperoleh karena seperempat lingkaran)

Jawaban: A

Contoh soal induksi magnetik dipusat kawat melingkar 2

Selembar kawat berarus listrik dilengkungkan seperti gambar.

Jika jari-jari kelengkuangan sebesar 50 cm, maka besarnya induksi magnetik di

pusat kelengkungan adalah...

A. 1/3 π . 10-7 T

B.  1 . 10-7 T

C.   π . 10-7 T

D. 2 . 10-7 T

E.  2π . 10-7 T

Pembahasan

Induksi magnetik dipusat kelengkungan:

(1/3 didapat dari sepertiga lingkaran)

Jawaban: E

Contoh soal induksi magnetik di ujung selenoida 1

Suatu selenoida panjang 2 meter dengan 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Jika selenoida

itu dialiri arus sebesar 0,5 A, tentukan induksi magnetik di ujung selenoida? .. ( µ0 =

4π . 10-7 Wb/A.m)

A. 4π . 10-5 T

B.  8π . 10-7 T

C.  4π . 10-6 T

D. 8π . 10-5 T

E.  2π . 10-4 T

Pembahasan

Induksi magnetik diujung selenoida:

Jawaban: A

Contoh soal gaya lorentz

Sebuah elektron bergerak dari A dengan kecepatan v memasuki medan magnet

homogen B secara tegak lurus. 

Salah satu lintasan yang mungkin dilalui elektron adalah...

A. Mengikuti lintasan I

B. Mengikuti lintasan II

C. Mengikuti lintasan III

D. Masuk ke bidang gambar

E. Keluar dari bidang gambar

Pembahasan

Gunakan kaidah tangan kanan.

Jawaban: A

Contoh soal gaya Lorentz 2

Sebuah kawat PQ diletakkan di dalam medan magnet homogen seperti gambar. 

Jika kawat dialiri arus dari Q menuju P, maka arah kawat akan melengkung.... 

A. ke bawah

B. ke atas

C. ke samping

D. keluar bidang gambar

E. Masuk bidang gambar

Pembahasan

Kawat akan melengkung sesuai dengan arah gaya Lorentz.

Jawaban: B

Contoh soal gaya magnetik dua kawat sejajar 1

Dua kawat sejajar l dan m masing-masing panjangnya 2 m dan terpisah pada jarak 2

cm. Pada kawat m yang kuat arusnya 1,5 A mengalami gaya magnetik dari kuat arus

kawat l sebesar 6 . 10-5 N ( µ0 = 4π . 10-7 Wb/A.m). kuat arus pada kawat l adalah...

A. 1,2 A

B. 1,5 A

C. 2,0 A

D. 2,4 A

E. 3,0 A

Pembahasan

i2 = 2 A

Jawaban: C

Contoh soal gaya magnetik dua kawat sejajar 2

Dua kawat sejajar yang berjarak 1 m satu sama lain dialiri arus listrik masing-masing

1 A dengan arah yang sama. Diantara kedua kawat akan terjadi...

A. Gaya tarik menarik sebesar 4 . 107 N/m

B.  Gaya tolak menolak sebesar 2 . 107 N/m

C.  Gaya tarik menarik sebesar 2 . 107 N/m

D. Gaya terik menarik sebesar 2 . 10-7 N/m

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

Pembahasan

F/L = 2 . 10-7 N/m (tarik menarik karena arah arus sama)

Jawaban: C

Pembahasan soal induksi magnetik dipusat kawat melingkar

 Berikut ini adalah pembahasan soal-soal fisika SMA tentang induksi magnetik

dipusat kawat melingkar. Bahasan ini merupakan salah satu topik dari materi induksi

magnetik. Jadi bahasan ini adalah materi kelas XII SMA semester ganjil.

Pembahasan soal ini bertujuan membantu siapa saja yang merasa kesulitan

mempelajari fisika, sehingga bahasan ini dapat digunakan untuk bahan persiapan

menghadapi ulangan harian, UTS, UAS, UKK, UN dan ujian lainnya. Oke langsung

saja dapat disimak pembahasannya dibawah ini.

Nomor 1

Suatu kawat dilengkungkan dengan jari-jari R = 40 cm dan dialiri arus listrik seperti

pada gambar.

Diketahui µ0 = 4π . 10-7 Wb/Am, maka induksi magnetik dipusat lengkungan P

sebesar...

A.       2,5 π . 10-7 T

B.       5 . 10-7 T

C.       5π . 10-7 T

D.       1 . 10-6 T

E.        π . 10-7 T

Pembahasan:

Diketahui:

R = 40 cm = 0,4 m

N = ½ (setengah lingkaran)

i = 2 A

Ditanya: B = ...

Jawab:

Nomor 2

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

Jika jari-jari kelengkungan R = 3π cm, maka besar induksi magnetik di P adalah...

A. 0,5 . 10-5 T

B.       2,0 . 10-5 T

C.       4,0 . 10-5 T

D.       6,0 . 10-5 T

E.        8,0 . 10-5 T

Pembahasan:

Diketahui:

R = 3π cm = 0,03π m

N = 1/8

i = 6 A

Ditanya: B = ...

Nomor 3

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

Induksi magnetik di titik 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 (2π −1 + 5 ) tesla masuk  bidang gambar

Pembahasan:

Diketahui:

R = 5 cm = 0,05 m

a = 5 cm = 0,05 m

i = 1 A

Ditanya: B = ...

Jawab:

Arah induksi magnetik kawat melingkar sama dengan arah induksi magnetik kawat

lurus yaitu masuk bidang kertas (gunakan kaidah tangan kanan).

Hukum II Kirchhoff

Hukum II Kirchhoff

Hukum II Kirchhoff berbunyi : “Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar

gaya gerak listrik (є) dengan penurunan tegangan (I.R) sama dengan nol. Maksud

dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi listrik

yang hilang dalam rangkaian tersebut, atau dalam arti semua energi listrik bisa

digunakan atau diserap.

Hukum II Kirchhoff dirumuskan sebagai

ΣE +ΣIR = 0

Keterangan :

ΣE = jumlah ggl sumber arus (V)

ΣIR = jumlah penurunan tegangan. (V)

I = arus listrik (A)

R = hambatan (W)

Penggunaan Hukum II Kirchhoff adalah sebagai berikut:

1. Pilih rangkaian untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.

Pemilihan arah loop bebas, tapi jika memungkinkan diusahakan searah

dengan arah arus listrik.

2. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan

tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila arah loop berlawanan arah

dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.

3. Bila saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dahulu

dijumpai adalah kutub positif, maka gaya gerak listrik bertanda positif,

sebaliknya bila kutub negatif maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.

Hukum Kirchhoff pada Rangkaian Satu Loop – 

Dengan menerapkan Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff I, kalian dapat mencari besar

arus dan tegangan pada rangkaian dengan satu sumber tegangan. Namun,

bagaimanakah kita mencari arus dan tegangan jika pada rangkaian terdapat lebih

dari satu sumber tegangan? Perhatikan Gambar skema rangkaian tertutup dengan

dua sumber tegangan dan dua hambatan berikut ini

Gambar 5. Skema rangkaian tertutup

Kita dapat mencari besar arus dan tegangan pada resistor dengan menggunakan

prinsip Hukum Kirchoff II yang telah dipaparkan sebelumnya.

Perhatikan kembali rangkaian pada Gambar 5. Rangkaian tersebut merupakan

rangkaian tertutup dengan loop tunggal (1 loop). Untuk menganalis rangkaian

tersebut, kita dapat menggunakan hukum Kirchoff II dengan mengikuti langkah

berikut.

a. Memilih arah loop. Agar lebih mudah, arah loop dapat

ditentukan searah dengan arah arus yang berasal dan sumber tegangan yang

paling besar dan mengabaikan arus dan sumber tegangan yang kecil (ingat,

arah arus bermula dan kutub positif menuju kutub negatif).

b. Setelah arah loop ditentukan, perhatikan arah arus pada percabangan.

Jika arah arus sama dengan arah loop, penurunan tegangan (IR) bertanda

positif. Namun, jika arah arus berlawanan dengan arah loop, IR bertanda

negatif.

c. Jika arah loop menjumpai kutub positif pada sumber tegangan lain,

maka nilai E positif. Namun, jika yang dijumpai lebih dulu adalah kutub negatif,

maka E bertanda negatif.

Nah, dengan mengikuti langkah di atas, mari kita analisis bersama rangkaian

tersebut. Pada rangkaian tersebut, jika E2>E1, kita dapat menentukan arah loop

sebagai berikut.

Gambar 6. penentuan arah arus pada loop (arah loop dan a—b–c—d—a.)

Setelah menentukan arah loop, kita dapat menerapkan hukum Kirchhoff II sebagai

berikut.

IR2 – E1 + IR1 – E2 = 0

I(R1 + R2) = E1 + E2

Jadi kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah :

I = (E1 + E2) / (R1 + R2)

Contoh soal Penggunaan Hukum II Kirchhoff

1. Suatu rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 7, dengan hukum Kirchhoff II

hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut.

Gambar 7. Suatu loop tertutup untuk menerapkan hukum II Kirchhoff

2. Suatu rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 8, dengan hukum II Kirchhoff,

hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut!

Gambar 8. Suatu loop tertutup untuk menerapkan hukum II Kirchhoff

Rangkaian dengan Dua Loop atau Lebih – 

Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majernuk.

Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk adalah sebagai

berikut.

a. Gambarlah rangkaian listrik majemuk tersebut.

b. Tetapkan arah kuat arus untuk setiap cabang,

c. Tulislah persaman-persarmaan arus untuk tiap titik cabang menggunakan

Hukum IKirchhoff

d. Tetapkan loop beserta arahnva pada setiap rangkaian tertutup.

e. Tulislah persarnaan-persamaan untuk setiap loop rnenggunakan Hukurn II

Kirchhoff

f. Hitung besaran-besaran yang ditanyakan menggunakan persarnaan-persamaan

pada langkah e.

Contoh menghitung Rangkaian dengan Dua Loop atau Lebih

1. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut:

Gambar 9. Rangkaian majemuk

a. Kuat arus yang mengalir dalam hambatan 1Ω, 2,5Ω dan 6Ω

b. beda potensial antara titik A dan B

Contoh Soal :

Tentukan kuat arus yang mengalir melalui E1, E2, R3 !

Contoh soal

Coba sobat perhatikan gambar di samping. Kemudian tentukan:

1. Kuat arus yang mengalir melalui rangkaian

2. Tegangan antara ab contoh soal loop I

Jawab:

Misal kita ambil arah loop seperti gambar di bawah ini

jawaban soal loop I

a. Misalkan arah kuat arus kita anggap dulu berlawanan dengan arah loop

Σε + ΣI. R = 0

ε3 – ε2 + ε1 – I (R1 + R2 + R3) = 0

4 – 2 + 4 – I (15 + 5 + 10) = 0

6 – 30I = 0

30I = 6

I = 6/30 = 1/5 = 0,2 A

b. Tegangan antar a dan b (Vab)

Jika melalui jaluar adcb (panjang)

Vab = ε3 – ε2 – I (R3 + R2) (I negatif karena berlawanan dengan arah I total)

Vab = 4-2 – 0,2 (10 + 5)

Vab = 2 – 0,2 (15)

Vab = 2 – 3 = -1 V

Jika melalui jalur ab (pendek)

Vab = -ε1 + I R1 ( I positif karena searah dengan I total)

Vab = – 4 + 0,2 (15)

Vab = -4 + 3 = -1 V

Jadi tegangan antara titi a dan b (Vab) = -1 V

Contoh Soal

contoh soal loop 2

Perhatikan Gambar di atas, Diketahui

ε1 = 16 V

ε2 = 8 V

ε3 = 10 V

R1 = 12 ohm

R2 = 6 ohm

R3 = 6 ohm

Jika hambatan dalam sumber tegangan diabaikan, berapa kuat arus yang melalui R2?

Kita buah arah loop dan arus seperti tampak gambar di bawah ini

jawaban loop 2

Loop I:

-ε1 – ε2 + I1.R2 + I.R1 = 0

-16 – 8 + I1.6 + I. 12 = 0

-24 + 6I1 + 12 I = 0

6I1 + 12I = 24

I1 + 2I = 4 …… (ketemu persamaan I)

Loop II

ε2 + ε3 -I1.R2 + I2.R3 = 0

8 + 10 – I1.6 + I2.6 = 0

18 – 6I1+ 6I2 = 0

-6I1+ 6I2 = – 18

-6(I1- I2) = 18

I1- I2 = 3

I1 = 3 +I2 …..(ketemu persamaan II)

Kita kombinasikan persamaan I dan II

I1 + 2I = 4

I1 + 2(I1 +I2) = 4

3I1 + 2I2 = 4 –> kita masukkan persamaan II

3(3 +I2) + 2I2 = 4

9 + 3I2 + 2I2 = 4

5I2 = -5

I2 = -1 A

I1 = 3 + I2 = 3 + (-1) = 2 A

Jadi dengan menggunakan hukum kirchoff I dan hukum kirchoff II kita bisa menemukan kuat arus yang melalui R2 adalah 2 Ampere.