“Tugas Listrik Magnet”“Tugas Listrik Magnet”

Oleh :Oleh :

AMALIA RAKHMAWATIAMALIA RAKHMAWATINIMNIM :: 13050351121305035112KelasKelas :: Fisika Reguler BFisika Reguler BProdiProdi :: Pendidikan FisikaPendidikan Fisika

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS MULAWARMAN UNIVERSITAS MULAWARMAN

SAMARINDASAMARINDA

2014

Fg = m g

Nama : Amalia RakhmawatiNIM : 1305035112Kelas : Fisika Reguler BProdi : Pendidikan Fisika

Page 9198.) At the equator, near the surface of the Earth, the magnetic field is approximately

50.0 μT northward, and the electric field is about 100 N/C downward in fair weather. Find the gravitational, electric, and magnetic forces on an electron in this environment, assuming the electron has an instantaneous velocity of 6.00 ×106 m /s directed to the east.

Halaman 9198.) Pada khatulistiwa, dekat permukaan bumi, medan magnet adalah sekitar 50,0 μT

utara, dan medan listrik adalah sekitar 100 N / C ke bawah dalam cuaca yang adil (cuaca yang tepat). Temukan gaya gravitasi, listrik, dan magnet pada elektron dalam lingkungan ini, dengan asumsi elektron memiliki kecepatan sesaat sebesar 6.00 ×106 m /s dari diarahkan ke timur (yang mengarah ke arah timur).Jawab :Diketahui : Massa elektron (me) = 9,11× 10−31kg

Muatan elektron (qe) = −1,60 ×10−19C

Percepatan Gravitasi Bumi (g) = 9,8 m /s2

Medan magnet (B) = 50,0 μT = 50 ×10−6T

Kecepatan sesaat (v) = 6.00 ×106 m /sMedan listrik (E) = 100 N/C

Ditanya : a. Gaya Gravitasi (Fg) ?b. Gaya Listrik (Fe) ?c. Gaya Magnet (Fm) ?

Dimisalkan z adalah vektor unit di arah menuju ke atas (upward direction), lalu x berada di arah timur (East direction) dan y berada di arah utara (North direction)

a. Karena percepatan gravitasi menuju pusat bumi (menuju ke bawah)

Fg = (9,11× 10−31kg)(9,8 m /s2)

Fg = 89,278 ×10−31 NFg = 8,93 ×10−30 N

E

Gaya gravitasinya adalah 8,93 ×10−30 N menuju ke arah bawah (downward) karena percepatan bumi menuju pusat bumi (menuju ke bawah).

b. Gaya listrik (Electric force) yaitu dimana diketahui E (medan listrik) = Feq

E=Feq

→ Fe=q E

Dimana (medan listrik) menuju ke arah bawah (downward)Fe=q EFe=(−1,60 ×10−19 N )(−100 N /C)Fe=1,6× 10−17 N

Gaya listrik (Electric force) nya adalah 1,6 ×10−17 N menuju ke arah atas (upward direction).

c. Gaya magnetDimana diketahui elektron memiliki kecepatan v yang menuju ke arah timur yang berada di posisi xpositif dan medan magnet B yang bearada di posisi y positif. Sehingga didapatkan B dan v tagak lurus (B⊥ v) dan membentuk sudut θ=90 °Dengan menggunakan gaya Lorentz makaF=q v B sin θF=(−1,60 ×10−19 N )(6.00× 106 m /s)(50 ×10−6T )sin 90 °F=−4,80× 10−17 NApabila menggunakan kaidah tangan kanan maka arah F menuju ke arah atas (upward) namun karena nilai F negative (−4,80× 10−17 N ) maka arah gaya F adalah menuju ke arah sebaliknya yaitu ke arah bawah (downward).

Page 92253.) Sodium melts at 99oC. Liquid sodium, an excellent thermal conductor, is used in

some nuclear reactors to cool the reactor core. The liquid sodium is moved through pipes by pumps that exploit the force on a moving charge in a magnetic field. The principle is as follows. Assume the liquid metal to be in an electrically insulating pipe having a rectangular cross section of width w and height h. A uniform magnetic field perpendicular to the pipe affects a section of lengthL (Fig. P29.53). An electric current directed perpendicular to the pipe and to the magnetic field produces a current density J in the liquid sodium. (a) Explain why this arrangement produces on the liquid a force that is directed along the length of the pipe. (b) Show that the section of liquid in the magnetic field experiences a pressure increase JLB.

Figure P29.53Halaman 92253.) Natrium meleleh pada 99oC. Natrium cair, adalah sebuah konduktor termal yang

sangat baik, digunakan dalam beberapa reaktor nuklir untuk mendinginkan inti reaktor. Natrium cair bergerak melalui pipa oleh pompa yang mengeksploitasi gaya pada sebuah muatan bergerak dalam medan magnet. Prinsipnya adalah sebagai berikut. Asumsikan logam cair berada di sebuah pipa elektrik isolasi yang memiliki penampang persegi panjang dengan lebarw dan tinggi h. Sebuah medan magnet seragam tegak lurus terhadap pipa yang mempengaruhi bagian panjangL (Gambar. P29.53). Arus listrik diarahkan tegak lurus terhadap pipa dan medan magnet menghasilkan kerapatan arus J di Natrium cair. (a) Jelaskan mengapa pengaturan ini menghasilkan pada cairan, sebuah gaya yang diarahkan sepanjang pipa. (B) Tunjukkan bahwa bagian dari cairan dalam medan magnet mengalami peningkatan tekanan JLB.

Figure P29.53Jawab :(a) Dimisalkan h adalah sebuah vector (vector h) yang memiliki arah menuju ke

bawah oleh arus dan L vector (vector L) yang berada di sepanjang pipa pada gambar yang terlihat di atas. Arus listrik yang memiliki gaya magnet FB di arah L yaitu : FB ¿ I [ h× B ]

FB ¿ I h B sin 90 °FB ¿ I h B

(b) Natrium yang terdiri dari ion-ion dan elektron-elektron, mengalir sepanjang pipa yang mengangkut muatan bersih (tidak ada muatan net). Tetapi di dalam bagian panjang L , elektron bergerak ke arah atas untuk menyusun arus listrik ke arah bawah. I = J x (luas)

I = J L wArus ketika terjadi sebuah gaya magnet FB maka

FB = I h BFB = J L w h B

Gaya ini bekerja sepanjang poros pipa yang akan membuat cairan bergerak, menggunakan tekanan,

F Bluas

= J L w h Bw h

=JLB

Page 96026.) The magnetic coils of a tokamak fusion reactor are in the shape of toroid having an

inner radius of 0.700 m and an outer radius of 1.30 m. The toroid has 900 turns of large diameter wire, each of which carries a current of 14.0 kA. Find the magnitude of the magnetic field inside the toroid along (a) the inner radius and (b) the outer radius.

Halaman 96026.) Kumparan magnet dari reaktor fusi tokamak dalam bentuk toroida memiliki jari-

jari dalam 0.700 m dan jari-jari luar 1,30 m. Toroida memiliki 900 putaran kawat berdiameter besar, masing-masing membawa arus dari 14,0 kA. Temukan besarnya medan magnet di dalam toroida sepanjang (a) jari-jari dalam dan (b) jari-jari luar.Jawab :Diketahui : Jari-jari dalam (r dalam) = 0,700 m = 7 x 10-1 m

Jari-jari luar (r luar) = 1,30 m = 13 x 10-1 mJumlah lilitan (N) = 900Arus pada toroida = 14,0 kA = 14 x 103 Aμ0 = 4π x 10-7 T m/A

Ditanya :(a) Medan magnet di dalam toroida sepanjang jari-jari dalam (B pada r dalam)?(b) Medan magnet di dalam toroida sepanjang jari-jari luar (B pada r luar)?

(a) Br dalam=μ 0 N I2 πr

=(4 π ×10−7 T m / A)(900)(14,0 ×103 A)2π (7× 10−1 m)

=3,60T

(b) Br luar=μ 0 N I2 πr

=(4 π ×10−7T m / A)(900)(14,0 ×103 A)

2 π (13 ×10−1 m)=1,94 T

Page 99418.) A piece of insulated wire is shaped into a figure 8, as in Figure P31.18. The radius

of the upper circle is 5.00 cm and that of the lower circle is 9.00 cm. The wire has a uniform resistance per unit length of 3.00 Ω /m. A uniform magnetic field is applied perpendicular to the plane of the two circles, in the direction shown. The magnetic field is increasing at a constant rate of 2.00 T/s. Find the magnitude and direction of the induced current in the wire.

Halaman 99418.) Sepotong kawat berisolasi yang dibentuk menjadi gambar angka 8, seperti pada

Gambar P31.18. Jari-jari lingkaran atas adalah 5,00 cm dan lingkaran yang lebih rendah (lingkaran bawah) adalah 9,00 cm. Kawat memiliki ketahanan seragam per satuan panjang yaitu 3.00 Ω /m. Sebuah medan magnet seragam diterapkan tegak lurus terhadap bidang dari dua lingkaran, dalam arah yang ditunjukkan. Medan magnet meningkat pada tingkat yang konstan 2,00 T / s. Temukan besar dan arah arus induksi pada kawat.

Jawab :Diketahui : Jari-jari lingkaran atas (r atas) = 5,00 cm = 5 x 10-2 m

Jari-jari lingkaran bawah (r bawah) = 9,00 cm = 9 x 10-2 m

Luas lingkaran atas :π r2=3,14 × ¿

Luas lingkaran bawah :π r2=3,14 × ¿

Hukum Faraday

ε=d Φdt

Pada lingkaran atas : ε=d Φdt

=(2,00T /s)(78,5× 10−4 m2)=157 ×10−4 wb /s

¿1,57 ×10−2wb /s untuk loop atas (lingkaran atas)

Pada lingkaran bawah : ε=dΦdt

=(2,00 T /s)(254 ×10−4 m2)=508 ×10−4 wb/ s

¿5,08 ×10−2wb /s untuk loop bawah (lingkaran bawah)¿5,1×10−2 wb / s (dibulatkan)

Beda potensial atau V pada loop atas adalah 15,7 milivolt dan V pada loop bawah adalah 51 milivolt. Pada volt-volt ini akan saling berlawanan satu sama lain jadi total voltnya adalah V total=51 milivolt−15,7 milivolt

V total=35,3 milivolt

Arus akan menghalangi / berlawanan searah jarum jam pada kedua loop jika kedua loop tidak terhubung.

Keliling dari loop atas (lingkaran atas) adalah 2 πr=2 (3,14 ) (0,05 m )=0,314 m

Keliling dari loop bawah (lingkara bawah) adalah2πr=2 (3,14 ) (0,09 m)=0,565 m

Apabila kedua hasil tersebut di jumlahkan / ditotal maka kawat tersebut memiliki keliling sebesar ¿0,314 m+0,565 m=0,879 m atau 0,880 m (dibulatkan).

Resistance (hambatan)nya adalah ¿(3.00 Ω /m)(0,88 m)=2,64 Ω=2,64 ohm

Arus yang berlawanan searah jarum jam pada loop bawah (lingkaran bawah) dan searah jarum jam pada loop atas (lingkaran atas) yaitu adalah:

Dimana V=I R⇒ I=VR

I=VR

=V total

R= 35,3 mV

2,64 ohm=13,37 mA

Jadi, besar arus induksi pada kawat adalah sebesar I=13,37 mA dan arah arus pada loop bawah (lingkaran bawah) memiliki arah yang berlawanan dengan arah jarum jam dan arus pada loop atas (lingkaran atas) memiliki arah yang searah dengan arah jarum jam.