Bab 3: Medan Magnetik

Jawaban benar: B. $1\times 10^{-5}\text{T}$ Pembahasan: $B=\frac{{\mu }_{0}I}{2\pi r}$. ${\mu }_0=4\pi \times 10^{-7},I=5A,r=0,1m$. Maka $B=\frac{4\pi \times 10^{-7}\times 5}{2\pi \times 0,1}=1\times 10^{-5}\text{T}$.

Jawaban benar: C. $1,8\times 10^{-5}\text{N/m}$ Pembahasan: $F/L=\frac{{\mu }_0{I}_1{I}_2}{2\pi d}$. $4\pi \times 10^{-7}\times 6\times 3/(2\pi \times 0,2)=1,8\times 10^{-5}$. Arah gaya tarik-menarik karena arus searah.

Jawaban benar: C. $1,8\times 10^{-5}\text{N/m}$ Pembahasan: $F/L=\frac{{\mu }_0{I}_1{I}_2}{2\pi d}$. $4\pi \times 10^{-7}\times 6\times 3/(2\pi \times 0,2)=1,8\times 10^{-5}$. Arah gaya tarik-menarik karena arus searah.

Jawaban benar: A. ke atas Pembahasan: Gunakan arah vektor: arus ke timur (→, sumbu +x), medan ke utara (↑, sumbu +y). Gaya per satuan panjang: $\vec{F}=I\vec{L}\times \vec{B}$. $\hat{x}\times \hat{y}=\hat{z}$ (ke atas). Jadi gaya ke atas.

Jawaban benar: B. ke bawah Pembahasan: Arah $\vec{v}$ ke utara (+y), ($\vec{B}$) ke timur (+x). Untuk muatan positif, $\vec{F}=q\vec{v}\times \vec{B}$. $\hat{y}\times \hat{x}=-\hat{z}\to$ arah ke bawah.

Jawaban Benar: E. 10 A Pembahasan: Diketahui: $L=50\text{cm}=5\times 10^{-1}\text{m},N=100,B=4\pi \times 10^{-4}\text{T (pada ujung solenoid)}$ Ditanya: $I=?$ Rumus: $B=\frac{{\mu }_{0}NI}{2L}$ $4\pi \times 10^{-4}=\frac{(4\pi \times 10^{-7})(100)I}{2(5\times 10^{-1})}$ $4\pi \times 10^{-4}=4\pi \times 10^{-5}I$ $I=\frac{4\pi \times 10^{-4}}{4\pi \times 10^{-5}}=10\text{A}$

Jawaban benar: C. Karena arah induksi magnetik menunjukkan arah gaya magnetik Pembahasan: Arah induksi magnetik menggambarkan arah gaya magnetik yang bekerja pada partikel bermuatan. Oleh karena itu, garis medan magnet selalu menyinggung arah induksi magnetik di setiap titik. Hal ini memastikan konsistensi antara konsep gaya dan arah medan.

Jawaban benar: B. $4\times 10^{-3}\text{T}$ Penyelesaian: Medan dalam solenoid ideal: $B={\mu }_0\frac{N}{L}I$. Dengan $N=1000$, $L=0.5\text{m}$, $I=2\text{A}$: $B=4\pi \times 10^{-7}\times \frac{1000}{0.5}\times 2=5.0265\times 10^{-3}\text{T}\approx 5.0\times 10^{-3}\text{T}.$

Jawaban benar: C. $5\times 10^{-3}\text{T}$ Penyelesaian: Medan dalam solenoid ideal: $B={\mu }_0\frac{N}{L}I$. Dengan $N=1000$, $L=0.5\text{m}$, $I=2\text{A}$: $B=4\pi \times 10^{-7}\times \frac{1000}{0.5}\times 2=5.0265\times 10^{-3}\text{T}\approx 5.0\times 10^{-3}\text{T}.$

Jawaban benar: C. $5\times 10^{-3}\text{T}$ Penyelesaian: Medan dalam solenoid ideal: $B={\mu }_0\frac{N}{L}I$. Dengan $N=1000$, $L=0.5\text{m}$, $I=2\text{A}$: $B=4\pi \times 10^{-7}\times \frac{1000}{0.5}\times 2=5.0265\times 10^{-3}\text{T}\approx 5.0\times 10^{-3}\text{T}.$

Jawaban benar: B. tolak menolak Pembahasan: Medan magnet yang dihasilkan oleh salah satu kawat akan memberikan gaya pada kawat lainnya. Berdasarkan hukum Ampere, arah gaya ini ditentukan oleh arah arus kedua kawat. Karena arus mengalir berlawanan, maka gaya yang bekerja pada masing-masing kawat menjauhi satu sama lain. Fenomena ini merupakan manifestasi interaksi medan magnet akibat arus listrik.

Jawaban benar: A. menjadi dua kali semula Pembahasan: Karena $B={\mu }_0(N/L)I$, maka jika L diperkecil setengah, B menjadi dua kali lebih besar.

Jawaban benar: B. F/2 Pembahasan: Gaya $F\propto I_1{I}_2$, maka perbandingan $F_2/F_1=(I\times I)/(I\times 2I)=1/2$.

Jawaban benar: B. 0,12 N Penyelesaian: $F=qvB$ (tegak lurus). $q=2\times 10^{-6}\text{C},v=3\times 10^5,B=\mathrm{0.2.}$ $F=2\times 10^{-6}\times 3\times 10^5\times 0.2=0.12\text{N}.$

Jawaban benar: B. π : 1 Pembahasan: Medan magnet kawat lurus $B=\frac{{\mu }_{0}I}{2\pi r}$ sedangkan lingkaran $B=\frac{{\mu }_{0}I}{2r}$. Maka perbandingan $B_{lingkar}/B_{lurus}=\pi :1$.

Jawaban benar: A. 0,25 T Pembahasan: Medan magnet solenoid ditentukan oleh rumus: B = μ₀ × (N/L) × I Keterangan: B = medan magnet μ₀ = konstanta permeabilitas N = jumlah lilitan L = panjang solenoid I = arus listrik Jika panjang solenoid dibuat dua kali semula, berarti L menjadi 2L, sedangkan N dan I tetap. Maka: B' = μ₀ × (N / 2L) × I B' = ½ × μ₀ × (N / L) × I B' = ½ × B Jadi medan magnet baru adalah: B' = ½ × 0,5 T = 0,25 T Ketika panjang solenoid diperpanjang dua kali, medan magnetnya menjadi setengah dari semula, yaitu 0,25 T.

Jawaban benar: D. nol Pembahasan: Kawat yang dialiri arus searah menghasilkan gaya tarik-menarik satu sama lain karena medan magnet yang mereka timbulkan saling menguatkan di antara keduanya. Pada kawat tengah, gaya tarik dari kawat kanan dan kiri sama besar, tetapi arahnya berlawanan, sehingga resultannya nol. Ini menunjukkan keseimbangan gaya magnet pada sistem simetris.

Jawaban benar: D. ke arah keluar bidang kertas Pembahasan: Berdasarkan aturan tangan kanan, ibu jari menunjukkan arah arus, sedangkan jari-jari lain menunjukkan arah medan magnet. Jika arus ke atas, maka pada sisi timur kawat medan magnet keluar bidang kertas. Prinsip ini menunjukkan hubungan tiga dimensi antara arus dan medan magnet.

Jawaban benar: A. Proton dalam inti atom hidrogen di tubuh manusia Pembahasan: MRI bekerja dengan memanfaatkan medan magnet sangat kuat dan gelombang radio untuk memengaruhi putaran (spin) proton hidrogen dalam tubuh. Ketika medan magnet diubah, proton memancarkan sinyal yang diolah komputer menjadi gambar organ tubuh. Teknologi ini tidak menggunakan radiasi pengion, sehingga aman untuk pemeriksaan medis.

Jawaban benar: A. $3,6\times 10^{-5}\text{N/m}$ Penyelesaian: $F/L=\frac{{\mu }_0{I}_1{I}_2}{2\pi d}=\frac{4\pi \times 10^{-7}\times 3\times 6}{2\pi \times 0,1}=3,6\times 10^{-5}\text{N/m}$. Gaya bersifat tolak-menolak karena arus berlawanan.

Jawaban benar: A. $3,6\times 10^{-5}\text{N/m}$ Penyelesaian: $F/L=\frac{{\mu }_0{I}_1{I}_2}{2\pi d}=\frac{4\pi \times 10^{-7}\times 3\times 6}{2\pi \times 0,1}=3,6\times 10^{-5}\text{N/m}$. Gaya bersifat tolak-menolak karena arus berlawanan.

Jawaban benar: C. Menjadi dua kali lipat Pembahasan: Berdasarkan hukum Biot–Savart, besar induksi magnetik 𝐵 berbanding lurus dengan kuat arus 𝐼. Jika arus dilipatgandakan, medan magnet juga meningkat dua kali lipat. Hubungan linear ini menunjukkan keterkaitan langsung antara sumber arus dan efek magnetiknya.

Jawaban benar: B. Arah medan magnet terbalik Pembahasan: Menggunakan tangan kiri akan menghasilkan arah yang berlawanan dengan aturan sebenarnya. Akibatnya, arah medan magnet yang ditentukan menjadi terbalik dari kondisi fisik sesungguhnya. Ini menekankan pentingnya pemahaman konsep dan prosedur yang benar dalam penerapan aturan tangan kanan.

Jawaban benar: C. Arus listrik dapat menimbulkan medan magnet di sekitarnya Pembahasan: Percobaan Oersted menunjukkan bahwa jarum magnet menyimpang ketika kawat dialiri arus listrik. Ini membuktikan adanya medan magnet yang muncul di sekitar kawat penghantar berarus listrik. Dengan demikian, arus listrik dan magnet saling berkaitan, dan fenomena ini menjadi dasar konsep elektromagnetik modern.

Jawaban benar: B. Medan magnet berbentuk lingkaran mengelilingi kawat Pembahasan: Aturan tangan kanan menunjukkan bahwa jika ibu jari menyatakan arah arus listrik, maka empat jari lainnya menggambarkan arah putaran medan magnet. Medan magnet tersebut berbentuk melingkar mengelilingi kawat. Arah putarannya bergantung pada arah arus yang mengalir dalam kawat.