10 Contoh Soalan Aruhan Elektromagnet Aruhan EMF
1. Sebuah penjana mempunyai gegelung dengan bilangan lilitan N dan luas keratan rentas A. Gegelung berada dalam medan magnet B, kemudian diputarkan pada halaju sudut ω supaya EMF teraruh maksimum sebanyak 50 volt dijana. Jika medan magnet berubah kepada 1/2 daripada nilai asalnya dan halaju sudutnya berubah kepada 4 kali ganda nilai asalnya, maka EMF teraruh maksimum akan menjadi...
A. 25 volt
B. 50 volt
C. 100 volt
D. 200 volt
E. 250 volt
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Bilangan pusingan 1 (N 1 ) = N
Luas keratan rentas 1 (A 1 ) = A
Medan magnet 1 (B 1 ) = B
Halaju sudut 1 (ω 1 ) = ω
EMF teraruh maksimum 1 (ε 1 ) = 50 Volt
Medan magnet 2 (B 2 ) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5
Halaju sudut 2 (ω 2 ) = 4ω = 4(1) = 4
Soalan: EMF teraruh maksimum ialah 2 (ε 2 )
Jawapan:
Persamaan EMF teraruh maksimum:
ε maks = NBA ω
Penerangan:
ε maks = emf teraruh maksimum, N = bilangan lilitan, B = medan magnet, A = luas keratan rentas, ω = halaju sudut
EMF teraruh maksimum 1 (ε 1 ) :
ε maks = NBA ω
Jika ω = 1 dan B = 1 maka
50 = N (1) A (1)
50 = TIDAK
EMF teraruh maksimum 2 (ε 2 ) :
ε maks = NBA ω
NA = 50, B = 0,5, ω = 4
ε maks = (50)(0,5)(4)
ε maks = 100
Jawapan yang betul ialah C.
2. Agar EMF maksimum yang dihasilkan oleh penjana menjadi 1/2 daripada yang asal, kuantiti yang mesti diubah berdasarkan pernyataan di bawah ialah...
A. Kelajuan sudut dan bilangan lilitan digandakan
B. Aruhan magnet dan frekuensinya digandakan.
C. Luas keratan rentas digandakan dan tempoh digandakan
D. Bilangan lilitan dan tempoh dibuat 4 kali ganda daripada yang asal.
E. Kekerapan dan tempoh digandakan.
Perbincangan
Persamaan EMF teraruh maksimum:
ε maks = NBA ω
Penerangan:
ε maks = emf teraruh maksimum, N = bilangan lilitan, B = medan magnet, A = luas keratan rentas, ω = halaju sudut
Jika N = 1, B = 1, A = 1, ω = 1 maka ε maks = NBA ω = (1)(1)(1)(1) = 1
A. Kelajuan sudut (ω) dan bilangan lilitan (N) digandakan
ε maks = NBA ω
ε maks = (2)(1)(1)(2)
ε maks = 4
B. Aruhan magnet (B) dan frekuensinya (f) digandakan.
Formula untuk halaju sudut (ω) = 2πf. Frekuensi adalah berkadar terus supaya jika frekuensi (f) digandakan, halaju sudut (ω) menjadi digandakan.
ε maks = NBA ω
ε maks = (1)(2)(1)(2)
ε maks = 4
C. Luas keratan rentas (A) digandakan dan tempohnya ialah 4 kali ganda daripada luas asal
Formula untuk halaju sudut (ω) = 2πf = 2π/T. Tempoh adalah berkadar songsang supaya jika tempoh menjadi 4 kali ganda halaju asal, maka halaju sudut menjadi 1/4 kali ganda halaju asal.
ε maks = NBA ω
ε maks = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4
ε maks = 1/2
D. Bilangan lilitan (N) dan tempoh (T) ditambah kepada 4 kali ganda
Formula untuk halaju sudut (ω) = 2πf = 2π/T. Tempoh adalah berkadar songsang supaya jika tempoh menjadi 4 kali ganda halaju asal, maka halaju sudut menjadi 1/4 kali ganda halaju asal.
ε maks = NBA ω
ε maks = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4
ε maks = 1
E. Frekuensi (f) dan tempoh (T) digandakan.
Frekuensi adalah berkadar terus supaya jika frekuensi (f) digandakan maka halaju sudut (ω) menjadi berganda. Kala adalah berkadar songsang supaya jika kala digandakan maka halaju sudut menjadi 1/2 daripada halaju asal. Hasil akhirnya, halaju sudut adalah malar.
ε maks = NBA ω
ε maks = (1)(1)(1)(1)
ε maks = 1
Jawapan yang betul ialah C.
3. Fluks magnet dalam gegelung dengan 1.000 lilitan meningkat daripada 0,03 Wb kepada 0,04 Wb dalam 0,2 saat supaya nilai EMF yang terhasil ialah E1 . Jika gegelung yang sama mengalami perubahan fluks magnet daripada 0,02 Wb kepada 0,04 Wb dalam 0,1 saat, nilai EMF teraruh yang terhasil ialah E2 . Nisbah E1 dan E2 ialah …
A.1 : 1
B.1 : 2
C.1 : 4
D.2 : 1
E.4 : 1
Perbincangan
Adalah diketahui bahawa:
Bilangan lilitan (N) = 1000
Perubahan fluks 1 ( Δφ 1 ) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb
Selang masa 1 (Δt 1 ) = 0,2 saat
EMF Teraruh 1 = E 1
Perubahan fluks 2 ( Δφ 1 ) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb
Selang masa 2 (Δt 2 ) = 0,1 saat
EMF Teraruh 2 = E 2
Ditanya: E 1 : E 2
Jawapan:
Perbandingan E1 dan E2 :
E 1 : E 2
50: 200
1: 4
Jawapan yang betul ialah C.
4. Sebuah gegelung menembusi medan magnet homogen secara serenjang, menyebabkan EMF teraruh. Jika gegelung digantikan dengan gegelung lain dengan bilangan lilitan dua kali ganda daripada gegelung asal dan kadar perubahan fluks kekal malar, maka nisbah EMF teraruh awal dan akhir ialah...
A.1 : 1
B.1 : 2
C.2 : 1
D.3 : 1
E.3 : 2
Perbincangan
Dikenali :
Bilangan lilitan awal (N) = 1
Bilangan pusingan akhir (N) = 2
Kadar perubahan fluks awal (ΔØ)B / Δt) = kadar perubahan fluks akhir (ΔØB /Δt)
Ditanya Perbandingan EMF teraruh awal dan akhir
Jawab :
Formula hukum induksi Faraday :
E = -N (ΔØB /Δt)
Penerangan: E = emf teraruh, N = bilangan lilitan, ΔØB / Δt = kadar perubahan fluks
Perbandingan EMF teraruh awal dan akhir :
E mula : E tamat
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
1: 2
Jawapan yang betul ialah B.
5. Dalam keadaan awal (1), fluks magnet berubah sebanyak 5 Wb dalam 2 saat dalam gegelung dengan 20 lilitan. Dalam keadaan (2), perubahan fluks yang sama mengambil masa 8 saat. Nisbah EMF teraruh dalam keadaan (1) dan (2) ialah…
A.1 : 1
B.2 : 1
C.3 : 1
D.4 : 1
E.4 : 3
Perbincangan
Dikenali :
Kadar perubahan fluks (ΔØ)B / Δt) awal = 5/2
Kadar perubahan fluks (ΔØ)B / Δt) hujung = 5/8
Bilangan lilitan (N) = 20
Ditanya Perbandingan EMF teraruh awal dan akhir
Jawab :
E mula : E tamat
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4: 1
Jawapan yang betul ialah D.
6. Fluks magnet gegelung pertama mempunyai 200 lilitan dan berubah sebanyak 0,06 Wb dalam 0,4 s. Dalam gegelung kedua, fluks magnet berubah sebanyak 0,08 Wb dalam 0,2 s. Jika bilangan lilitan dalam gegelung kedua digantikan dengan separuh bilangan lilitan dalam gegelung pertama, maka nisbah emf teraruh dalam gegelung pertama dan kedua ialah...
A.2 : 3
B.3 : 1
C.3 : 4
D.3 : 5
E.3 : 8
Perbincangan
Dikenali :
Kadar perubahan fluks (ΔØ)B / Δt) awal = 0,06/0,4
Bilangan lilitan awal (N) = 200
Kadar perubahan fluks (ΔØ)B / Δt) hujung = 0,08/0,2
Bilangan pusingan akhir (N) = 100
Ditanya Perbandingan EMF teraruh awal dan akhir
Jawab :
E mula : E tamat
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3: 0,4
3: 4
7. Antara faktor-faktor berikut:
(1) Bilangan lilitan gegelung
(2) Kadar perubahan fluks magnet
(3) Arah medan magnet
Apa yang meningkatkan EMF teraruh ialah….
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (2) sahaja
C. (1) dan (3) sahaja
D. (1) sahaja
E. (2) sahaja
Perbincangan
EMF bermaksud Daya Gerak Kerja. Dalam erti kata lain, EMF ialah sumber arus elektrik, seperti bateri, dan sebagainya. Berdasarkan eksperimen yang dijalankan oleh Faraday, didapati bahawa walaupun medan magnet yang malar tidak dapat menghasilkan arus elektrik, medan magnet yang berubah-ubah boleh menghasilkan arus elektrik. Arus elektrik yang terhasil ini dipanggil arus teraruh.
Faktor-faktor yang mempengaruhi EMF teraruh boleh ditentukan menggunakan hukum induksi Faraday, yang dinyatakan secara matematik oleh formula:
Tanda negatif dalam formula di atas menjelaskan bahawa arah medan magnet yang dihasilkan oleh arus aruhan sentiasa bertentangan dengan arah medan magnet yang menghasilkan arus aruhan.
Penerangan:
N = bilangan lilitan gegelung, B = medan magnet, A = luas permukaan gelung, θ = sudut antara medan magnet (B) dan garis serenjang dengan permukaan gegelung (A).
Jika B berserenjang dengan permukaan gegelung maka θ = 0 o supaya Φ B = BA cos 0 o = BA (1) = B A.
Jika B selari dengan permukaan gegelung maka θ = 90 o supaya Φ B = BA cos 9 0 o = BA (0) = 0.
Berdasarkan formula di atas, disimpulkan bahawa apa yang meningkatkan EMF teraruh ialah bilangan lilitan gegelung (N), kadar perubahan fluks magnet dan arah medan magnet (θ ).
Jawapan yang betul ialah A.
8. Antara faktor-faktor berikut:
(1) bilangan lilitan gegelung
(2) kadar perubahan fluks magnet
(3) halangan luaran
Apa yang mempengaruhi EMF teraruh dalam gegelung ialah….
A. (1) dan (3)
B. (1) dan (2)
C. (2) sahaja
D. (2) dan (3)
E. (3) sahaja
Perbincangan
Jawapan yang betul ialah B.
9. Lihat imej berikut! Jika arus elektrik I mengalir melalui dawai AB, maka arah daya magnet yang dialami oleh dawai AB ialah...
A. Ke arah B
B. Ke kiri
C. Ke kanan
D. Tegak lurus dengan satah kertas
E. Tegak lurus dengan satah kertas
Perbincangan
Dikenali :
Arah arus elektrik = A ke B (ke bawah)
Arah medan magnet = kutub utara ke kutub selatan magnet (ke kanan)
Ditanya : Arah daya magnet
Jawab :
Peraturan tangan kanan
Luruskan tangan kanan anda, luruskan ibu jari anda, dan tutup empat jari anda yang lain. Susun empat jari anda supaya menghala ke arah medan magnet (B). dan Ibu jari menunjukkan arah pergerakan cas (v). Jika cas elektrik adalah positif, tapak tangan kanan menghadap arah daya magnet (F). Jika cas negatif, belakang tangan kanan menghadap arah daya magnet (F).
Arah arus elektrik konvensional, seperti dalam masalah di atas, adalah sama dengan arah cas elektrik positif. Dengan menggunakan petua tangan kanan, arah daya magnet adalah serenjang dengan satah kertas, atau ke arah mata pembaca.
Jawapan yang betul ialah E.
10. Seutas dawai lurus yang membawa arus I diletakkan di antara dua kutub magnet seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Arah daya magnet pada dawai adalah dalam arah yang sama seperti...
A. Paksi-z positif
B. Paksi-z negatif
C. Paksi-y positif
D. Paksi-y negatif
E. Paksi-x positif
Perbincangan
Dikenali :
Arah arus elektrik = ke kiri
Arah medan magnet = utara ke selatan (atas)
Ditanya : Arah daya magnet
Jawab :
Jika petua tangan kanan digunakan, arah daya magnet adalah serenjang dengan satah kertas atau menjauhi mata pembaca atau dalam arah paksi z negatif.
Jawapan yang betul ialah B.
Sumber soalan:
Soalan Fizik Peperiksaan Kebangsaan untuk Sekolah Menengah Atas/Sekolah Menengah Vokasional
