Modul Medan Magnet

SMA NEGERI 112 JAKARTA XII

MODUL PEMBELAJARAN SMA

FISIKA

MEDAN Guru Pembimbing
MAGNET
Irawan Guntur, M.Pd
MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”
1

DAFTAR ISI

a. Pendahuluan

1. Diskripsi singkat......................................................................................... 4

2. Relevansi.................................................................................................... 5

3. Petunjuk Belajar ......................................................................................... 5

b. Kegiatan inti

1. Capaian Pembelajaran ............................................................................... 6

2. Sub capaian pembelajaran ......................................................................... 6

3. Uraian Materi........................................................................................... 7

a. Medan magnet disekitar arus listrik ......................................................9

b. Hukum Biot Savart.............................................................................. 10

c. Induksi Magnet pada solenoida............................................................17

d. Gaya Lorenz........................................................................................21

e. Induksi Elektromagnet........................................................................ 29

f. GGL ................................................................................................... 30

g. Hukum Lenz....................................................................................... 31

h. Generator ........................................................................................... 32

i. Aplikasi medan listrik........................................................................ 34

4. Tugas ..................................................................................................... 39

5. Forum diskusi ........................................................................................ 39

c. penutup

1. Rangkuman ............................................................................................. 40

2. Tes Formatif............................................................................................ 42

d. Daftar Pustaka................................................................................................. 46

MODUL PEMBELAJARAN FISIKA SMA N 112 “ MEDAN MAGNET” 2

MEDAN MAGNET

Medan Magnet
a. Timbulnya medan magnet
b. Gaya dalam medan

magnet
c. Induksi elektromagnetik

Pendahuluan

A Deskripsi Singkat

Pada modul ini kita akan membahas tentang Medan magnet yang
mencakup bahasan tentang timbulnya medanmagnet,induksi magnet dan gaya magnet.

Pernahkah Anda berpikir mengapa dua benda bisa saling tarik menarik
atau tolak menolak? Mengapa kompas yang didekatkan pada penghantar berarus
jarumnya menyimpang? Apa sajakah yang mempengaruhi medan magnet, gaya
magnet dan fluks magnet? Apakah manfaat mempelajari medan magnet? Anda
akan dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dengan mempelajari modul
yang Anda pegang ini.

Modul ini terdiri dari dua kegiatan belajar, yaitu:
1. Kegiatan belajar pertama akan menguraikan tentang medan magnet;
2. Kegiatan Belajar kedua menguraikan tentang Gaya Magnet dan Induksi
Elektromagnetik

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 3

AB Relevansi

Modul Medan magnet ini mencakup tentang induksi magnet dan gaya
magnet. Topik-topik ini penting untuk dipahami, karena topik-topik ini menjadi
dasar untuk memahami gejala-gejala lainnya seperti arus bolak-balik, medan
elektromagnetik, gelombang elektromagnetik, serta gejala-gejala atomik dan
gejala-gejala inti atom.

Topik-topik ini juga penting dipelajari agar pengguna modul mampu
memahami prinsip kerja berbagai peralatan teknologi yang bekerja berdasarkan
gejala kelistrikan dan kemagnetan seperti generator, motor listrik dan
transformator. Untuk menambah pengetahuan dan pemahaman, anda dapat
mengerjakan soal-soal latihan pada bagian akhir.

AC Petunjuk Belajar
Dalam mempelajari bahan ajar ini, silahkan ikuti Langkah – Langkah
dibawah ini :
1. Sebelum memulai belajar, berdoa terlebih dahulu
2. Peserta didik diharapkan sudah lebih dulu menguasai materi prasyarat,

yakni listrik statis (muatan listrik, gaya listrik, kuat medan listrik, fluks,
potensial listrik, energi potensial listrik)
3. Peserta didik diharapkan mampu mengikuti per tahap dalam uraian materi
4. Peserta didik memberi tanda pada poin-point penting dalam materi ini
5. Peserta didik dalam agar lebih paham bisa membuka link ataupun tautan
yang sudah ada di dalam modul
6. Untuk mencapai pemahaman, peserta didik diharapkan mampu berdiskusi
dan juga bisa mencari refensi yang mendukung
7. Untuk mengukur pencapaian pemahaman, peserta didik diharapkan
mengerjakan soal formatif dengan benar

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 4

INTI

Capaian pembelajaran dan Sub Capaian Pembelajaran
Setelah belajar menggunakan modul ini, pengguna diharapkan mampu

menganalisis materi medan magnet dan penerapannya untuk menyelesaikan
permasalahan yang mengharapkan kamu bisa berkomunikasi, berkolaborasi
berfikirkritis dan kreatif dalam memaknai setiap kegiatan yang ada

Sub Capaian Pembelajaran Pengguna modul diharapkan:
a) mampu menganalisis medan magnet yang dihasilkan oleh muatan yang

bergerak/kawat berarus listrik serta menentukan besar dan arah induksi
magnetik yang dihasilkan.
b) mampu menentukan besar dan arah gaya yang dialami oleh muatan bergerak
atau kawat berarus yang berada di dalam medan magnet.
c) mampu menganalisis gejala timbulnya arus induksi jika ada perubahan medan
magnet, serta menentukan besar dan arah arus induksi tersebut.
d) mampu menganalisis fungsi dari komponen-komponen generator serta
pengaruhnya terhadap daya listrik yang dihasilkan generator.

Pokok-Pokok Materi
a) Medan magnet yang dihasilkan oleh muatan yang bergerak/kawat berarus

listrik.
b) Gaya yang dialami oleh muatan bergerak atau kawat berarus yang berada di

dalam medan magnet.
c) Arus induksi jika ada perubahan medan magnet
d) Fungsi dari komponen-komponen generator serta pengaruhnya terhadap daya

listrik yang dihasilkan generator.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 5

LINGKUP MATERI

Kata kunci : Medan magnet, Gaya Lorenz, Induksi elektromagnetik 6
MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

MEDAN MAGNET

Pernahkah kamu membayangkan sebuah kereta

api yang mampu melaju dengan kecepatan hampir

sama dengan kecepatan pesawat terbang? Bagaimana

mungkin hal ini dapat terjadi? Kereta Maglev adalah

kereta api yang mengambang secara magnetik. Kereta

Gambar 1. kereta Maglev ini memanfaatkan gaya angkat magnetik pada relnya
Sumber Gambar Google.com sehingga terangkat sedikit ke atas. Gaya dorong yang
dihasilkan oleh motor induksi mampu menggerakkan

kereta ini dengan kecepatan hingga 650 km/jam. Bagaimana hal tersebut bisa terjadi?

Bagaimana prinsip kerja magnet tersebut? Untuk mengetahui jawabannya, ikutilah uraian

bab ini dengan baik.

Gambar 2 7
Sumber Buku Fisika Gasing (Yohanes Surya)

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

A
Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik

Gambar 3
Sumber Buku Fisika Gasing (Yohanes Surya)

yk y

mengenai
Mengamati medan magnetik yang disebabkan oleh kawat berarus listrik.

Untuk melakukan percobaan tersebut silahkan tekan link berikut :

https://forms.gle/7mQs2XhswAMpW4ft6

Ketika percobaan oersted kita lanjutkan dengan cara menaburkan serbuk besi
disekitar kawat berarus maka akan terbuat pola serbuk besi itu menunjukkan pola
garis gaya magnet di sekitar kawat berarus listrik. Arah garis gaya magnet dapat di
tentukan dengan aturantangan kanan.

Gambar 4. (a) Kaidah tangan kanan; (b) Jika arus menuju pengamat, arah medan magnetik 8
berputar ke kiri;

(c) Jika arah arus menjauhi pengamat, arah medan magnetik berputar ke kanan.
Sumber Google.com

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

B Hukum Biot – Savart
Keberadaan medan magnetik di sekitar kawat berarus telah ditunjukkan oleh

Oersted dengan terpengaruhnya magnet di sekitar kawat berarus. Pengaruh tersebut
menunjukkan bahwa medan magnetik dapat dihasilkan oleh penghantar berarus.

Kuat medan magnetik dinyatakan dalam induksi magnetik. Hukum Biot-
Savart menyatakan besarnya induksi magnetik yang disebabkan oleh elemen arus
listrik:
1. berbanding lurus dengan kuat arus listrik I;
2. berbanding lurus dengan panjang elemen penghantar dℓ;
3. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak r antara sebuah titik tempat

pengukuran induksi elektromagnetik dengan elemen penghantar dℓ;
4. sebanding dengan sinus sudut apit antara arah arus dan garis penghubungtitik P

dengan dℓ.
Secara matematis, persamaan Biot-Savart dapat ditulis sebagai berikut.

Dalam suku µo rumus (1) menjadi:
= µ 4 . ⃗ ̂ 2............... (2)

Ini adalah Hukum Biot-Savart Untuk menghitung kuat medan magnetik total kita
harus mengintegralkan rumus di atas.

= µ 4 ∫ . ⃗ ̂ 2..................(3)
Dengan µo adalah permeailitas dari ruang hampa.
µo = 4π x 10-7 Wb/Am

catatan :
satuan kuat medan magnetik T (tesla) atau Wb/m2 (Wb = webwer). Satuan

yang lebih lecilnya adalah gauss atau oersted.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 9

1 gauss = 1 Oersted = 10-4 Wb/m2 = 10-4 T

1. Induksi Magnet di Sekitar Kawat berarus
Anggap ada suatu kawat kecil dan lurus dan dialiri arus listrik i (Gambar 5a). Kita
akan menghitung medan magnetik di titik P yang berjaran a dari kawat.
Pertama gambarkan elemen kecil ds. Jarak elemen ini ke titik P adalah r. Kemudian
gambarkan vektor satuan .̂ Arah vektor ini ditunjukkan pada gambar 5b

Gambar 5. (a) kawat lurus yang di aliri listrik; (b) arah medan magnetic pada kawat lurus;
(c) arah medan magnetic dalam bentuk sumbu
Sumber Google.com

Selanjutnya adalah menentukan arah medan magnetik yang disebabkan elemen ini.
Arah ⃗⃗ ⃗⃗⃗x ̂ keluar dari bidang kertas. Arah ini diberi simbol Ꙩ (gunakan aturan
tangan kanan). Jika sumbu x adalah sumbu mendatar dan sumbu y sumbu vertical
maka arah medan magnetik searah sumbu z (gambar 5c).

⃗⃗ ⃗⃗⃗ x ̂ = ̂ |ds|| |̂ sin ϴ = ̂ |ds|sin ϴ ...........(4)
Dengan hukum Biot-Savart, medan magnetik pada titik P dapat dituliskan:

= µ 4 .| | sin 2 ̂ .............. (5)

Vektor ⃗⃗ ⃗⃗⃗ searah sumbu x sehingga | | = . Jadi besar kuat medan
magnetik di titik P (tanpa notasi vektor) adalah:

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 10

= µ 4 .sin 2 .................... (6)

Untuk menghitung kontribusi dari seluruh bagian kawat, kita harus integralkan
persamaan di atas. Sebelum melakukan itu, kita harus nyatakan semua variable
dalam satu variable misalnya dalam suku ϴ.
Dengan menggunakan gambar 5b kita peroleh:
= sin
= sin = csc
− = tan
= − tan = cot
= − (cot ) = − (− 2 ) = 2

Selanjutnya substitusi variable-variabel ini ke dalam rumus db sehingga kita
peroleh,

= µ 4

sin 2 = µ 4

sin ( csc )2 ( 2 ) = µ 4

sin = µ 4 sin
Untuk mengintegralkan persamaan di atas, kita harus tentukan dulu batas-batas
integralnya. Arah ds dari kiri ke kanan. Jadi batas bawah integral diambil dari ujung
sebelah kiri sedangkan batas atasnya diambil di ujung kanan. Karena B
diintegrasikan.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 11

Gambar 6. Penentuan sudut
Sumber Google.com

Terhadap ϴ maka batas bawah integral adalah ϴ1 dan batas atasnya ϴ2 (perhatikan
baik-baik pengambilan sudut ϴ1 dan ϴ2 pada gambar 4.3c).

Dimana : 12
B adalah Induksi Magnet (T)
I adalah Kuat Arus (A)
a adalah jarak dari kawat ke titik yang ditanya (m)

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

Contoh Soal :
Hitung medan magnet dari suatu kawat Panjang yang membawa arus sebesar 3 A pada
jarak 2 cm dari kawat…

Penyelesaian :
Diketahui : a = 2 cm = 5 × 10-2 m

I=3A
μ0 = 4 π × 10-7 Wb/A.m

Ditanya : B = . . . ?

Jawab :

Perhatikan gambar di bawah ini!
Kawat lurus panjang dialiri arus listrik 2 A. Tentukan besar dan
arah kuat medan magnet di P.

Dua kawat yang sangat Panjang dialiri arus seperti
tampak pada gambar. Tentukan letak titik P yang
induksi magnet yang sama dengan nol.

2. Induksi Magnet yang Ditimbulkan Penghantar Melingkar Berarus

Gambar 8. Induksi magnetik pada sumbu Besarnya induksi magnetik pada
lingkaran kawat berarus suatu titik yang terletak pada garis
Sumber Google.com sumbu penghantar berbentuk
lingkaran dengan jari-jari r dapat
dicari sebagai berikut :

Perhatikan Gambar (8) besarnya
induksi magnet di titik P yang terletak
pada garis sumbu lingkaran akibat
elemen kawat sepanjang dℓ yang
berjarak r dapat dinyatakan :

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 13

dB μ0 I d sin θ.............................. (8)
4π r2

Selanjutnya vektor dB diuraikan ke arah sumbu lingkaran x dan tegak lurus sumbu x.

dBx = dB sin α dan dBy = dB cos α

Komponen dBy yang ditimbulkan elemen arus sepanjang lingkaran saling

meniadakan (=0), sehingga yang ada hanya dBx. Jadi :

dB  dBx  μ0 Id rsin (9)2.................................
4π
Untuk elemen arus sepanjang lingkaran dℓ = keliling lingkaran yaitu sama dengan

2πa. Sehingga induksi magnet di titik P adalah :

B  μ0 I 2 a sin  atau B  μ0 I a sin  ............................ (10)
p 4 r2 p 2 r2

Dari gambar di atas tampak bahwa

sin   a atau sin2   a 2 maka nilai r2  a2
r r2 sin2



jika nilai r2 disubstitusikan ke persamaan (10) didapatkan persamaan yang lebih

sederhana yaitu :

............ (11)

Jika titik terletak pada pusat lingkaran (O) maka r = a dan θ = 900 sehingga :

B  μ0I a
2 a2

Jadi, besar induksi magnet di pusat lingkarankawat berarus adalah :

B  μ0 I ............. (12)
2a

Jika terdapat N lilitan (N < 10), maka : .............. (13)
B  N μ0 I
2a 14

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

dengan :
B = besar induksi magnet di pusat lingkaran (Wb/m2 = tesla)
I = kuat arus (A)
a = jari-jari kawat melingkar (m)

Contoh Soal :
Sebuah penghantar berbentuk lingkaran berjari-jari 2 cm. Jika arus listrik yang
mengalir dalam kumparan tersebut 4 A, berapakah induksi magnet yang terjadi di
pusat kumparan.
Penyelesaian :
Diketahui : I = 4 A

r = 2 cm = 2 x 10-2 m

Ditanya : B=...?
Jawab :

1. Titik P adalah pusat lingkaran dengan jari-jari 2
cm. Berapa induksi magnet di titik P jika kuat
arus yang mengalir 40 A?

2. Sebuah penghantar berbentuk lingkaran
berjari-jari a = 8 cm dialiri arus listrik 10 A
seperti pada gambar. Tentukan induksi
magnet Bp di sumbu lingkaran yang
berjarak b = 6 cm dari pusat lingkaran

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 15

3. Induksi Magnet pada Solenoida

Gambar 9. Gambar 10
Sumber Buku Fisika Gasing (Yohanes Surya) Sumber Google.com

Medan magnet di dalam solenoida merupakan
resultan medan magnet yang dihasilkan oleh setiap
lilitan.
Anggap suatu solenoida panjang l dan jari-jari R
terdiri dari N lilitan yang rapat dialiri arus i.
Solenoida dapat dianggap sebagai kumpulan dari
loop melingkar. Kuat medan magnetik yang
disebabkan oleh satu loop telah kita hitung yaitu
seperti dituliskan pada persamaan:

Ambil satu elemen kecil solenoida sepanjang dx. Banyak lilitan dalam dalam elemen dx ini adalah
h = , sehingga besar medan magnetik akibat elemen dx

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 16

Kuat medan magnetik total yang disebabkan oleh seluruh lilitan dihitung dengan
mengintegralkan persamaan tersebut. Untuk memudahkan perhitungan integral kita
ubah variabel r dan x dalam variabel ϴ.

Untuk menghitung integral di atas kita harus tentukan batas-batas integralnya.
Batas-batasini ditunjukkan pada gambar berikut. Batasbawah 1 dan batasatas 2.

2 0□ ∫

= ∫ = − si2n
2 1
1

0 cos ]
= 1
Gambar 11. Uraian solenoida

2 2 2
1
2



MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 17

Solenoida yang Panjang

Medan magnetik di tengah solenoida yang panjang sekali dapat dihitung dengan
persamaan berikut dimana 1= 0o dan 2 = 180o.

Dimana :
N adalah Jumlah Lilitan
l adalah panjang solenoida (m)

Contoh Soal :

Solenoida yang terdiri atas 10 lilitan tiap cm dialiri arus listrik 8 A. Tentukanmedan magnet:

di tengah-tengah solenoida, dan

di ujung solenoida.

Penyelesaian :
Diketahui : N/ℓ = 10 lilitan/cm= 1.000 lilitan/m

I =8A

Ditanya : B =...?

Jawab :

a. B  μ0I N  μ I N  (4π 10-7Wb/Am)(8 A) (1.000)  3,2 π 10 -T3
0

b. B  1 μ0I N  1 (3,2 π 10-3 T) 1,6 π 10-3 T
2

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 18

4. Induksi magnet pada toroida

Toroida adalah kumparan yang dilengkungkan

sehingga sumbunya membentuk sebuahlingkaran.

Jika toroida dialiri arus listrik, akan timbul garis-

garis medan magnetik berbentuk lingkaran di

dalam toroida tersebut.

Anggap toroida terdiri dari N lilitan dan dialiri arus

i. Jari-jari lingkaran toroida a. Bayangkan

Gambar 12. Toroida solenoida dilengkungkan. Ketika ujung A dan
Sumber Google.com ujung B sangat dekat, kita bolehanggap 1= 0o dan
2 = 180o. Sehingga kuat medan magnetik pada
sumbu toroida adalah:

= 2 (cos 1 − cos 2 0 2
0 ) = . 2 (cos 0 − cos 180 )

= 0
2

Dimana : a adalah jari jari toroida

Hasil diatas berlaku untuk a >> R di mana R adalah jari-jari penampang toroida.
Pada toroida ideal di mana jarak antara lilitan sangat dekat, medan di luar toroida
nol. Ini disebabkan karena medan magnetik dari lilitan-lilitan arus saling

Contoh Soal :

Toroida dengan 100 lilitan dan jari-jari 10 cm dialiri arus 3 A. Tentukan besarmedan magnet

di dalam sumbu lilitan toroida.

Penyelesaian :

Diketahui: N = 100,

a = 10 cm = 0,1 m

I= 3 A

Ditanya : B=...?

Jawab :

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 19

Sebuah solenoida yang panjangnya != 2 m dan jari-jari r = 2 m memiliki 800
lilitan,solenoida tersebut dialiri arus sebesar 0,5 A.

Tentukan induksi magnetik di ujung solenoida.
Jika solenoida direnggangkan sehingga panjangnya dua kali semula,
berapakahbesarnya induksi magnetik di ujung solenoida tersebut?

Sebuah toroida berjari-jari 20 cm dialiri arus sebesar 0,8 A. Jika toroida
mempunyai50 lilitan, tentukan induksi magnetik pada toroida!

C Gaya Lorentz

Gambar 13.
Sumber Buku Fisika Gasing (Yohanes Surya)

Gaya Lorentz merupakan gaya yang bekerja pada sebuah penghantar
berarus listrik dalam medan magnet.

1. Gaya Lorentz pada Penghantar Berarus di Medan Magnet

Gambar 14. Perhatikan Gambar 14. Seutas kawat dengan
Sumber Google.com panjang ℓ yang dialiri arus listrik I ditempatkandi
dalam medan magnetik B yang arahnya tegak
lurus menembus bidang kertas. Kawat tersebut
akan melengkung karena pengaruh gaya
magnetik.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 20

Besarnya gaya magnetik yang dialami oleh kawat berarus listrik di dalam
medan magnetik berbanding lurus dengan kuat arus, panjang kawat penghantar,
kuat medan magnetik, dan sinus sudut antara arah arus dan arah induksi magnetik.
Secara matematis, besar gaya magnetik dapat dituliskan sebagai berikut.

dengan : F = I B ℓ sin θ
F = gaya Lorentz (N)
I = kuat arus (A) θ = sudut dibentuk oleh I dan B
B = induksi magnet (T) ℓ = panjang kawat penghantar

Gambar 15. Arah gaya magnetik Dalam menentukan arah gaya magnetik
sesuai dengankaidah tangan kanan. yang dialami kawat berarus listrik di dalam
medan magnetik dapat digunakan kaidah
tangan kanan berikut ini.

Apabila tangan kanan kita
menggenggam maka arah ibu jari
menunjukkan arah medan magnet sedangkan
keempat jari yang lain menunjukkan arah
arus listrik.

Contoh Soal :
Penghantar PQ yang panjangnya ℓ = 3 m daninduksi magnetik B = 2T terletak pada bidang
datar, keduanya membentuk sudut θ= 60° satu sama lain. Jika gaya magnetik F yang
bekerja pada penghantar besarnya 3 N dengan arah seperti pada gambar, tentukan besar
dan arah arus listrik yang mengalir pada penghantar itu.
Penyelesaian :
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan,
diperoleh arah arus dari P ke Q. Maka

= I B ℓ sin θ
3 N = (2 T) (I) (3 m) sin 600

I  3N 1
(2 (3 m)
T) 3

2
I1 1 3A

33

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 21

Sebuah kawat penghantar panjangnya 0,6 m diletakkan di dalam medanmagnet
homogen 4.10-5 T dan membentuk sudut 300. Berapa N gayamagnet yang dialami
kawat jika dialiri arus sebesar 5 A?

Sebuah kawat lurus sepanjang 25 cm berada
dalam medan magnet 0,10 T,
sepertiditunjukkan pada gambar. Kawat
dialiri arus listrik 10 A. Tentukan besardan
arah gaya yang dialami kawat.

2. Gaya Lorentz pada Muatan Listrik yang Bergerak di Medan Magnet
Jika muatan listrik q bergerak dengan kecepatan v dalam medanmagnetik

homogen B, akan timbul gaya magnetik pada muatan tersebut. Untuk lebih
memahami materi ini silahkan simak video berikut

Mari Kita Amati

https://www.youtube.com/watch?v=nEKrymEbCJc 22
Sumber Youtube.com

Dari Tanyangan Video anda tentu mengetahui bahwa hubungan antara
muatan (q) dan kuat I = q/t sehingga dapat dinyatakan menjadi :

F  Bq l sin θ
t

Lintasan yang ditempuh muatan dalam selang waktu t sama dengan besar
kecepatan, yaitu v = ℓ/t sehingga besar gaya magnetik pada muatan listrik yang
bergerak dapat dinyatakan dengan persamaan :

F = v B q sin θ

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

Keterangan :
v = besar kecepatan muatan (m/s)
θ = sudut apit antara kecepatan v dan medan magnet B.

Untuk θ = 900, gaya magnetik dinyatakan dengan persamaan : F = v B q

Lintasan yang ditempuh oleh partikel bermuatan dalam medan magnetik
tergantung pada sudut yang dibentuk oleh arah kecepatan dengan arah medan
magnetik.

a. Garis Lurus (Tidak Dibelokkan)

Gambar 16. Lintasan partikel yang bergerak sejajar dengan
garis medan magnet (a) searah; (b) berlawan arah

Lintasan berupa garis lurus terbentuk jika arah kecepatan partikel bermuatan
sejajar baik searah maupun berlawanan arah dengan medan magnetik. Hal ini
menyebabkan tidak ada gaya Lorentz yang terjadi, sehingga gerak partikel tidak
dipengaruhi oleh gaya Lorentz. Lintasan gerak terlihat seperti pada Gambar 16.

b. Lingkaran

Gambar 17. Lintasan melingkar Partikel bermuatan bergerak melingkar
yang dialami muatan -q karena mendapatkan gaya sentripetal, yaitu
gaya magnetik. Menurut Hukum II Newton
MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” pada gerak melingkar beraturan, besarnya
gaya dapat dituliskan sebagai berikut.

23

F  m as  Bq v  m v2
rmv r

Bq

Keterangan:

r = jari-jari lintasan (m); B = induksi magnetik (T)
m = massa partikel (kg); q = muatan partikel (C)
v = kecepatan linear partikel (m/s)

Contoh Soal :

Suatu kawat berarus listrik 10 A dengan arah ke atas berada dalam medanmagnetik 0,5
T dengan membentuk sudut 300terhadap kawat. Jika panjang kawat 5 meter, tentukan

besarnya gaya Lorentz yang dialami kawat!

Penyelesaian : α = 300
Diketahui : I = 10 A ℓ=5m

B = 0,5 T

Ditanya : F = . . . ?

Jawab :
F = I B ℓ sin θ

F = (0,5) (10) (5) sin 300

F = 25 (½ )

Sebuah elektron bergerak dengan kelajuan 1,5 × 10-6 m/s memasuki suatu
medan magnet dengan medan magnet 2 × 10-3 T. Jika arah kecepatan tegak
lurus dengan arah maedan magnet dan muatan elektron adalah 1,6 × 10-19 C.

Berapa gaya yang dialami elektron tersebut !
Suatu muatan bermassa 9,2× 10-38 kg bergerak memotong secara tegak
lurusmedan magnetik 2 Tesla. Jika muatan sebesar 3,2 × 10-9 C dan jari-

jarilintasannya 2 cm, tentukan kecepatan muatan tersebut!

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 24

3. Gaya Magnet pada Dua penghantar Sejajar

Gambar 18 25
Sumber Buku Fisika Gasing (Yohanes Surya)

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

Gambar 19
Sumber Buku Fisika Gasing (Yohanes Surya)

Besarnya gaya timbal-balik antara kawat satu dan kawat yang lain dapat
diturunkan sebagai berikut. Pada gambar (a), arus listrik I1 menimbulkan induksi
magnetik B1 di titik P, maka besar B1 adalah :

B  μ0 I1
1 2 a

Penghantar berarus I2 akan dipengaruhi oleh induksi magnetik B1 sehingga
mengalami gaya magnetik F2 sesuai dengan persamaan :

Selanjutnya, penghantar berarus I2 menimbulkan induksi magnet B2 di titik Q.

Besarnya B2  μ0 I2
2 a

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 26

Penghantar arus I1 akan dipengaruhi oleh induksi magnetik B1, sehingga
mengalami gaya magnet sesuai dengan persamaan :

Dari persamaan-persamaan tersebut, diperoleh gaya per satuan panjang
untuk kedua penghantar adalah sama. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa
pada dua penghantar lurus sejajar yang dialiri arus listrik akan terjadi gaya tarik-
menarik jika kedua arusnya memiliki arah yang sama, sedangkan gaya tolak-
menolak akan terjadi jika kedua arus listriknya berlawanan arah.

FF F F μ0 I1I2

Jadi, 1  2 disebut sebagai l , yaitu : l  2  a
l1 l2

Jika I1 = I2 maka dapat ditulis menjadi :

μ0I

2 a

Contoh Soal :
Dua kawat sejajar yang satu sama lain berjarak 20 cm dialiri arus listrik sama besar.
Jikaantara keduanya timbul gaya timbal-balik per satuan panjang sebesar 2,5 × 10–3N/m,
hitunglah kuat arus pada masing-masing kawat.
Penyelesaian :
Diketahui : a = 20 cm = 0,2 m

F = 2,5 × 10–3N/m

Ditanya : I = . . . ?
Jawab :

μ0I

2 a
2,510-3 N/m  4 10-7 Wb/Am (I2 )

2  (0,2 m)

I2  2.500 A2  I  50 A

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 27

Dua kawat lurus yang panjangnya 2 m berjarak 1 m satu sama lain. Kedua kawat

dialiri arus yang sama besar dan arahnya berlawanan. Jika yang timbul pada kawat
1,5 × 10-7 N/m, tentukan kuat arus yang mengalir pada kedua kawat tersebut!

Dua buah kawat panjang sejajar terpisah pada jarak 10 cm, masing-masing dialiri
arus sebesar 10 A dan 20 A, tentukan besar gaya magnet per satuan panjang yang
bekerja pada kawat!

D
D Induksi Elektromagnetik

Masalah ketiga dalam modul ini adalah bagaimana timbulnya arus induksi pada suatu
simpal. Untuk memahami masalah ini perlu dipelajari terlebih dahulu apa itu fluks magnetik
dan bagaimana fluks magnetik itu bisa berubah.
1. Fluks Magnetik

Perhatikan gambar dan penjelasan berikut.

Gambar 3.16. Fluks magnetik

Fluks magnetik berkaitan dengan jumlah garis medan magnetik yang melalui suatu
luasan. Jika ada medan magnetik dengan induksi magnetik ⃗⃗, melalui suatu luasan ⃗⃗
maka fluks magnetik didefinisikan sebagai
ϕm = ⃗⃗ . ⃗⃗ = ⃗⃗. ̂ A = B A cos θ = Bn A
dengan
ϕm adalah fluks magnetik, satuannya weber (Wb)
⃗⃗ adalah induksi magnetik, satuannya tesla (T = Wb/m2)
⃗⃗ adalah luasan, satuannya m2
^ adalah vektor satuan dari normal luasan ⃗⃗

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 28

⃗⃗ adalah ⃗⃗ yang tegak lurus ⃗⃗
θ adalah sudut antara ⃗⃗ dan ^
Jika luasan yang dilewati garis medan magnetik itu adalah kumparan dengan N lilitan,
maka fluks yang melalui kumparan adalah

ϕm = N B A cos θ

2. Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi
Perhatikan video berikut (GGL induksi)

Video 3.3. GGL Induksi
Dari video di atas kita bisa mencatat beberapa hal sebagai berikut.
a) Pada waktu tidak ada gerak relatif antara magnet dan kumparan, jarum

galvanometer tidak menyimpang. Ini berarti tidak ada aliran arus pada kumparan.

b) Pada waktu magnet bergerak mendekati kumparan, jarum galvanometer
menyimpang ke kanan. Ketika magnet berhenti/diam, jarum galvanometer tidak
menyimpang.

c) Pada waktu magnet bergerak menjauhi kumparan, jarum galvanometer
menyimpang ke kiri. Ketika magnet berhenti/diam, jarum galvanometer tidak
menyimpang.

Gejala ini dapat dianalisis sebagai berikut. Ketika tidak ada gerak relatif antara
magnet dan kumparan, fluks magnetik yang dilingkupi kumparan tidak berubah. Ketika
magnet mendekati kumparan, fluks magnetik yang dilingkupi kumparan bertambah.
Sebaliknya Ketika magnet menjauhi kumparan, fluks magnetik yang dilingkupi kumparan
berkurang. Dapat disimpulkan bahwa arus pada kumparan timbul karena ada perubahan
fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Faraday menyebut arus yang timbul pada
kumparan adalah arus induksi dan GGL yang timbul pada kumparan adalah GGL induksi.
Untuk kumparan dengan N lilitan, GGL induksi yang timbul dinyatakan dalam persamaan

Ɛ = - N ɸ . 29

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

Persamaan ini dikenal sebagai Hukum Faraday. Tanda minus dalam persamaan
menunjukkan tanda GGL berkaitan dengan perubahan fluks yang bertambah atau berkurang.
Hal ini akan dibahas dalam Hukum Lenz.

3. Hukum Lenz
Lenz mengemukakan bahwa arah GGL induksi dan arus induksi sedemikian

sehingga “menentang” penyebab timbulnya GGL induksi dan arus induksi. Jika penyebab
timbulnya GGL induksi dan arus induksi adalah berkurangnya fluks magnetik, maka arah
GGL induksi dan arus induksi sedemikian sehingga menghasilkan fluks magnetik induksi
yang searah dengan fluks magnetik semula

Jika penyebab timbulnya GGL induksi dan arus induksi adalah bertambahnya
fluks magnetik, maka arah GGL induksi dan arus induksi sedemikian sehingga
menghasilkan fluks magnetik induksi yang berlawanan arah dengan fluks magnetik semula.
Perhatikan gambar 3.17 dan penjelasan berikut.

Gambar 3.17. Ilustrasi Hukum Lenz
(sumber: Fisika Giancoli jilid 2)

Pada gambar (a) magnet didekatkan ke kumparan sehingga penyebab timbulnya arus
induksi adalah pertambahan ⃗⃗ ( ⃗⃗ yang dihasilkan magnet) yang arahnya ke kiri. Oleh
karena itu arah arus induksi menghasilkan ⃗⃗ ( ⃗⃗ yang dihasilkan arus induksi) yang
arahnya berlawanan dengan ⃗⃗ yaitu ke kanan. Pada gambar (b) magnet dijauhkan dari
kumparan sehingga penyebab timbulnya arus induksi adalah berkurangnya ⃗⃗ yang
arahnya ke kiri. Oleh karena itu arah arus induksi menghasilkan ⃗⃗ yang searah dengan
⃗⃗ yaitu ke kiri.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 30

4. GGL Gerak
Fluks magnetik ϕm = ⃗⃗. ⃗⃗. Perubahan fluks magnetik dapat terjadi jika ada perubahan

⃗⃗ atau ada perubahan ⃗⃗. Berikut ini kita akan belajar bagaimana fluks itu berubah karena
luas ⃗⃗ yang dilingkupi suatu simpal berubah karena ada bagian simpal yang bergerak.
Perubahan fluks ini menyebabkan timbulnya GGL induksi yang disebut GGL Gerak

Perhatikan gambar dan penjelasan 3.18 berikut.

Gambar 3.18. GGL Gerak

Simpal yang meliputi hambatan R dan penghantar AB berada dalam medan magnet
dengan arah induksi magnetik menjauhi pembaca. Penghantar AB yang panjangnya l
bergerak ke kanan dengan kecepatan ⃗⃗. Karena gerakan penghantar AB, terjadi perubahan
luas simpal yang melingkupi fluks magnetik. Jika ⃗⃗ = d ⃗/dt maka dalam setiap satuan
waktu dt penghantar AB berpindah sejauh d ⃗. Jadi dalam setiap satuan waktu dt, terjadi
perubahan luas dA = l dx. Perubahan luas ini menyebabkan perubahan fluks dϕm = B dA.
GGL yang timbul karena perubahan luas ini, adalah

Ɛ = dϕ = ⃗⃗ ⃗⃗ = ⃗⃗ ⃗
Ɛ= ⃗

5. Generator
Generator adalah alat yang menghasilkan tegangan listrik atau GGL. Dengan prinsip

GGL induksi tegangan listrik dapat dihasilkan apabila ada perubahan fluks magnetik yang
dilingkupi oleh simpal atau kumparan. Dalam simulasi kita melihat bahwa arus induksi terjadi
ketika kumparan berputar dalam medan magnetic

ϕm =N ⃗⃗ . ⃗⃗ = N ⃗⃗ . ^ A = N B A cos θ.
Dalam simulasi ⃗⃗ dan ⃗⃗ tetap. Tetapi karena kumparan berputar maka sudut θ berubah, cos
θ berubah berarti fluks magnetik berubah (ada dϕm dt). Karena ada dϕm dt maka ada Ɛ.
Mari kita hitung besarnya GGL yang dihasilkan.

ϕm = N B A cos θ.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 31

Jika kumparan berputar dengan kecepatan sudut maka dalam waktu t sudut yang ditempuh
kumparan adalah θ = .
ϕm = N B A cos θ = N B A cos
Ɛ = - dϕ =− ⃗ cos
Ɛ = ⃗ sin
Ɛ = Ɛmaks sin
Ɛmaks = ⃗

Dikenal generator AC yang menghasilkan arus bolak balik, dan generator DC yang
menghasilkan arus searah. Prinsip kerja kedua jenis generator sama. Perbedaan terletak pada
adanya komutator (cincin belah) pada generator DC, sehingga arus yang keluar hanya pada
satu arah.

Gambar 3.19. Generator AC dan Generator DC

6. Transformator

Gambar 3.20. Transformator

Selain generator, penggunaan induksi elektromanetik yang lain adalah transformator.
Bagaimana komponen transformator dan prinsip kerja transformator, perhatikan gambar dan
penjelasan berikut.
Transformator terdiri atas kumparan primer dan kumparan sekunder yang dililitkan pada inti
besi. Kumparan primer dan kumparan sekunder tidak terhubung secara listrik tetapi terhubung
secara magnetik. Fungsi transformator adalah menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-
balik. Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik yang akan

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 32

dinaikkan atau diturunkan tegangannya. Kuat arus bolak-balik pada kumparan primer
senantiasa berubah terhadap waktu, berarti ada . Induksi magnetik ⃗⃗ di sekitar kawat
berarus berbanding lurus dengan I. Karena ada berarti ada pula ⃗⃗ . Karena ada ⃗⃗
berarti ada ∅ pada kumparan primer. Perubahan fluks pada kumparan primer ini terjadi juga
pada kumparan sekunder karena pertimbangan konstruksinya. Untuk transformator ideal,
kecepatan perubahan fluks di kumparan primer sama dengan perubahan fluks di kumparan
sekunder.

Sehingga diperoleh

=

Vp adalah tegangan pada kumparan primer
Vs adalah tegangan pada kumparan sekunder
Np adalah jumlah lilitan kumparan primer
Ns adalah jumlah lilitan kumparan sekunder

Jika efisiensi transformator 100% maka daya yang dipindahkan ke kumparan sekunder
sama dengan daya yang ada pada kumparan primer.

Pp = Ps
Vp Ip = Vs Is

E Aplikasi Konsep Induksi Magnet dan Gaya Magnet dalam Produks Teknologi
Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan peralatan-peralatan

listrik yang didukung oleh motor listrik, antara lain pompa air, mesin cuci, kipas angin,
mesin jahit, dan sebagainya. Sedangkan untuk mengukur arus listrik digunakan
amperemeter, untuk mengukur tegangan listrik digunakan voltmeter. Selain itu kita juga
mengenal komputer, televisi, loudspeaker, kereta maglev, tabung sinar katoda, detektor
logam, spektrograf massa, siklotron, mikroskrop elektron, dan sebagainya. Alat - alat
tersebut berkerja menggunakan prinsip gaya Magnetik. Prinsip kerja alat tersebut dapat
dijelaskan sebagai berikut :

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 33

1. Motor Listrik
Pernahkah kamu bertanya mengapa kipas angin dapat berputar atau

mengapa mobil mainan dapat bergerak ketika diberi baterai? Di antara Anda
pasti ada yang sudah mengenal motor listrik, bukan?

Gambar 20. Kipas Angin
Sumber Google.com

Motor listriklah yang menyebabkan kipas angin dan roda mobil mainan

dapat berputar.Sebenarnya, masih banyak penggunaan motor listrik dalam

kehidupan sehari hari, misalnya bor listrik, pengering rambut, dan pemutar

antena televisi. Untuk lebih memahami mengenai motor listrik perhatikan

tayangan video berikut Mari Kita Amati

https://www.youtube.com/watch?v=JNNNs3K5iy 34
Sumber Youtube.com

2. Alat-Alat Ukur Listrik (Galvanometer)
Pada prinsipnya cara kerja antara alat ukur listrik dengan motor listrik

sama, yaitu. pemanfaatan dari gaya magnet. Perbedaannya pada ampermeter dan
voltmeter, jangkar tempat kumparan dibelitkan ditaruh sebuah pegas yang
berfungsi untuk meredam putaran dari kumparan, sehingga kumparan hanya
akan terpuntir saja, di mana sudut puntiran kumparan akan sebanding dengan
besarnya kuat arus yang mengalir pada kumparan tersebut. Besarnya sudut
puntiran inilah yang dikalibrasikan untuk menentukan besaran yang akan diukur
yang kemudian dibuatkan jarum penunjuk dan skala untuk hasil pengukuran.

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

Gambar 21 Bagian-bagian alat ukur listrik
Sumber Google.com

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 35

Galvanometer adalah komponen dasar dari amperemeter, voltmeter, dan 36
ohmmeter. Dalam mengukur kuat arus listrik, galvanometer berkerja
berdasarkan prinsip bahwa sebuah kumparan yang dialiri arus listrik dapat
berputar ketika diletakkan dalam suatu medan magnetik. Pada dasarnya,
kumparan terdiri dari banyak lilitan kawat.

Pada gambar di tunjukkan kumparan (hanya satu gelung dengan satu
lilitan)sebuah galvanometeryang digantung diantara kutub utara-selatan sebuah
magnet U dan berputar bebas terhadap poros vertikal. Pada poros terpasang
sebuah jarum penunjuk sebuah pegas.

Ketika arus listrik dialirkan pada kumparan, kopel magnetik akan memutar
kumparan. Karena kumparan hanya dapat berputar maksimun seperempat
putaran sampai kedudukan kumparan tegak lurus terhadap magnetik, maka skala
penuh galvanometer didesain pada kedudukan ini.

Ketika kumparan berputar, jarum penunjuk ikut berputar. Tetapi begitu
kumparan berputar, pegas tegang dan menghasilkan suatu kopel lawan.
Kumparan dan jarum penunjuk berhenti berputar ketika kopel magnetik
sembang dengan kopel pegas. Pada saat itu jarum berhenti bergerak dan
menunjuk angka tertentu pada skala. Makin besar arus listrik, makin besar kopel
magnetik, dan makin jauh kumparan berputar. Simpangan kumparan dan juga
jarum penunjuk didesain langsung sebanding dengan kuat arus sehingga skala
pengukuran dapat dikalibrasi untuk besar kuat arus listrik.

3. Pengeras Suara (Loudspeaker)
Hampir semua orang mengenal pengeras suara. Pengeras suara bekerja

berdasarkan prinsip induksi magnetik yang memberikan gaya magnetik pada
kawat berarus listrik, arus listrik bersumber dari generator AC dikirimkan
melalui pesawat radio atau TV yang dihubungkan ke ujung kabel loudspeaker.

Kabel pada loudspeaker dihubungkan pada sebuah kumparan kawat yang
terpasang pada lorong loudspeaker. Selaput loudspeaker biasanya terbuat dari
bahan elastis yang dapat bergerak maju mundur dengan bebas. Ketika arus
bolak-balik dari penerima mengalir melalui kumparan kawat, kumparan dan

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

selaput loudspeaker mengalami gaya yang disebabkan induksi magnetik oleh
medan magnetik permanen.

Melalui arus bolak-balik dengan frekuensi sinyal audio berkisar 1.000 Hz
selaput loudspeaker bergerak maju mundur pada frekuensi yang sama. Partikel-
partikel udara yang terdorong keluar oleh selaput loudspeaker menimbulkan
rapatan dan regangan pada udara sekitarnya sehingga loudspeaker dapat
mengubah energi listrik menjadi energi bunyi.

4. Detektor Logam
Detektor logam berkerja berdasarkan konsep gaya magnet, yaitu fluks

magnet. Peningkatan fluks magnet biasanya disertai peningkatan tegangan
didalam arus yang mengalir lewat kumparan penerima yang memicu alarm.
Kumparan penerima yang melarik badan seseorang segera menyiagakan bila
sejumlah logam dapat terdeteksi.

5. Kereta Maglev

Jenis kereta api terbang, Maglev Train (Magnetically Levitation), 37
menggunakan prinsip gaya magnetik dalam pergerakannya. Kereta api ini
bergerak tanpa menyentuh lintasan dan melayang setinggi beberapa centimeter
di

Kemampuan gaya magnetik untuk menyangga gaya berat kereta api
hingga dapat melayang di atas lintasan rel dan bergerak dengan kecepatan di atas
400 km/jam adalah akibat dinding rel yang terpasang pada kedua sisi lintasan di
sepanjang rel kereta api dilengkapi dengan kumparan kumparan kawat.
Berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, kumparan-kumparan tersebut

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

dapat menjadi magnet dan kereta api dapat bergerak karena adanya interaksi
antara magnet-magnet pada dinding dan magnet-magnet pada kereta. Semakin
cepat laju kereta, semakin besar induksi magnetik yang diperolehnya. Ketika
posisi kereta berada beberapa centimeter di bawah pusat magnet dinding, baik
kutub utara dan kutub selatan dinding keduanya akan mendorong kereta ke atas
yang menyebabkan kereta melayang beberapa centimeter.

Untuk lebih memahami tetang kereta maglev tontonlah video berikut ini

Mari Kita Amati

https://www.youtube.com/watch?v=bsIpuCU1vVA
Sumber Youtube.com

B. TUGAS
1. Gambarlah skema sebuah generator, kemudian jelaskan fungsi dari setiap

komponen generator.
2. Jelaskan faktor-faktor yang menentukan besarnya GGL induksi maksimum

yang dihasilkan sebuah generator AC.
3. Dapatkah sebuah transformator menaikkan atau menurunkan tegangan searah?

Mengapa demikian?

C. FORUM DISKUSI

cermin magnetic bukanlah cermin biasa. Cermin ini berupa suatu ruangan
yang berisi medan magnet non homogen. Cermin ini di manfaatkan untuk
menyimpan pertiker bermuatan berenergi tinggi. Diskusikanlah Bersama
teman mu bagaimanakah prinsip kerja alat ini

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 38

RANGKUMAN

1. Hukum Biot–Savart menyatakan bahwa besarnya induksi magnet di suatu
titik di sekitar kawat berarus listrik :
a. Berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir pada kawat tersebut.
b. Berbanding lurus dengan panjang kawat penghantarnya.
c. Berbanding lurus dengan sinus sudut yang dibentuk oleh arah arus
dengan garis hubung dari suatu titik ke kawat penghantar.
d. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari titik itu ke kawat
penghantar.

2. Besarnya kuat medan magnet di sekitar kawat lurus panjang beraliran arus
listrik dinyatakan :
B  μ0 I
2π r

3. Besarnya induksi magnet di sekitar kawat berbentuk lingkaran dinyatakan
sebagai berikut :
a. di titik pusat lingkaran
B  μ0 I
2a

b. di titik pada sumbu lingkaran
B  μ0 I sin3 
2a

4. Besarnya induksi magnet di dalam solenoida dinyatakan :
a. di pusat (tengah-tengah) solenooida
BPusat  μ0 I N

b. di ujung solenoida :

Bujung  1 μ0 I N
2

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 39

5. Besarnya induksi magnet di dalam toroida dinyatakan dengan :

dimana 2πa = keliling toroida.

6. Sebuah kawat penghantar yang berada dlam medan magnet akan mendapat
gaya Lorentz (gaya magnet) sebesar : F = I B ℓ sin θ

7. Besarnya gaya magnet yang dialami oleh partikel bermuatan yang bergerak
dalam medan magnet dinyatakan : F = B q v sin θ

8. Lintasan partikel bermuatan listrik yang memasuki medan listrik secara
tegak lurus akan berupa lingkaran yang jari-jari lintasannya dapat dnyatakan
:
rmv
Bq

9. Besarnya gaya magnet yang dialami oleh dua kawat penghantar beraliran
arus listrik dinyatakan :
μ0I

2 a

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 40

SOAL FORMATIF 41

1. Pernyataan dibbawah ini yang tidak benar tentang induksi magnetik pada
penghantar berarus adalah..
a. Kuat medan magnet berbanding lurus dengan beda potensial
b. Kuat medan magnet berbanding lurus dengan kuat arus
c. Kuat medan magnet berbanding lurus dengan panjang elemen
d. Kuat medan magnet berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara titik
terhadap elemen arus
e. Arah induksi tegak lurus bidang yang melalui elemen arus dari titik

2. Tentukan induksi magnetik yang dihasilkan oleh kawat lurus berarus 45 A pada
titik yang berjarak 15 cm dari kawat..
a. 2x10-5 Wb/m2
b. 3x10-5 Wb/m2
c. 4x10-5 Wb/m2
d. 5x10-5 Wb/m2
e. 6x10-5 Wb/m2

3. Hitunglah induksi magnet pada pusat kawat melingkar arus 25 A dengan jari-
jari 20 cm dan jumlah lilitan kawat 5 lilitan
a. 100π x10-6Wb/m2
b. 125π x10-6Wb/m2
c. 130π x10-6Wb/m2
d. 145π x10-6Wb/m2
e. 150π x10-6Wb/m2

4. Sebuah solenoida yang panjangnya 50 cm memiliki 2000 lilitan, dialiri arus
sebesar 4 ampere. Berapakah besar induksi magnetik yang terdapat pada pusat
solenoida tersebut.
a. 24π x10-4Wb/m2
b. 35π x10-4Wb/m2
c. 44π x10-4Wb/m2
d. 58π x10-4Wb/m2
e. 64π x10-4Wb/m2

5. Sebuah toroida berjari-jari 20 cm dialiri arus sebesar 0,8 A. Jika toroida
mempunyai 50 lilitan, berapakah besar induksi magnetik yang berada dipusat
toroida
a. 3 x10-5Wb/m2
b. 3 x10-6Wb/m2
c. 4 x10-4Wb/m2
d. 4 x10-5Wb/m2
e. 4 x10-6Wb/m2

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET”

6. Perhatikan gambar.

Berdasarkan gambar diatas, kemanakah arah gaya lorentz
a. Keluar bidang kertas
b. Kedalam bidang kertas
c. Kearah kanan (searah medan magnet)
d. Kearah kiri (berlawanan medan magnet)
e. Searah arus listrik

7. Suatu kawat berarus listrik 10 A dengan arah ke atas berada dalam medan
magnetik 0,5 Wb/m2 dengan membentuk sudut 30o terhadap kawat. Jika
panjangkawat 5 meter, besar gaya Lorentz yang dialami kawat adalah
a. 10 N
b. 10,5 N
c. 11 N
d. 12 N
e. 12,5 N

8. Sebuah muatan listrik bergerak dalam medan magnet. Agar muatan listrik bisa
bergerak dalam lintasan lurus (tidak dibelokkan) maka arah muatan harus...
a. Membentuk sudut 20o dengan arah medan magnet
b. Membentuk sudut 60o dengan arah medan magnet
c. Membentuk sudut 45o dengan arah medan magnet
d. Membentuk sudut 30o dengan arah medan magnet
e. Sejajar medan magnet

9. Sebuah partikel bermuatan sebesar 5.10-5 C bergerak dalam medan magnet 0,5
Wb/m2 dengan kecepatan 2 x 104 m/s. berapakah besarnya gaya lorentz yang
dialami partikel tersebut jika arah geraknya membentuk sudut 30o terhadap
medan magnet
a. 0,25 N
b. 0,66 N
c. 0,75 N
d. 1 N
e. 1,25 N

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 42

10. Perhatikan gambar

Dari gambar diatas, pada jarak berapakah kawat C harus diletakkan agar
resultan gaya yang bekerja pada kawat C sebesar nol.
a. 4 meter dikiri kawat A
b. 2 meter dikiri kawat A
c. 1 meter dikanan kawat A
d. 1 meter dikanan kawat B
e. 2 meter dikanan kawat B

11. Perhatikan alat-alat teknologi di bawah ini:
1) Motor listrik dan Siklotron
2) Generator listrik dan galvanometer
3) Spektometer massa dan detektor Logam
4) Kereta Maglev
Dari data diatas, alat – alat yang prinsip kerja nya menerapkan konsep induksi
magnetik dan gaya magnetik adalah....
a. 1, 2, 3
b. 3 dan 4
c. 1 dan 3
d. Semua benar
e. 2 dan 4

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 43

KUNCI JAWABAN
1. B
2. E
3. B
4. E
5. D
6. A
7. E
8. E
9. A
10. B
11. D

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 44

DAFTAR PUSTAKA

Saripudin, AIP. 2009. Praktis Belajar Fisika SMA/MA Kelas XII, Jakarta:
Departemen Pendidikan Nasional

Siswanto. 2009. Fisika SMA/MA Kelas XII, Jakarta: Departemen Pendidikan
Nasional

Surya, Yohanes. 2008. Fisika Gasing, Tanggerang :PT. Kandel
Kanginan, Marthen. 2013. Fisika SMA Kelas XI, Jakarta: Penerbit Erlangga

Zenab, Siti dan Sunardi. 2013. Fisika SMA Kelas XI, Bandung: Penerbit Yrama
Widya

MODUL PEMBELAJARAN SMA “ LISTRIK MAGNET” 45