Untuk membantu Anda menguasai materi ini, kami telah menyiapkan kumpulan contoh soal fisika magnet yang super lengkap! Artikel ini menyajikan 32 soal bervariasi, meliputi Pilihan Ganda, Isian Singkat, Uraian, dan Mencocokkan, yang dirancang untuk menguji pemahaman Anda secara menyeluruh. Setiap soal telah dilengkapi dengan kunci jawaban dan penjelasan mendalam, terutama untuk soal pilihan ganda. Yuk, asah kemampuan Anda, uji pemahaman, dan jadilah ahli fisika magnet sejati! Selamat belajar dan semoga sukses!
Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Fisika Magnet! 32 Contoh Soal Paling Lengkap dan Kunci Jawaban (Pasti Paham!)
Pilihan Ganda
1. 1. Bahan yang sangat kuat ditarik oleh magnet disebut bahan…
A. Paramagnetik
B. Diamagnetik
C. Ferromagnetik
D. Nonmagnetik
2. 2. Arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus dapat ditentukan menggunakan kaidah…
A. Tangan kiri Fleming
B. Tangan kanan Ampere
C. Tangan kanan Maxwell
D. Tangan kiri Lorentz
3. 3. Satuan internasional untuk kuat medan magnet adalah…
A. Weber
B. Tesla
C. Ampere
D. Volt
4. 4. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik. Medan magnet yang dihasilkan berbanding lurus dengan…
A. Jarak dari kawat
B. Kuat arus listrik
C. Kuadrat jarak dari kawat
D. Panjang kawat
5. 5. Faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya Lorentz pada kawat berarus dalam medan magnet adalah, kecuali…
A. Panjang kawat
B. Kuat arus listrik
C. Kuat medan magnet
D. Massa kawat
6. 6. Peristiwa timbulnya arus listrik akibat perubahan fluks magnetik disebut…
A. Induksi magnetik
B. Induksi elektromagnetik
C. Resonansi
D. Polarisasi
7. 7. Hukum yang menyatakan bahwa arah arus induksi akan selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya adalah Hukum…
A. Faraday
B. Lenz
C. Ampere
D. Gauss
8. 8. Sebuah transformator ideal memiliki 100 lilitan primer dan 500 lilitan sekunder. Jika tegangan primer 20 V, maka tegangan sekundernya adalah…
A. 4 V
B. 20 V
C. 100 V
D. 500 V
9. 9. Berikut ini adalah contoh bahan ferromagnetik, kecuali…
A. Besi
B. Nikel
C. Kobalt
D. Aluminium
10. 10. Fluks magnetik didefinisikan sebagai…
A. Kuat medan magnet per satuan luas
B. Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu bidang secara tegak lurus
C. Gaya yang bekerja pada muatan listrik bergerak
D. Potensial listrik yang dihasilkan oleh medan magnet
11. 11. Alat yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik adalah…
A. Motor listrik
B. Transformator
C. Generator
D. Galvanometer
12. 12. Sebuah solenoida panjang memiliki N lilitan, panjang L, dan dialiri arus I. Kuat medan magnet di pusat solenoida adalah…
A. B = μ₀ N I
B. B = μ₀ N I / L
C. B = μ₀ I / (2πR)
D. B = μ₀ I / (2L)
13. 13. Arah gaya Lorentz pada muatan positif yang bergerak dalam medan magnet dapat ditentukan dengan kaidah…
A. Tangan kanan Fleming
B. Tangan kiri Fleming
C. Tangan kanan Ampere
D. Tangan kiri Lorentz
14. 14. Transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan disebut…
A. Transformator step-down
B. Transformator step-up
C. Transformator isolasi
D. Transformator daya
15. 15. Jika sebuah kawat berarus digerakkan sejajar dengan arah medan magnet, maka gaya Lorentz yang dialami kawat adalah…
A. Maksimum
B. Minimum (nol)
C. Setengah maksimum
D. Tidak dapat ditentukan
16. 16. Berikut adalah aplikasi dari gaya Lorentz, kecuali…
A. Motor listrik
B. Generator
C. Galvonameter
D. Pengeras suara
17. 17. Medan magnet di pusat toroida dengan N lilitan, jari-jari efektif a, dan arus I adalah…
A. B = μ₀ N I / (2πa)
B. B = μ₀ N I / a
C. B = μ₀ I / (2πa)
D. B = μ₀ N I
18. 18. Sebuah partikel bermuatan bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnet B. Besar gaya Lorentz yang dialami partikel adalah…
A. F = q v B
B. F = q v / B
C. F = q B / v
D. F = B / (q v)
19. 19. Apabila fluks magnetik yang melewati suatu kumparan berubah, maka pada kumparan tersebut akan timbul…
A. Energi potensial
B. Gaya magnetik
C. GGL induksi
D. Arus konveksi
20. 20. Sebuah transformator ideal memiliki efisiensi…
A. Kurang dari 100%
B. Tepat 100%
C. Lebih dari 100%
D. Bervariasi tergantung beban
Isian Singkat
1. 1. Bahan yang tidak ditarik oleh magnet disebut bahan…
2. 2. Hukum yang menyatakan besar GGL induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik adalah Hukum…
3. 3. Satuan untuk fluks magnetik adalah…
4. 4. Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik kecil berdasarkan gaya Lorentz adalah…
5. 5. Medan magnet bumi melindungi kita dari…
Uraian
1. 1. Jelaskan perbedaan antara bahan ferromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik beserta contohnya!
2. 2. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 2 A. Tentukan besar medan magnet pada titik berjarak 4 cm dari kawat! (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A)
3. 3. Jelaskan prinsip kerja transformator ideal dan tuliskan rumus hubungannya!
4. 4. Sebuah partikel bermuatan 2 mC bergerak dengan kecepatan 3 × 10⁵ m/s tegak lurus terhadap medan magnet 0,5 T. Hitung besar gaya Lorentz yang dialami partikel tersebut!
5. 5. Sebuah solenoida memiliki 200 lilitan, panjang 20 cm, dan dialiri arus 5 A. Hitunglah besar medan magnet di pusat solenoida! (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A)
Mencocokkan
1. Cocokkan pasangan berikut:
1. Generator
2. Kompas
2. Cocokkan pasangan berikut:
1. Bahan Diamagnetik
2. Bahan Ferromagnetik
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. C
Pembahasan: Bahan ferromagnetik adalah bahan yang ditarik sangat kuat oleh magnet, misalnya besi, nikel, dan kobalt.
2. B
Pembahasan: Kaidah tangan kanan Ampere digunakan untuk menentukan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus. Ibu jari menunjukkan arah arus, dan jari-jari yang melingkar menunjukkan arah medan magnet.
3. B
Pembahasan: Satuan internasional (SI) untuk kuat medan magnet adalah Tesla (T).
4. B
Pembahasan: Berdasarkan Hukum Ampere untuk kawat lurus, B = (μ₀I) ÷ (2πa), di mana B berbanding lurus dengan I (kuat arus listrik) dan berbanding terbalik dengan a (jarak dari kawat).
5. D
Pembahasan: Gaya Lorentz (F) pada kawat berarus dirumuskan F = B I L sinθ. Jadi, faktor yang memengaruhi adalah kuat medan magnet (B), kuat arus (I), panjang kawat (L), dan sudut antara I dan B. Massa kawat tidak memengaruhi gaya Lorentz secara langsung.
6. B
Pembahasan: Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya arus listrik (atau GGL induksi) akibat perubahan fluks magnetik.
7. B
Pembahasan: Hukum Lenz menjelaskan arah arus induksi yang selalu menentang penyebabnya.
8. C
Pembahasan: Untuk transformator ideal, V₁/V₂ = N₁/N₂. Jadi, 20/V₂ = 100/500 → 20/V₂ = 1/5 → V₂ = 20 × 5 = 100 V.
9. D
Pembahasan: Besi, nikel, dan kobalt adalah contoh bahan ferromagnetik. Aluminium adalah bahan paramagnetik.
10. B
Pembahasan: Fluks magnetik (Φ) adalah ukuran jumlah total garis medan magnet yang menembus suatu area tertentu.
11. C
Pembahasan: Generator mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik melalui prinsip induksi elektromagnetik.
12. B
Pembahasan: Kuat medan magnet di pusat solenoida adalah B = μ₀ (N/L) I atau B = μ₀ n I, di mana n adalah jumlah lilitan per satuan panjang (n = N/L).
13. B
Pembahasan: Kaidah tangan kiri Fleming (atau kaidah tangan kanan untuk muatan positif jika ibu jari adalah kecepatan, telunjuk medan magnet, dan jari tengah gaya) digunakan untuk menentukan arah gaya Lorentz pada muatan bergerak. Ibu jari menunjukkan arah gaya, telunjuk arah medan magnet, dan jari tengah arah kecepatan muatan positif.
14. B
Pembahasan: Transformator step-up adalah transformator yang menaikkan tegangan, ditandai dengan jumlah lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer (N₂ > N₁).
15. B
Pembahasan: Gaya Lorentz F = B I L sinθ. Jika kawat bergerak sejajar dengan medan magnet, maka θ = 0° atau θ = 180°, sehingga sinθ = 0. Dengan demikian, gaya Lorentz yang dialami adalah nol (minimum).
16. B
Pembahasan: Motor listrik, galvanometer, dan pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik (GGL induksi).
17. A
Pembahasan: Medan magnet di pusat toroida adalah B = (μ₀ N I) ÷ (2πa), di mana a adalah jari-jari rata-rata toroida.
18. A
Pembahasan: Gaya Lorentz pada partikel bermuatan q yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus medan magnet B dirumuskan F = q v B.
19. C
Pembahasan: Menurut Hukum Faraday, perubahan fluks magnetik yang melewati suatu kumparan akan menimbulkan GGL induksi (Gaya Gerak Listrik induksi).
20. B
Pembahasan: Transformator ideal diasumsikan tidak memiliki kehilangan energi, sehingga efisiensinya adalah 100%.
Isian Singkat
1. Diamagnetik
2. Faraday
3. Weber (Wb)
4. Galvanometer
5. Angin surya (partikel bermuatan dari matahari)
Uraian
1.
- Ferromagnetik: Bahan yang sangat kuat ditarik oleh magnet dan dapat dimagnetisasi secara permanen. Contoh: Besi, nikel, kobalt.
- Paramagnetik: Bahan yang ditarik lemah oleh magnet dan tidak dapat dimagnetisasi secara permanen. Contoh: Aluminium, platina, oksigen.
- Diamagnetik: Bahan yang ditolak lemah oleh magnet dan tidak dapat dimagnetisasi. Contoh: Bismut, perak, tembaga, air.
2. Diketahui:
I = 2 A
a = 4 cm = 0,04 m
μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A
Rumus medan magnet kawat lurus:
B = (μ₀ I) ÷ (2π a)
B = (4π × 10⁻⁷ × 2) ÷ (2π × 0,04)
B = (8π × 10⁻⁷) ÷ (0,08π)
B = 100 × 10⁻⁷
B = 1 × 10⁻⁵ T
Jadi, besar medan magnet pada titik tersebut adalah 1 × 10⁻⁵ T.
3. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika arus AC mengalir melalui kumparan primer, ia menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah. Fluks magnetik ini melewati inti besi dan menginduksi GGL pada kumparan sekunder. Karena fluksnya AC, GGL induksi yang dihasilkan juga AC.
Untuk transformator ideal (tanpa kehilangan energi):
Hubungan Tegangan dan Lilitan: V₁/V₂ = N₁/N₂
Hubungan Arus dan Lilitan: I₁/I₂ = N₂/N₁
Hubungan Tegangan dan Arus: V₁ I₁ = V₂ I₂ (Daya primer = Daya sekunder)
Keterangan:
V₁ = Tegangan primer
V₂ = Tegangan sekunder
N₁ = Jumlah lilitan primer
N₂ = Jumlah lilitan sekunder
I₁ = Arus primer
I₂ = Arus sekunder
4. Diketahui:
q = 2 mC = 2 × 10⁻³ C
v = 3 × 10⁵ m/s
B = 0,5 T
θ = 90° (tegak lurus), sehingga sinθ = 1
Rumus gaya Lorentz pada partikel:
F = q v B sinθ
F = (2 × 10⁻³) × (3 × 10⁵) × (0,5) × 1
F = (2 × 3 × 0,5) × (10⁻³ × 10⁵)
F = 3 × 10²
F = 300 N
Jadi, besar gaya Lorentz yang dialami partikel adalah 300 N.
5. Diketahui:
N = 200 lilitan
L = 20 cm = 0,2 m
I = 5 A
μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A
Rumus medan magnet di pusat solenoida:
B = (μ₀ N I) ÷ L
B = (4π × 10⁻⁷ × 200 × 5) ÷ 0,2
B = (4π × 10⁻⁷ × 1000) ÷ 0,2
B = (4000π × 10⁻⁷) ÷ 0,2
B = 20000π × 10⁻⁷
B = 2π × 10⁻³ T
Jadi, besar medan magnet di pusat solenoida adalah 2π × 10⁻³ T.
Mencocokkan
1. 1. Generator → Mengubah energi mekanik menjadi energi listrik
2. Kompas → Menentukan arah berdasarkan medan magnet bumi
2. 1. Bahan Diamagnetik → Ditolak lemah oleh magnet
2. Bahan Ferromagnetik → Ditarik sangat kuat oleh magnet