By Surya Gumilar
Bagaimanakah konsep medan magnet solenioda dan toroida? Bayangkan kita mempunyai sebuah kawat lurus, kemudian kawat tersebut dibuat kumparan yang memiliki panjang tertentu, kumparan ini disebut solenoida. Ketika kumparan dilalui arus maka medan magnet timbul dalam kumparan yang arahnya hampir sama dengan arah medan magnet pada magnet batang. Kekuatan medan magnet dalam solenoida dapat diperkuat melalui penambahan logam besi kedalam solenioda. Faktor-faktor yang mempengaruhi kuat induksi magnetik solenoida meliputi arus listrik, panjang solenoida, jumlah lilitan dan bahan yang disisipkan kedalam bagian dalam solenoida. Medan magnet yang dihasilkan oleh solenoida dipusatnya dapat dihitung dengan hukum Ampere. Persamaan jadinya untuk pusat dan ujung solenoida adalah sebagai berikut.N menyatakan jumlah lilitan, L menunjukkan panjang solenoida [m], i arus listrik [A], dan miu nol menunjukkan permeabilitas magnetik.
Kaji-1: Suatu solenoida panjangnya 1 m dan diamater rata-rata 3 cm memiliki 100 lilitan kawat. Solenoida tersebut dialiri dengan arus 5 A, tentukanlah besar induksi magnetik di pusat solenoidan dan di ujungnya!
Jawab:
Besaran yang diketahui. Besar medan magnet dipusat solenoida. Besar medan magnetik diujung solenoida setengah dari medan dipusat.
Latih-1: Suatu solenoida panjangnya 2 m dan diamater rata-rata 3 cm memiliki 400 lilitan kawat. Solenoida tersebut dialiri dengan arus 10 A, tentukanlah besar induksi magnetik di pusat solenoidan dan di ujungnya!
Kaji-2: Suatu solenoida superkonduktor digunakan untuk membangkitkan medan magnet 10 Tesla dipusatnya. Jika solenoida terdiri dari 2000 lilitan per meter, tentukanlah kuat arus yang dialirkan dalam kawat solenoida!
Jawab:
Besaran yang diketahui. Kuat arus yang mengalir dalam kawat solenoida.Latih-2: Suatu solenoida superkonduktor digunakan untuk membangkitkan medan magnet 20 Tesla dipusatnya. Jika solenoida terdiri dari 4000 lilitan per meter, tentukanlah kuat arus yang dialirkan dalam kawat solenoida!
Medan Magnet Toroida
Toroida mempunyai kesamaan dengan solenoida. Sebuah kawat dipintal menjadi sebuah kumparan, hanya saja kumparan tersebut tidak berada dalam keadaan lurus tetapi dibuat melingkar menyerupai sebuah donat yang dililiti kawat. Untuk lebih jelasnya perhatikanlah gambar toroida di bawah ini.
Faktor yang mempengaruhi kuat medan magnetik dalam Toroida dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu jumlah lilitan, kuat arus, jejari efektif toroida, dan bahan yang disisipkan kedalam toroida. Secara matematis medan magnetik dipusat toroida dapat dituliskan.
Jari-jari satu adalah jari-jari lingkaran dalam dan jari-jari dua adalah jari-jari lingkaran luar [m], N menunjukkan jumlah lilitan, dan i menunjukkan arus listrik [A].
Kaji-1: Suatu Toroida mempunyai jari-jari dalam 6 cm dan jari-jari luar 10 cm serta memiliki 100 lilitan kawat. Toroida tersebut dialiri dengan arus 5 A, tentukanlah besar induksi magnetik di pusat Toroida tersebut!
Jawab:
Besaran yang diketahui.
Kuat medan magnet di pusat Toroida
Latih-1: Suatu Toroida mempunyai jari-jari dalam 6 cm dan jari-jari luar 10 cm serta memiliki 1000 lilitan kawat. Toroida tersebut dialiri dengan arus 10 A, tentukanlah besar induksi magnetik di pusat Toroida tersebut!
Kaji-2: Suatu Toroida superkonduktor digunakan untuk membangkitkan medan magnet 10 Tesla dipusatnya. Jika solenoida terdiri dari 2000 lilitan dengan jejari efektif 1 m, tentukanlah kuat arus yang dialirkan dalam kawat Toroida!
Jawab:
Besaran yang diketahui. Arus listrik yang dialirkan dalam kawat Toroida.Latih-2: Suatu Toroida superkonduktor digunakan untuk membangkitkan medan magnet 20 Tesla dipusatnya. Jika solenoida terdiri dari 4000 lilitan dengan jejari efektif 2 m, tentukanlah kuat arus yang dialirkan dalam kawat Toroida!
Cara Cepat Pintar Fisika: Soal Latihan Ujian Nasional materi ajar Medan Magnet, Induksi Elektromagnet, Arus dan Tegangan Bolak- Balik. Materi ini sengaja kami buat menjadi dua bagian, yaitu bagian satu dan bagian dua, agar tidak terlalu berat loadingnya, sehingga anda lebih nyaman mempelajarinya. Selamat belajar
16. Kumparan bujur sangkar sisi = 20 cm terdiri atas 400 lilitan dan diputar dengan kecepatan sudut = 50 rad/s. GGL induksi maksimum yang terjadi: A. 0,16 V.
B. 1,6 V.
C. 16 V.
D. 160 V.
E. 1600 V.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$\varepsilon =BA\omega N\\\varepsilon =0,2[2.10^{-1}]^{2}.50.4.10^{2}\\\varepsilon =160V$ 17. Kawat PQ panjang = 50 cm digeser kekanan dengan kecepatan = 60 m/s dalam medan magnet homogen = 0,4 Tesla . Jika R = 1,2 ohm, kuat arus induksinya sebesar: A. 1 A. B. 2 A. C. 10 A. D. 20 A. E. 40 A.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$i=\frac{Blv}{R}\\i =\frac{0,4.0,5.60}{1,2}\\i=10A$ 18. Batang PQ panjang = L diputar dengan frekuensi = f di dalam medan magnet = B GGL yang timbul pada batang PQ =….. A. $\small \omega=\frac {\pi BL}{2f}$ B. $\small \omega=\frac {\pi Bf}{2L}$ C. $\small \omega=\frac {\pi BLf}{2}$ D. $\small \omega=2\pi BLf$ E. $\small \omega=\pi BL^{2}f$Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$\varepsilon =\frac{1}{2}B\omega .L^{2}\\\varepsilon =\frac{1}{2}B[2\pi f] .L^{2}\\\varepsilon =\pi B .L^{2}f$ 19. Induktansi solenoida dapat diperbesar dengan cara : 1. Menambah jumlah lilitan. 2. Memperbesar diameter penampang solenoida. 3. Memperpendek solenoida. 4. Memasukkan besi ke dalam solenoida. Cara yang benar adalah: A. 1, 2, 3. B. 1, 3. C. 2, 4. D. 4. E. 1, 2, 3, 4.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$B=\frac{\mu _{o}.i.N}{l}$ Medan magnet B dapat diperbesar dengan cara memperbesar i atau N atau memperkecil l [B] 20. Solenoida panjang =$\small 2\pi .10^{-2}$ m. luas penampang = 5.10-4m2 terdiri atas 1000 lilitan dan dialiri arus 2A . Energi yang tersimpan: A. 1,8.10-2J. B. 2,0.10-2J. C. 2,5.10-3J. D. 3,0.10-3J. E. 4,5.10-3J.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun $E =\frac{1}{2}Li^{2}\\E =\frac{1}{2}[10^{-2}][2]^{2}\\E =2.10^{-2}J$ 21. Jika pada kumparan 1 [lihat gambar] terjadi perubahan 20 A/s, ternyata pada kumparan 2 terjadi ggl induksi 100 V. Besar induktansi silangnya:
A. 0,2 H. B. 5 H. C. 20 H. D. 80 H. E. 120 H.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$\varepsilon =L\frac{\Delta i}{\Delta t}\\100=L.20\\L=5H$ 22. Sebuah kumparan memiliki hambatan 5 ohm dan induktansi 0,05 H. Jika arus dalam kumparan berubah dengan persamaan I = 20 sin 100 t maka kuat arus induksi maksimum yang timbul pada kumparan: A. 0,2 A. B. 0,4 A. C. 20 A. D. 40 A. E. 50 A.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$I=I_{max}\sin \theta \\I = 20 sin 100 t\\I_{max}=20A$ 23. Perubahan arus 12,5 A dalam 0,1 detik menimbulkan ggl induksi 50 V, pada kumparan . Jika kumparan dihubungkan pada sumber arus bolak – balik 1000rad/s, maka reaktansi induktifnya: A. 4000 ohm. B. 400 ohm. C. 40 ohm. D. 4 ohm. E. 0,4 ohm.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun\begin{align*}\varepsilon &=-L\left [\frac{\Delta i}{\Delta t} \right ]\\50 &=L\left [\frac{12,5}{0,1} \right ]\\L &=\frac{50}{125}=0,4H\\\\X_L&=\omega L\\X_L&=1000[0,4]\\X_L&=400\Omega \end{align*}
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun $\tan \theta =\frac{X_{L}-X_{C}}{R}\\\tan \theta =\frac{150-100}{50}\\\tan \theta =1\\\theta =45^{o}$ 25. Rangkaian seri R dan L dipasang tegangan bolak – balik . Jika VR= 6V, VL= 8V, kuat arus rangkaian tersebut 2 A, maka impedansinya A. 16 ohm. B. 8 ohm. C. 7 ohm. D. 6 ohm. E. 5 ohm.
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$Z=\frac{\sqrt{V_{R}^{2}+V_{L}^{2}}}{i}\\\\Z=\frac{\sqrt{6^{2}+8^{2}}}{2}\\Z=5\Omega$ 26. Kapasitor $\small 100\mu $F dihubungkan dengan tegangan bolak balik 110 V, 50 Hz. Reaktansi kapasitifnya: A. $\small \frac {100}{\pi }$ohm. B. $\small \frac {50}{\pi }$ohm. C. $\small \frac {10}{\pi }$ohm. D. $\small \frac {5}{\pi }$ohm. E. $\small \frac {1}{\pi }$ohm.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$X_{C}=\frac{1}{2\pi fC}\\X_{C}=\frac{1}{2\pi .50.100.10^{-6}}\\\\X_{C}=\frac{100}{\pi }\Omega$ 27. Hambatan 15 ohm dan induktor 20 ohm dirangkai seri dan dipasang pada tegangan bolak – balik 100V. Faktor daya … A. 0,2. B. 0,4. C. 0,6. D. 0,8. E. 0,9.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$\cos \theta =\frac{R}{\sqrt{R^{2}+X_{L}^{2}}}\\\cos \theta =\frac{15}{\sqrt{15^{2}+20^{2}}}\\\cos \theta =\frac{15}{25}=\frac{3}{5}=0,6$ 28. Sebuah penghantar mengandung induktansi. Jika dipasang pada 12 V, DC arusnya 0,15 A. Jika dipasang pada 12 V AC arusnya 0,12 A. Reaktansi induktifnya: A. 40 ohm. B. 60 ohm. C. 80 ohm. D. 100 ohm. E. 144 ohm.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
ketika dipasang tegangan DC: $R=\frac{V}{i}\\R=\frac{12}{0,15}\\\\R=80\Omega$ ketika dipasang tegangan AC: $Z=\frac{V}{i}\\Z=\frac{12}{0,12}\\\\Z=100\Omega$ Reaktansi induktifnya: $X_{L}=\sqrt{Z^{2}-R^{2}}\\X_{L}=\sqrt{100^{2}-80^{2}}\\X_{L}=60\Omega$ 29.Kita ingin mengubah tegangan AC 220 volt menjadi 110 volt dengan suatu transformator. Tegangan 220 volt dihubungkan dengan kumparan primer yang mempunyai 1000 lilitan. Kumparan sekundernya harus mempunyai …. A. 500 lilitan. B. 750 lilitan. C.1000 lilitan. D.1500 lilitan. E.2000 lilitan.Jawaban Fisika dari Pak Dimpun
$\frac{N_{p}}{N_{s}}=\frac{V_{p}}{V_{s}}\\\\\frac{1000}{N_{s}}=\frac{220}{110}\\\\N_{s}=500$ 30. Resistor R dan induktor XL dirangkai seri. Jika arus efektif yang mengalir pada rangkaian = i maka daya yang digunakan rangkaian: A.i2[R+XL]B.i2 C.0
D.i2R.
E.i2XL .Jawaban Fisika dari Pak Dimpun $\small P_{eff}=i^{2}R$
kembali ke bagian - 1