Perhatikan gambar berikut besar kuat arus yang mengalir dari kawat B ke A adalah

Medan Magnet

aenul.wordpress.com. Berikut ini beberapa contoh soal dan pembahasan materi Medan Magnet dibahas di kelas XII (12) SMA, kawat lurus, kawat melingkar, solenoida dan toroida :

Soal No. 1
Seutas kawat dialiri arus listrik i = 2 A seperti gambar berikut !

Tentukan : a) Kuat medan magnet di titik P b) Arah medan magnet di titik P c) Kuat medan magnet di titik Q

d) Arah medan magnet di titik Q

Pembahasan
a) Kuat medan magnet (B) dari suatu titik yang berjarak a dari suatu kawat lurus panjang yang dialiri kuat arus i adalah :

Kuat medan magnet di titik P :

b) Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan, dimana ibu jari mewakili arah arus dan empat jari sebagai arah medan magnet dengan posisi tangan menggenggam kawat. Sehingga arah kuat medan magnet di titik P adalah keluar bidang baca (mendekati pembaca).
c) Kuat medan magnet di titik Q :

d) Arah medan masuk bidang baca (menjauhi pembaca)

Soal No. 2
Perhatikan gambar berikut ini!

Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik P !

Pembahasan
Arus A akan menghasilkan medan magnet di titik P dengan arah masuk bidang, sementara arus B menghasilkan medan magnet dengan arah keluar bidang .

Arah sesuai Ba yaitu masuk bidang.

Soal No. 3
Kawat A dan B terpisah sejauh 1 m dan dialiri arus listrik berturut-turut 1 A dan 2 A dengan arah seperti ditunjukkan gambar di bawah.

Tentukan letak titik C dimana kuat medan magnetnya adalah NOL!

Pembahasan
Agar kuat medan nol, kuat medan yang dihasilkan kawat A dan kawat B harus berlawanan arah dan sama besar. Posisi yang mungkin adalah di sebelah kiri kawat A atau di sebelah kanan kawat B. Mana yang harus di ambil, ambil titik yang lebih dekat ke kuat arus lebih kecil. Sehingga posisinya adalah disebelah kiri kawat A namakan saja jaraknya sebagai x.

Soal No. 4
Tiga buah kawat dengan nilai dan arah arus seperti ditunjukkan gambar berikut!

Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik P yang berjarak 1 meter dari kawat ketiga!

Pembahasan
Pada titik P terdapat tiga medan magnet dari kawat I (masuk bidang), kawat II (keluar bidang) dan kawat III (masuk bidang).

Arah masuk bidang baca.

Soal No. 5
Perhatikan gambar berikut. Kawat A dan B dialiri arus listrik I1 dan I2 masing-masing sebesar 2 A dan 3 A dengan arah keluar bidang baca.

Tentukan besar dan arah kuat medan magnet di titik C yang membentuk segitiga sama sisi dengan titik A dan B!

Pembahasan

Mencari B1 dan B2

Kuat medan total di titik C gunakan rumus vektor dan 10−7 misalkan sebagai x.

Arah medan magnet :

Soal No. 6
Titik P berada di sekitar dua buah penghantar berbentuk setengah lingkaran dan kawat lurus panjang seperti gambar berikut!

Tentukan besar kuat medan magnet di titik P!

Pembahasan
Kuat medan dari kawat setengah lingkaran arah masuk bidang baca namakan B1 dan kuat medan magnet dari kawat lurus namakan B2 arah keluar bidang baca :

Arah sesuai arah B1 masuk bidang baca. (Thanks to Destia,..)

Soal No. 7
Tentukan besar kuat medan magnet di titik P yang berada pada poros suatu penghantar melingkar pada jarak 8 cm jika kuat arus yang mengalir pada kawat adalah 1 A!

Pembahasan

Soal No. 8
Perhatikan gambar :

l = kawat panjang A = bidang datar tegak lurus I

N = Titik berada pada bidang A berjarak 1 cm dari i

Kawat I dialiri arus i = 50 ampere i ke atas. Besar induksi magnetik di B….
A. 10−2 webber m−2
B. 10−3 webber m−2
C. 10−4 webber m−2
D. 10−5 webber m−2
E. 10−6 webber m−2
(Dari soal Ebtanas 1986)

Pembahasan
Kuat medan magnetik di sekitar kawat lurus berarus

Soal No. 9
Suatu solenoid panjang 2 meter dengan 800 lilitan dan jari-jari 2 cm. Bila solenoid itu dialiri arus sebesar 0,5 A, tentukanlah induksi magnet pada ujung solenoid. (µo = 4π .10–7 Wb.A–1.m–1 ).
A. 4π .10–5 Wb.m–2
B. 8π .10–7 Wb.m–2
C. 4π .10–6 Wb.m–2
D. 8π .10–5 Wb.m–2
E. 2π .10–4 Wb.m–2
(Dari soal Ebtanas 1988)

Pembahasan
Kuat medan magnet dari solenoida, lokasi di ujung solenoid

Soal No. 10 Seutas kawat panjang berarus listrik I. Sebuah titik berjarak a dari kawat tersebut mempunyai induksi magnetik B. Besar induksi magnetik di suatu titik berjarak 3a dari kawat tersebut adalah… A. 3B B. 2B C. B

D. 1/2 B

E. 1/3 B
(Soal Ebtanas 1993)

Pembahasan Perbandingan kuat medan magnet antara dua titik di sekitar kawat lurus

a1 = a

a2 = 3a
B1 = B
B2 =….

Soal No. 11
Kawat seperempat lingkaran dialiri arus 5 A seperti gambar berikut.

Jika jari-jari kawat melingkar adalah 40 cm, tentukan kuat medan magnet di titik P!

Pembahasan
Kuat medan magnet oleh kawat seperempat lingkaran di titik P

Sehingga

Radiasi Benda Hitam dan Hukum Wien

aenul.wordpress.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Radiasi Benda Hitam, Materi Fisika kelas 3 (XII) SMA dengan kata kunci daya radiasi, energi radiasi, hukum pergeseran Wien.

Rumus – Rumus Minimal

Daya Radiasi (Laju energi rata-rata)
P = eσ T 4A Keterangan : P = daya radiasi (watt = joule/s) e = emisivitas benda e = 1 → benda hitam sempurna

A = luas permukaan benda (m2)

T = suhu (Kelvin)

σ = Konstanta Stefan-Boltzman = 5,67 x 10−8 W/mK4

Hukum Pergeseran Wien
λmaks T = C Keterangan :

λmaks = panjang gelombang radiasi maksimum (m)

C = Konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K
T = suhu mutlak benda (Kelvin)

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal No. 1
Sebuah benda memiliki suhu minimum 27oC dan suhu maksimum 227oC.

Tentukan nilai perbandingan daya radiasi yang dipancarkan benda pada suhu maksimum dan minimumnya!

Pembahasan Data :

T1 = 27oC = 300 K

T2 = 227oC = 500 K
P2/P1 = (T2/T1)4
P2/P1 = (500/300)4 = (5/3)4 = 625 : 81

Soal No. 2
Sebuah benda dengan luas permukaan 100 cm2 bersuhu 727oC. Jika koefisien Stefan-Boltzman 5,67 x 10−8 W/mK4 dan emisivitas benda adalah 0,6 tentukan laju rata-rata energi radiasi benda tersebut!

Pembahasan Data :

σ = 5,67 x 10−8 W/mK4

T = 727oC = 1000 K e = 0,6

A = 100 cm2 = 100 x 10−4 = 10−2

Laju energi rata-rata :
P = eσ T 4A
P = (0,6)(5,67 x 10−8 )(1000)4(10−2)
P = 340,2 joule/s

Soal No. 3
Daya radiasi yang dipancarkan suatu benda pada suhu 227oC adalah 1200 J/s. Jika suhu benda naik hingga menjadi 727oC, tentukan daya radiasi yang dipancarkan sekarang!

Pembahasan Data :

T1 = 227oC = 500 K

T2 = 727oC = 1000 K
P1 = 1200 watt

Daya radiasi yang dipancarkan sekarang :
P2/P1 = (T2/T1)4
P2/P1 = (1000/500)4
P2 = (1000/500)4 x P1
P2 = (2)4 x 1200 = 16 x 1200 = 19200 watt

Soal No. 4
Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik. Bila konstanta Wien = 2,898 x 10−3 m.K maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaan adalah…..
A. 8,898 x 10−6 m
B. 9,348 x 10−6 m
C. 9,752 x 10−6 m
D. 10,222 x 10−6 m
E. 11,212 x 10−6 m
(Sumber soal : UN Fisika SMA 2008)

Pembahasan Data :

T = 37oC = 310 K

C = 2,898 x 10−3 m.K
λmaks = ….?

λmaks T = C
λmaks (310) = 2,898 x 10−3
λmaks = 9,348 x 10−6 m

Soal No. 5
Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang, pada saat intensitas maksimum (λm) dari radiasi suatu benda hitam sempurna.

Jika konstanta Wien = 2,9 x 10−3 mK, maka panjang gelombang radiasi maksimum pada T1 adalah…. A. 5.000 Å B. 10.000 Å C. 14.500 Å D. 20.000 Å E. 25.000 Å

(Sumber soal: UN Fisika 2009)

Pembahasan Data :

T = 1727oC = 2000 K

C = 2,9 x 10−3 m.K
λmaks = ….?

λmaks T = C
λmaks (2000) = 2,9 x 10−3
λmaks = 1,45 x 10−6 m = 14.500 Å

Soal No. 6
Panjang gelombang radiasi maksimum suatu benda pada suhu T Kelvin adalah 6000 Å. Jika suhu benda naik hingga menjadi 3/2 T Kelvin , tentukan panjang gelombang radiasi maksimum benda!

Pembahasan Data :

T1 = T Kelvin

T2 = 3/2 T Kelvin
λmaks 1 = 6000 Å
λmaks 2 = ….?

λmaks 2 T2 = λmaks 1 T1
λmaks 2 (3/2 T) = 6000 Å (T)
λmaks 2 = (2/3) x 6000 Å = 4000 Å

Soal No. 7 Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar …. (A) 300 mW (B) 150 mW (C) 75 mW (D) 37,5 mW (E) 18,75 mw

(Sumber Soal : UM UGM 2009)

Pembahasan
Seperti soal no. 6 silahkan mencoba

Induksi Elektromagnetik

aenul.wordpress.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Induksi Elektromagnetik, Materi Fisika Kelas 3 SMA (Kelas 12). Contoh mencakup ggl induksi pada kumparan, kawat yang digerakkan pada medan magnetik, kaidah tangan kanan untuk menentukan arah arus induksi dan penggunaan matematis turunan, ggl maksimum pada generator.

Rumus Minimal

GGL Kawat l
ε = − Blv sin θ

GGL Kumparan ε = − N (dφ/dt)

ε = − N (Δφ/Δt)

GGL Generator Arus Bolak-Balik
ε = − B A N ω sin ωt

GGL Kumparan Akibat Perubahan Kuat Arus ε = − L (d i/dt)

ε = − L (Δ i/Δt)

Soal No. 1
Kawat PQ panjang 50 cm digerakkan tegak lurus sepanjang kawat AB memotong medan magnetik serba sama 0,02 Tesla seperti pada gambar.

Tentukan : a) besar ggl induksi b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ c) arah kuat arus pada kawat PQ d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q e) besar gaya Lorentz pada PQ f) arah gaya Lorentz pada PQ g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

(Sumber gambar dan angka : Soal UN Fisika 2008)

Pembahasan
a) besar ggl induksi

b) kuat arus yang mengalir pada kawat PQ

c) arah kuat arus pada kawat PQ Kaidah tangan kanan untuk arah arus induksi : – 4 jari = arah medan magnetik (B) – ibu jari = arah gerak kawat (v)

– telapak tangan = arah arus induksi (i)

Arah arus dari P ke Q ( atau dari Q ke P melalui hambatan R)

d) potensial yang lebih tinggi antara titik P dan Q
Potensial P lebih tinggi dari Q karena arus listrik mengalir dari potensial lebih tinggi ke rendah.

e) besar gaya Lorentz pada PQ

f) arah gaya Lorentz pada PQ

Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz (gaya magnetik) : – 4 jari = arah kuat medan maganet (B) – ibu jari = arah arus listrik (i) – telapak tangan = arah gaya (F)

Arah gaya F ke kiri (berlawanan dengan arah gerak v)

g) daya yang diserap hambatan R = 0,02 Ω

Soal No. 2
Sebuah kumparan memiliki jumlah lilitan 1000 mengalami perubahan fluks magnetik dari 3 x 10−5 Wb menjadi 5 x 10− 5 Wb dalam selang waktu 10 ms. Tentukan ggl induksi yang timbul!

Pembahasan Data dari soal : Jumlah lilitan N = 1000

Selang waktu Δ t = 10 ms = 10 x 10−3 sekon

Selisih fluks Δ φ = 5 x 10− 5− 3 x 10− 5 = 2 x 10− 5 Wb

Soal No. 3 Kumparan dengan 10 lilitan mengalami perubahan fluks magnetik dengan persamaan:

φ = 0,02 t3 + 0, 4 t2 + 5

dengan φ dalam satuan Weber dan t dalam satuan sekon. Tentukan besar ggl induksi saat t = 1 sekon!

Pembahasan

Soal No. 4
Sebuah generator listrik AC menghasilkan tegangan sesuai persamaan berikut:

Tentukan: a) Frekuensi sumber listrik b) Tegangan maksimum yang dihasilkan

c) Nilai tegangan efektif sumber

Pembahasan
a) Frekuensi sumber listrik

b) Tegangan maksimum yang dihasilkan

c) Nilai tegangan efektif sumber

Soal No. 5
Sebuah kumparan dengan induktansi 5 mH mengalami perubahan kuat arus yang mengalir dari 0,2 A menjadi 1,0 A dalam waktu 0,01 sekon. Tentukan besarnya tegangan yang timbul akibat peristiwa tersebut!

Pembahasan Data dari soal :

Induktansi kumparan L = 5 mH = 5 x 10−3 H

Perubahan arus Δ i = 1,0 − 0,2 = 0,8 A

Selang waktu Δ t = 0,01 sekon

Soal No. 6
Perhatikan gambar dibawah.

Kawat PQ panjang 20 cm digerakkan ke kanan dengan kecepatan 6 m/s. Jika induksi magnet B = 0,5 Wb m−2 maka kuat arus yang melalui hambatan R adalah…. A. 0,1 A B. 0,2 A C. 0,3 A D. 0,5 A

E. 0,6 A

Pembahasan ε = B l ν = 0,5 x 0,2 x 6 = 0,6 volt

I = ε / R = 0,6 / 2 = 0,3 A

Soal No. 7
Sebuah solenoida yang mempunyai 500 lilitan, dialiri arus searah sehingga timbul fluks magnet sebesar 2 . 10–3 weber. Jika induktansi solenoida 0,4 henry maka arus yang mengalir besarnya… A. 0,25 ampere B. 1,5 ampere C. 2 ampere D. 2,5 ampere E. 25 ampere

(Soal Ebtanas 1991)

Pembahasan Data Solenoida N = 500

Δ φ = 2 . 10–3 weber

L = 0,4 H

I =….

Soal No. 8
Seseorang bekerja mereparasi sebuah generator listrik. Kumparan diganti dengan yang baru yang memiliki luas penampang 2 kali lipat dari semula dan jumlah lilitan 1,5 kali dari jumlah semula. Jika kecepatan putar generator diturunkan menjadi 3/4 kali semula, tentukan perbandingan GGL maksimum yang dihasilkan generator dibandingkan sebelum direparasi!

Pembahasan
GGL maksimum yang dihasilkan generator

Perbandingan sesudah direparasi dengan sebelum direparasi