Aruhan magnet – masalah dan penyelesaian
1. Faktor-faktor berikut mempengaruhi aruhan magnet pada dawai konduktor.
(1) arus yang mengalir dalam wayar
(2) permittiviti
(3) ketumpatan dawai
(4) jarak titik dari dawai
Pernyataan yang manakah betul
Penyelesaian:
Persamaan aruhan magnet bagi dawai:
μ o = Kebolehtelapan vakum atau pemalar magnet
I = Arus elektrik yang mengalir pada dawai
r = jarak titik dari dawai
B = magnitud aruhan magnet
2. Perhatikan pernyataan yang berkaitan dengan aruhan magnet berikut.
(1) arus yang mengalir dalam wayar
(2) kebolehtelapan vakum
(3) luas keratan rentas dawai
(4) ketumpatan dawai
Apakah yang mempengaruhi magnitud aruhan magnet pada konduktor dawai.
Penyelesaian
Ketahui formula aruhan magnet dan penerangan sebelumnya.
3. Arus elektrik I mengalir pada dawai konduktor. Apakah aruhan magnet di pusat bulatan (P)? (µ o = 4π.10 -7 Wb.m -1 .A -1 )
Diketahui:
Jejari bulatan (r) = 6 cm = 6 x 10-2 meter
Arus elektrik (I) = 8 Ampere
Kebolehtelapan vakum (µ o ) = 4π x 10 -7 Wb.A -1 m -1
Dikehendaki: induksi magnet di pusat bulatan (P)
Penyelesaian:
360 o – 90 o = 270 o . 270 o / 360 o = 3/4 maka 270 o = 3/4 lilitan
Formula medan magnet di tengah gegelung dengan beberapa gelung:
B = medan magnet, N = bilangan belitan, I = arus elektrik, r = jejari kelengkungan
Dalam masalah di atas, hanya terdapat satu belitan supaya N dikeluarkan daripada persamaan. Gegelung dawai pada masalah di atas bukanlah 1 bulatan tetapi 3/4 bulatan. Formula di atas diselaraskan semula dengan masalah ini:
Aruhan magnet di pusat bulatan:
4. Arus 2 A mengalir pada dawai bulat seperti gambar. Berapakah magnitud dan arah aruhan magnet pada titik P jika jejari bulatan 4π cm.
Diketahui:
Jejari (r) = 4π cm = 4π x 10-2 meter
Arus elektrik (I) = 2 Ampere
Kebolehtelapan vakum (µ o ) = 4π x 10 -7 Wb.A -1 m -1
Dikehendaki: Magnitud dan arah aruhan magnet pada titik P
Penyelesaian:
Gegelung dawai pada masalah di atas ialah 1/2 bulatan.
Magnitud aruhan magnet pada titik P :
20 soalan konseptual dan jawapan berkaitan dengan aruhan magnet:
1. Soalan: Apakah aruhan magnet?
Jawapan: Aruhan magnet, atau ketumpatan fluks magnet, ialah ukuran kepekatan garis medan magnet di kawasan tertentu. Ia diwakili oleh simbol B dan mempunyai unit Tesla (T).
2. Soalan: Bagaimanakah aruhan magnet berkaitan dengan medan magnet?
Jawapan: Aruhan magnet ialah perwakilan kuantitatif medan magnet, yang menunjukkan kekuatan dan arahnya pada mana-mana titik tertentu dalam ruang.
3. Soalan: Apakah hukum aruhan elektromagnet Faraday?
Jawapan: Hukum Faraday menyatakan bahawa daya gerak elektrik (EMF) yang teraruh dalam mana-mana litar tertutup adalah sama dengan kadar perubahan fluks magnet negatif yang melalui litar.
4. Soalan: Bagaimanakah orientasi gegelung mempengaruhi aruhan magnet yang dialaminya?
Jawapan: Aruhan magnet yang dialami oleh gegelung adalah maksimum apabila satah gegelung berserenjang dengan medan magnet dan minimum apabila satah selari.
5. Soalan: Apakah peranan yang dimainkan oleh aruhan magnet dalam transformer?
Jawapan: Dalam transformer, aruhan magnet berselang-seli dalam gegelung primer mendorong EMF dalam gegelung sekunder, membolehkan pemindahan tenaga elektrik antara gegelung.
6. Soalan: Bagaimanakah gerakan konduktor dalam medan magnet membawa kepada aruhan elektromagnet?
Jawapan: Apabila konduktor bergerak dalam medan magnet, bilangan garis medan magnet yang melaluinya berubah, yang membawa kepada EMF teraruh mengikut hukum Faraday.
7. Soalan: Apakah unit bagi aruhan magnet?
Jawapan: Unit aruhan magnet ialah Tesla (T), bersamaan dengan Weber per meter persegi (Wb/m²).
8. Soalan: Bagaimanakah hukum Lenz berkaitan dengan aruhan magnet?
Jawapan: Hukum Lenz menyatakan arah EMF teraruh dan arus yang terhasil daripada aruhan elektromagnet. Ia menentang perubahan fluks magnet yang menghasilkannya.
9. Soalan: Mengapakah besi sering digunakan sebagai teras dalam gegelung aruhan?
Jawapan: Besi bersifat feromagnet dan mudah dimagnetkan. Apabila digunakan sebagai teras, ia meningkatkan aruhan magnet dan menumpukan garisan medan magnet, lalu meningkatkan kecekapan gegelung.
10. Soalan: Bagaimanakah magnitud EMF teraruh dipengaruhi oleh kadar perubahan fluks magnet?
Jawapan: Magnitud EMF teraruh adalah berkadar terus dengan kadar perubahan fluks magnet.
11. Soalan: Apakah induksi bersama?
Jawapan: Aruhan bersama merujuk kepada proses di mana perubahan arus satu gegelung mendorong EMF dalam gegelung berdekatan disebabkan oleh perubahan medan magnet.
12. Soalan: Bagaimanakah kecekapan aruhan elektromagnet boleh ditingkatkan dalam sesuatu sistem?
Jawapan: Kecekapan boleh ditingkatkan dengan menggunakan bahan dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi, mengurangkan kehilangan rintangan dan mengoptimumkan reka bentuk dan orientasi gegelung relatif kepada medan magnet.
13. Soalan: Apakah induksi kendiri?
Jawapan: Aruhan kendiri berlaku apabila arus yang berubah dalam gegelung mendorong EMF dalam gegelung yang sama disebabkan oleh medan magnetnya yang berubah.
14. Soalan: Bagaimanakah bilangan lilitan dalam gegelung mempengaruhi aruhan magnet?
Jawapan: Meningkatkan bilangan lilitan dalam gegelung menguatkan EMF teraruh, jika diberi kadar perubahan fluks magnet yang malar.
15. Soalan: Apakah peranan yang dimainkan oleh aruhan magnet dalam penjana elektrik?
Jawapan: Dalam penjana elektrik, gerakan mekanikal (selalunya putaran) menyebabkan perubahan fluks magnet dalam gegelung, yang membawa kepada aruhan elektromagnet dan penjanaan arus ulang-alik (AC).
16. Soalan: Bolehkah aruhan magnet berlaku dengan magnet statik dan konduktor pegun?
Jawapan: Tidak, untuk induksi magnet berlaku, perlu ada gerakan relatif antara magnet dan konduktor, atau medan magnet itu sendiri mesti berubah.
17. Soalan: Bagaimanakah aruhan magnet berkaitan dengan kebolehtelapan magnet?
Jawapan: Kebolehtelapan magnet mengukur keupayaan bahan untuk menyokong pembentukan medan magnet. Bahan dengan kebolehtelapan magnet yang lebih tinggi boleh memekatkan garis medan magnet, yang membawa kepada aruhan magnet yang lebih besar.
18. Soalan: Apakah yang berlaku kepada EMF teraruh apabila konduktor bergerak lebih laju melalui medan magnet?
Jawapan: EMF teraruh meningkat dengan kelajuan konduktor bergerak melalui medan magnet, jika diberi kekuatan medan magnet yang malar.
19. Soalan: Bolehkah dua gegelung dengan luas keratan rentas yang berbeza mempunyai aruhan magnet yang sama?
Jawapan: Ya, aruhan magnet (B) adalah bebas daripada luas keratan rentas gegelung tetapi bergantung pada kekuatan medan magnet dan orientasi gegelung relatif kepada medan.
20. Soalan: Bagaimanakah fenomena aruhan elektromagnet menyokong prinsip pemuliharaan tenaga?
Jawapan: Aruhan elektromagnet mengubah tenaga mekanikal (gerakan) kepada tenaga elektrik (dan sebaliknya). Walaupun bentuk tenaga berubah, jumlah tenaga kekal terpelihara.
Memahami aruhan magnet dan prinsipnya membolehkan kemajuan dalam pelbagai teknologi, daripada penjanaan kuasa hingga peranti elektronik.
