Pembahasan soal induksi magnet dan gaya magnet

1. Soal UN SMA/MA 2017 No.33

Perhatikan gambar di samping!

Letak kawat ketiga dan arah arus agar pada kawat ketiga tidak mengalami gaya magnetik diukur dari kawat pertama adalah…

A. 9 cm arah arus ke atas

B. 6 cm arah arus ke atas

C. 6 cm arah arus ke bawah

D. 3 cm arah arus ke atas

E. 3 cm arah arus ke bawah

Pembahasan

Kawat 3 dipilih berarah ke atas sehingga menghasilkan gaya seperti pada gambar di atas.

Gaya F₁ dikerjakan oleh kawat 1 pada kawat 3.

Gaya F₂ dikerjakan oleh kawat 2 pada kawat 3.

Gaya F₃ dikerjakan oleh kawat 3 pada kawat 1 dan kawat 2.

Agar pada kawat ketiga tidak mengalami gaya magnetik maka besar gaya F₁ = besar gaya F₂, dan arah kedua gaya berlawanan, seperti pada gambar di atas.

I₃, μ_o dan 2π bernilai sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Jawaban yang benar adalah A.

2. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.30

Berikut ini faktor-faktor yang mempengaruhi besar induksi magnetik pada kawat penghantar.

(1) arus yang mengalir dalam kawat

(2) permitivitas

(3) kerapatan kawat

(4) jarak suatu titik terhadap kawat

Pernyataan yang benar adalah…

A. (1) dan (4)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

Rumus induksi magnet kawat lurus :

Keterangan :

μ_o = Permeabilitas ruang hampa atau konstanta magnetik

I = Arus listrik yang menngalir pada kawat

r = Jarak suatu titik dari kawat

B = Besar medan magnet

Jawaban yang benar adalah A.

3. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.30

Perhatikan pernyataan yang berkaitan dengan induksi magnetik berikut.

(1) arus yang mengalir dalam kawat

(2) permeabilitas ruang hampa

(3) luas penampang kawat

(4) kerapatan kawat

Yang mempengaruhi besar induksi magnetik pada suatu kawat penghantar adalah…

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (3) dan (4)

Pembahasan

Pelajari rumus induksi magnet dan keterangan rumus sebelumnya.

Jawaban yang benar adalah A.

4. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.31

Kawat konduktor yang dibentuk seperti gambar di samping dialiri arus listrik i. Besar induksi magnet di pusat lingkaran (P) adalah… (µ_o = 4π.10^-7 Wb.m^-1.A^-1)

A. π x10^-5 T

B. 2π x10^-5 T

C. 2,5π x10^-5 T

D. 4π x10^-5 T

E. 8π x10^-5 T

Pembahasan

Diketahui :

Jari-jari kelengkungan (r) = 6 cm = 6 x 10^-2 meter

Kuat arus listrik (I) = 8 Ampere

Permeabilitas vakum (µ_o) = 4π x 10^-7 Wb.A^-1 m^-1

Ditanya : Kuat medan magnet di pusat lingkaran (titik P)

Jawab :

360^o – 90^o = 270^o. Karena 270^o / 360^o = 3/4 maka 270^o = 3/4 keliling lingkaran.

Rumus kuat medan magnet di pusat kumparan dengan sejumlah lilitan :

Keterangan : B = kuat medan magnet, N = jumlah lilitan, I = kuat arus listrik, r = jari-jari kelengkungan.

Pada soal di atas, hanya terdapat 1 lilitan sehingga N dilenyapkan dari persamaan. Kumparan kawat pada soal di atas bukan 1 lingkaran tetapi 3/4 lingkaran. Rumus di atas disesuaikan lagi dengan soal ini sehingga berubah menjadi :

Kuat medan magnet di pusat lengkungan :

Jawaban yang benar adalah B.

5. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.31

Arus 2 A mengalir pada sebuah kawat melingkar seperti gambar. Besar dan arah induksi magnetik di titik P jika jari-jari lingkaran 4π cm adalah….

A. 5.10^-5 T masuk bidang kertas

B. 4.10^-5 T keluar bidang kertas

C. 3.10^-5 T masuk bidang kertas

D. 2.10^-5 T keluar bidang kertas

E. 1.10^-5 T masuk bidang kertas

Pembahasan

Diketahui :

Jari-jari kelengkungan (r) = 4π cm = 4π x 10^-2 meter

Kuat arus listrik (I) = 2 Ampere

Permeabilitas vakum (µ_o) = 4π x 10^-7 Wb.A^-1 m^-1

Ditanya : Kuat medan magnet di pusat lingkaran (titik P)

Jawab :

Kumparan kawat pada soal di atas adalah 1/2 lingkaran.

Kuat medan magnet di pusat lengkungan :

6. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.32

Dua kawat sejajar dialiri arus seperti tampak pada gambar. Besar dan arah gaya magnetik yang dialami kedua kawat adalah… (μ_o = 4π. 10^-7 Wb.A^-1.m^-1)

A. 3.10^-5 N, tolak-menolak

B. 5.10^-5 N, tarik-menarik

C. 5.10^-5 N, tolak-menolak

D. 6.10^-5 N, tarik-menarik

E. 6.10^-5 N, tolak-menolak

Pembahasan

Diketahui :

Kuat arus 1 (I₁) = 3 Ampere

Kuat arus 2 (I₂) = 5 Ampere

Permeabilitas vakum (µ_o) = 4π x 10^-7 wb A^-1 m^-1

Jarak antara kedua kawat (L) = 5 cm = 5 x 10^-2 meter

Ditanya : Besar dan arah gaya magnetik

Jawab :

Arah arus listrik pada kawat 1 berlawanan dengan arah arus listrik pada kawat 2 sehingga terjadi gaya tolak menolak antara kawat 1 dan kawat 2.

Besar gaya magnetik :

Gaya magnetik persatuan panjang kawat (F/l) yang dialami kedua kawat adalah 6 x 10^-5 Newton.

Jawaban yang benar adalah E.

7. Soal UN fisika SMA/MA 2014/2015 No.32

Gambar berikut adalah dua kawat sejajar berarus listrik diletakkan pada jarak 20 cm satu sama lain. Besarnya gaya magnetik persatuan panjang kawat yang dialami kedua penghantar tersebut adalah… (μ_o = 4π. 10^-7 Wb.A^-1.m^-1)

A. 1.10^-5 N.m^-1, tarik-menarik

B. 2.10^-5 N.m^-1, tolak-menolak

C. 11.10^-5 N.m^-1, tarik-menarik

D. 20.10^-5 N.m^-1, tolak-menolak

E. 25.10^-5 N.m^-1, tarik-menarik

Pembahasan

Pembahasan

Diketahui :

Kuat arus 1 (I₁) = 5 Ampere

Kuat arus 2 (I₂) = 4 Ampere

Permeabilitas vakum (µ_o) = 4π x 10^-7 wb A^-1 m^-1

Jarak antara kedua kawat (L) = 20 cm = 20 x 10^-2 meter

Ditanya : Besar gaya magnetik persatuan panjang kawat

Jawab :

Arah arus listrik pada kawat 1 berlawanan dengan arah arus listrik pada kawat 2 sehingga terjadi gaya tolak menolak antara kawat 1 dan kawat 2.

Besar gaya magnetik :

Gaya magnetik persatuan panjang kawat (F/l) yang dialami kedua kawat adalah 2 x 10^-5 Newton.

Jawaban yang benar adalah B.

8. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.34

Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet homogen seperti gambar. Arah gaya magnet yang dialami elektron adalah…

A. keluar bidang gambar

B. masuk bidang gambar

C. ke kanan tegak lurus v

D. ke kiri tegak lurus v

E. ke atas berlawanan dengan v

Pembahasan

Perhatikan gambar-gambar di atas. Simbol x artinya arah medan magnet B tegak lurus ke dalam menembus bidang monitor (menjauhi pembaca). Simbol o artinya arah medan magnet B tegak lurus ke luar (mendekati pembaca).

Arah gerak muatan listrik (v), arah medan magnet (B) dan arah gaya magnet (F) saling tegak lurus satu sama lain. Arah gerak muatan listrik, medan magnet dan gaya magnet ditentukan secara tepat menggunakan aturan tangan kanan.

Aturan tangan kanan

Rentangkan tangan kanan, tegakkan ibu jari dan rapatkan keempat jari yang lain. Atur agar keempat jari menunjukan arah medan magnet (B) dan ibu jari menunjukan arah gerak muatan (v). Jika muatan positif, telapak tangan kanan menuju arah gaya magnet (F). Jika muatan negatif, punggung tangan kanan menuju arah gaya magnet (F).

Jawaban yang benar adalah D.

9. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.34

Perhatikan gambar berikut!

Elektron bergerak sejajar sumbu Y+ dalam medan magnet B. Apabila B searah sumbu Z+ (lihat gambar). Elektron akan mengalami gaya Lorentz yang searah…

A. Sumbu Y^–

B. Sumbu X^–

C. Sumbu Z⁺

D. Sumbu Y⁺

E. Sumbu X⁺

Pembahasan

Terapkan aturan tangan kanan.

Jawaban yang benar adalah B.

10. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.34

Sebuah kawat berarus listrik I diletakkan di antara dua kutub magnet utara dan selatan seperti gambar. Arah gaya Lorentz pada kawat adalah…

A. Masuk bidang kertas

B. Keluar bidang kertas

C. Menuju kutub utara magnet

D. Menuju kutub selatan magnet

E. Dari kutub utara menuju kutub selatan

Pembahasan

Arah arus listrik (muatan positif) = ke atas.

Arah medan magnet = kutub utara ke kutub selatan magnet (ke kanan)

Terapkan aturan tangan kanan.

Jawaban yang benar adalah A.