Upload
fembi-rekrisna-grandea-putra
View
253
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Tugas Fisika Dasar
Jurusan Informatika 2013
Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini secara mandiri.
1. Jelaskan bagaimana medan magnet timbul di sekitar arus listrik!
2. Rumus Gaya Lorentz merupakan model matematis dari interaksi antara muatan listrik yang
bergerak di dalam medan magnet. Tuliskan hokum tersebut dan jelaskan pengertian fisika dari
perumusan tersebut!
3. Jelaskan bagaiman keterkaitan medan magnet bumi dengan fenomena aurora yang terjadi di
kutub utara dan selatan bumi!
4. Jelaskan bagaimana Hukum Faraday dapat dimanfaatkan untuk membuat generator arus searah
dan generator arus bolak-balik!
5. a. Jelaskan apa yang dimaksud dengan “arus Eddy”?
b. Jelaskan bagaimana fenomena arus Eddy dapat dapat digunakan untuk merancang system
rem magnetic, misalnya yang diterapkan pada rem kereta api.
6. a. Jelaskan apa yang dimaksud dengan induktansi diri suatu kumparan!
b. Jelaskan bagaimana Anda dapat menentukan induktansi diri suatu kumparan!
c. Jelaskan bagaimana inductor dalam rangkaian listrik bolak-balik dapat menyebabkan fase dari
perubahan arus tertinggal 90o dari fase perubahan tegangannya!
7. a. Jelaskan apa yang dimaksud dengan frekwensi resonansi rangkaian seri RLC.
b. Jelaskan apa maksudnya bahwa pada frekwensi resonansi, maka daya pada rangkaian RLC
adalah maksimum! (Berikan argumentasi matematis jawaban anda).
c. Jelaskan bagaimana frekwensi resonansi dapat digunakan untuk menangkap sinyal gelombang
radio!
JAWABAN
1. Medan magnet dapat timbul di sekitar arus listrik karena adanya perpindahan muatan listrik
yang dapat menyebabkan timbulnya medan magnet di sekitar arus listrik.
2. Hukum Lorentz berbunyi bahwa bila penghantar berarus diletakkan di dalam medan magnet,
maka pada penghantar akan timbul gaya yang disebut gaya Lorentz. Dengan kata lain, gaya
Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak
atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet. Persamaan matematisnya
dirumuskan sebagai berikut:
𝐹 = 𝐼 × 𝐿 × 𝐵
3. Bumi sendiri dikelilingi oleh selubung magnetik yang sangat besar yang biasanya disebut
medan magnetik bumi. Ketika aliran partikel-partikel solar wind terperangkap di medan
magnetik bumi, beberapa dari partikel-partikel ini mengarah ke kutub bumi dengan kecepatan
yang terus bertambah. Benturan antara partikel-partikel ini dan atom-atom yang terdapat
dalam atmosfer bumi melepaskan energi yang menyebabkan terbentuknya aurora di kutub
bumi yang nampak seperti lingkaran besar yang mengelilingi kutub.
4. - Penerapan hukum Faraday dalam generator arus bolak-balik (AC):
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan Hukum Faraday yang menyatakan jika
sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar
tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. Oleh karena itu, besar tegangan generator
tergantung pada kecepatan putaran, jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluks,
banyaknya fluks magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet, dan konstruksi generator.
- Penerapan hukum Faraday dalam generator arus searah (DC):
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan Hukum Faraday adalah apabila suatu
konduktor memotong garis-garis fluks magnetik yang berubah-ubah, maka GGL akan
dibangkitkan dalam konduktor itu. Dengan kata lain, syarat untuk dapat membangkitkan GGL
adalah harus ada konduktor, harus ada medan magnetik, dan harus ada gerak atau perputaran
dari konduktor dalam medan, atau ada fluks yang berubah yang memotong konduktor itu.
5. a. Arus Eddy merupakan arus listrik yang diinduksikan ke dalam konduktor dengan mengubah
medan magnet konduktor tersebut. Sirkulasi pusaran arus ini memiliki induktansi dan medan
magnet. Medan ini dapat menyebabkan tolakan, tarikan, dorongan, dan efek pemanasan.
b. Sistem pengereman ini menggunakan gaya elektromagnetik untuk memperlambat suatu
gerakan, yang umumnya adalah gerakan poros. Sebuah piringan dengan bahan logam non-
ferromagnetik terpasang sebuah poros berputar. Piringan tersebut diapit oleh sisi stator
berupa sistem lilitan elektromagnetik yang dapat membangkitkan medan magnet dari aliran
listrik. Arus listrik menimbulkan medan magnet pada lilitan. Dan logam piringan yang
memotong medan magnet tersebut akan menimbulkan arus Eddy pada piringan itu sendiri.
6. a. Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan
timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian (self
inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian tetangga yang dihubungkan
secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance).
b. Oleh karena itu, perubahan arus dalam kumparan ditentukan oleh perubahan fluks magnetik 0
dalam kumparan.
c. Sebuah induktor menolak perubahan arus. Sebuah induktor ideal tidak menunjukkan
resistansi kepada arus rata, tetapi hanya induktor superkonduktor yang benar-benar memiliki
resistansi nol. Pada umumnya, hubungan antara perubahan tegangan, induktansi, dan
perubahan arus pada induktor ditentukan oleh rumus diferensial:
Jika ada arus bolak-balik sinusoida melalui sebuah induktor, tegangan sinusoida diinduksikan.
Amplitudo tegangan sebanding dengan amplitudo arus dan frekuensi arus.
Hal tersebut dapat menyebabkan fase dari perubahan arus tertinggal 90o dari fase perubahan
tegangannya.
7. a. Pada saat rangkaian beresonansi pada frekuensi tertentu, nilai impedansi akan menjadi
mutlak. Karena energi yang dimiliki oleh L (energi magnetik) sama besar dengan energi yang
dimiliki oleh C (energi elektrik). Hal ini disebut frekuensi resonansi rangkaian seri RLC.
b. Karena arus bernilai maksimum saat resonansi, hal ini menyebabkan daya juga bernilai
maksimum saat resonansi. Daya maksimum yang diserap rangkaian resonansi seri sebesar :
𝑃𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝐼𝑚𝑎𝑘𝑠2 × 𝑅 =
𝐸2
𝑅
c. Mula-mula mikrofon menangkap getaran udara yang dibangkitkan oleh gelombang suaranya
dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Sinyal suara dikirim ke alat pemancar dengan
sebelumnya dibaurkan terlebih dahulu dengan gelombang pembawa. Gelombang pembawa
bergetar sebanyak ribuan atau bahkan jutaan kali per detik. Setelah dibaurkan, terbentuklah
gelombang radio yang oleh antena pemancar dapat disiarkan kemana-mana. Pesawat radio
penerima yang menata frekuensi stasiun pemancar tertentu akan mengambil gelombang
siaran dan mengubahnya kembali menjadi sinyal listrik.