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.