Selamat datang di kumpulan soal fisika medan magnet! Artikel ini dirancang untuk membantu Anda memahami konsep-konsep penting terkait medan magnet melalui berbagai jenis latihan soal. Medan magnet adalah salah satu topik fundamental dalam fisika yang mempelajari interaksi antara arus listrik dan gaya magnet. Dalam materi ini, kita akan meninjau kembali konsep-konsep seperti gaya Lorentz pada kawat berarus dan partikel bermuatan, induksi magnet yang dihasilkan oleh kawat lurus, kawat melingkar, solenoida, dan toroida, serta kaidah tangan kanan untuk menentukan arah. Dengan total 32 soal yang terdiri dari 20 soal pilihan ganda, 5 soal isian singkat, 5 soal uraian, dan 2 soal menjodohkan, Anda akan mendapatkan pengalaman belajar yang komprehensif. Setiap soal pilihan ganda dilengkapi dengan 5 opsi jawaban, dan semua pertanyaan dilengkapi dengan kunci jawaban serta penjelasan singkat untuk mempermudah pemahaman. Persiapkan diri Anda untuk menguasai materi medan magnet dengan latihan soal berkualitas ini!
I. Pilihan Ganda
- Kawat lurus panjang dialiri arus listrik 2 A. Besar induksi magnet pada titik P yang berjarak 4 cm dari kawat adalah… (μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)
A. 1 x 10⁻⁵ T
B. 1 x 10⁻⁶ T
C. 2 x 10⁻⁵ T
D. 2 x 10⁻⁶ T
E. 4 x 10⁻⁵ T - Sebuah partikel bermuatan 2 C bergerak dengan kecepatan 10 m/s memotong medan magnet homogen sebesar 0.5 T. Jika arah gerak partikel tegak lurus arah medan magnet, besar gaya Lorentz yang dialami partikel adalah…
A. 1 N
B. 5 N
C. 10 N
D. 20 N
E. 50 N - Faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya Lorentz pada kawat berarus dalam medan magnet adalah, kecuali…
A. Kuat arus listrik
B. Panjang kawat
C. Kuat medan magnet
D. Hambatan kawat
E. Sudut antara arah arus dan medan magnet - Arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus dapat ditentukan dengan kaidah…
A. Tangan kanan
B. Tangan kiri
C. Maxwell
D. Lenz
E. Faraday - Sebuah solenoida memiliki 1000 lilitan dan panjang 20 cm. Jika dialiri arus 0.5 A, besar induksi magnet di pusat solenoida adalah… (μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)
A. π x 10⁻³ T
B. 2π x 10⁻³ T
C. π x 10⁻⁴ T
D. 2π x 10⁻⁴ T
E. 4π x 10⁻⁴ T - Medan magnet di dalam toroida seragam dan hanya ada di dalam inti toroida. Besar induksi magnet di dalam toroida dihitung dengan rumus…
A. B = (μ₀ I) / (2πa)
B. B = μ₀ n I
C. B = (μ₀ N I) / (2πr)
D. B = (μ₀ N I) / L
E. B = (μ₀ I) / (4πa) - Dua kawat lurus sejajar terpisah sejauh 10 cm. Kawat pertama dialiri arus 2 A dan kawat kedua 3 A dengan arah yang sama. Gaya per satuan panjang yang dialami masing-masing kawat adalah… (μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)
A. 1.2 x 10⁻⁵ N/m (tarik menarik)
B. 1.2 x 10⁻⁵ N/m (tolak menolak)
C. 2.4 x 10⁻⁵ N/m (tarik menarik)
D. 2.4 x 10⁻⁵ N/m (tolak menolak)
E. 6 x 10⁻⁶ N/m (tarik menarik) - Sebuah elektron (muatan -1.6 x 10⁻¹⁹ C) bergerak dengan kecepatan 2 x 10⁶ m/s tegak lurus medan magnet 0.2 T. Besar gaya Lorentz pada elektron adalah…
A. 3.2 x 10⁻¹³ N
B. 6.4 x 10⁻¹³ N
C. 6.4 x 10⁻¹⁴ N
D. 3.2 x 10⁻¹⁴ N
E. 1.6 x 10⁻¹³ N - Induksi magnet pada pusat kawat melingkar berarus I dengan jari-jari R adalah…
A. B = (μ₀ I) / (2πR)
B. B = (μ₀ I) / (2R)
C. B = (μ₀ I) / (4πR)
D. B = (μ₀ N I) / (2πR)
E. B = (μ₀ N I) / (2R) - Alat yang bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz adalah…
A. Generator
B. Transformator
C. Motor listrik
D. Kompor listrik
E. Solder listrik - Jika kawat penghantar dialiri arus listrik dari Barat ke Timur dan berada dalam medan magnet yang arahnya dari Utara ke Selatan, maka arah gaya Lorentz yang dialami kawat adalah…
A. Ke atas
B. Ke bawah
C. Ke Utara
D. Ke Selatan
E. Ke Timur - Satuan dari kuat medan magnet (induksi magnet) adalah…
A. Ampere (A)
B. Volt (V)
C. Tesla (T)
D. Weber (Wb)
E. Ohm (Ω) - Daerah di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet disebut…
A. Garis gaya magnet
B. Fluks magnet
C. Medan magnet
D. Kutub magnet
E. Inti magnet - Fluks magnet didefinisikan sebagai…
A. Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu permukaan.
B. Kuat medan magnet pada suatu titik.
C. Arah medan magnet.
D. Gaya yang dialami oleh muatan bergerak.
E. Energi yang tersimpan dalam medan magnet. - Sudut antara arah arus listrik dan arah medan magnet yang menghasilkan gaya Lorentz maksimum adalah…
A. 0°
B. 30°
C. 45°
D. 60°
E. 90° - Solenoida adalah kumparan kawat panjang yang berbentuk…
A. Lingkaran
B. Persegi
C. Silinder
D. Spiral
E. U-shape - Induksi magnet di ujung solenoida adalah…
A. Sama dengan di pusat solenoida
B. Setengah dari di pusat solenoida
C. Dua kali dari di pusat solenoida
D. Nol
E. Tidak dapat ditentukan - Sebuah partikel bermuatan positif bergerak sejajar dengan arah medan magnet. Gaya Lorentz yang dialami partikel tersebut adalah…
A. Maksimum
B. Minimum (nol)
C. Setengah dari maksimum
D. Bergantung pada kecepatan
E. Bergantung pada massa partikel - Hukum Biot-Savart digunakan untuk menghitung…
A. Gaya Lorentz
B. Induksi magnet akibat elemen arus
C. Fluks magnet
D. GGL induksi
E. Energi magnet - Jika jarak dari kawat lurus berarus diperbesar dua kali, maka besar induksi magnet pada titik tersebut akan menjadi…
A. Dua kali semula
B. Setengah kali semula
C. Empat kali semula
D. Seperempat kali semula
E. Tidak berubah
II. Isian Singkat
- Arah medan magnet keluar bidang ditandai dengan simbol…
- Rumus gaya Lorentz pada kawat berarus adalah F = …
- Jika dua kawat sejajar dialiri arus berlawanan arah, maka akan terjadi gaya…
- Besar induksi magnet pada pusat loop kawat dengan N lilitan adalah B = …
- Arah gaya Lorentz pada muatan positif dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan, di mana ibu jari menunjukkan arah kecepatan, jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet, dan jari tengah menunjukkan arah…
III. Uraian
- Jelaskan faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya Lorentz pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet!
- Bagaimana cara menentukan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus dan kawat melingkar berarus? Jelaskan dengan kaidah tangan kanan!
- Sebutkan dan jelaskan perbedaan antara solenoida dan toroida dalam menghasilkan medan magnet!
- Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 5 A. Hitunglah besar induksi magnet pada titik yang berjarak 2 cm dari kawat! (μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A)
- Jelaskan prinsip kerja motor listrik sederhana berdasarkan konsep gaya Lorentz!
IV. Menjodohkan
- Jodohkanlah konsep-konsep berikut dengan definisi yang tepat:
Kolom A
A. Medan Magnet
B. Gaya Lorentz
C. Fluks Magnet
Kolom B
1. Gaya yang bekerja pada muatan bergerak atau kawat berarus dalam medan magnet.
2. Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu luasan.
3. Daerah di sekitar magnet atau arus listrik yang masih merasakan gaya magnet. - Jodohkanlah rumus induksi magnet berikut dengan sumbernya:
Kolom A
A. B = (μ₀ I) / (2πa)
B. B = (μ₀ N I) / L
C. B = (μ₀ N I) / (2R)
Kolom B
1. Pusat Solenoida
2. Kawat Lurus Panjang
3. Pusat Kumparan Melingkar
Kunci Jawaban
Pilihan Ganda
- A. Jawaban: A. Penjelasan: Menggunakan rumus B = (μ₀ I) / (2πa). B = (4π x 10⁻⁷ x 2) / (2π x 0.04) = 1 x 10⁻⁵ T.
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Menggunakan rumus F = q v B sin θ. Karena tegak lurus (sin 90° = 1), F = 2 x 10 x 0.5 = 10 N.
- D. Jawaban: D. Penjelasan: Gaya Lorentz dipengaruhi oleh kuat arus, panjang kawat, kuat medan magnet, dan sudut. Hambatan kawat tidak secara langsung memengaruhi gaya Lorentz.
- A. Jawaban: A. Penjelasan: Kaidah tangan kanan digunakan untuk menentukan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus, di mana ibu jari menunjukkan arah arus dan jari-jari lainnya melingkar menunjukkan arah medan magnet.
- A. Jawaban: A. Penjelasan: Menggunakan rumus B = (μ₀ N I) / L. B = (4π x 10⁻⁷ x 1000 x 0.5) / 0.2 = π x 10⁻³ T.
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Rumus induksi magnet di dalam toroida adalah B = (μ₀ N I) / (2πr), di mana r adalah jari-jari rata-rata toroida.
- A. Jawaban: A. Penjelasan: Gaya per satuan panjang F/L = (μ₀ I₁ I₂) / (2πa). F/L = (4π x 10⁻⁷ x 2 x 3) / (2π x 0.1) = 1.2 x 10⁻⁵ N/m. Karena arusnya searah, gayanya tarik menarik.
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Menggunakan rumus F = |q| v B sin θ. F = (1.6 x 10⁻¹⁹) x (2 x 10⁶) x 0.2 x 1 = 6.4 x 10⁻¹⁴ N.
- B. Jawaban: B. Penjelasan: Rumus induksi magnet pada pusat kawat melingkar berarus I dengan jari-jari R adalah B = (μ₀ I) / (2R).
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Motor listrik bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz yang menyebabkan kumparan berputar ketika dialiri arus dalam medan magnet.
- B. Jawaban: B. Penjelasan: Menggunakan kaidah tangan kanan untuk gaya Lorentz (ibu jari arus, jari telunjuk medan magnet, jari tengah gaya). Jika arus Barat-Timur, medan Utara-Selatan, maka gaya akan ke bawah.
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Satuan SI untuk induksi magnet adalah Tesla (T).
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet atau benda bermuatan yang bergerak yang masih merasakan gaya magnet.
- A. Jawaban: A. Penjelasan: Fluks magnet adalah ukuran jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu luasan.
- E. Jawaban: E. Penjelasan: Gaya Lorentz maksimum terjadi ketika sudut antara arah arus/kecepatan dan medan magnet adalah 90° (tegak lurus), karena sin 90° = 1.
- C. Jawaban: C. Penjelasan: Solenoida adalah kumparan kawat panjang yang dibentuk menyerupai silinder.
- B. Jawaban: B. Penjelasan: Induksi magnet di ujung solenoida adalah setengah dari induksi magnet di pusat solenoida.
- B. Jawaban: B. Penjelasan: Jika partikel bergerak sejajar dengan arah medan magnet (sudut 0° atau 180°), maka sin θ = 0, sehingga gaya Lorentz yang dialami adalah nol (minimum).
- B. Jawaban: B. Penjelasan: Hukum Biot-Savart digunakan untuk menghitung induksi magnet yang dihasilkan oleh elemen arus listrik yang sangat kecil.
- B. Jawaban: B. Penjelasan: Untuk kawat lurus panjang, B berbanding terbalik dengan jarak (a), B ∝ 1/a. Jadi jika jarak diperbesar 2 kali, B menjadi setengah kali semula.
Isian Singkat
- Jawaban: Titik (•)
- Jawaban: F = B I L sin θ (atau F = q v B sin θ untuk muatan)
- Jawaban: Tolak menolak
- Jawaban: B = (μ₀ N I) / (2R)
- Jawaban: Gaya Lorentz (atau arah gaya)
Uraian
- Jawaban: Faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya Lorentz pada partikel bermuatan adalah:
- Besar muatan (q): Semakin besar muatan, semakin besar gaya Lorentz.
- Kecepatan partikel (v): Semakin cepat partikel bergerak, semakin besar gaya Lorentz.
- Kuat medan magnet (B): Semakin kuat medan magnet, semakin besar gaya Lorentz.
- Sudut (θ) antara arah kecepatan partikel dan arah medan magnet: Gaya Lorentz maksimum terjadi saat θ = 90°, dan nol saat θ = 0° atau 180°.
Rumusnya: F = q v B sin θ.
- Jawaban:
- Kawat lurus berarus: Gunakan kaidah tangan kanan. Ibu jari menunjuk arah arus listrik (I), dan keempat jari lainnya yang melingkar menunjukkan arah medan magnet (B) di sekitar kawat.
- Kawat melingkar berarus: Gunakan kaidah tangan kanan. Keempat jari yang melingkar menunjuk arah arus listrik (I), dan ibu jari menunjuk arah medan magnet (B) di pusat kumparan.
- Jawaban:
- Solenoida: Kumparan kawat panjang yang berbentuk silinder. Medan magnet yang dihasilkan di dalamnya seragam dan kuat, terutama di bagian pusat. Medan magnet di luar solenoida sangat lemah. Digunakan untuk membuat magnet listrik yang kuat.
- Toroida: Kumparan kawat melingkar berbentuk donat. Medan magnet hanya terbatas di dalam inti toroida dan seragam di sepanjang sumbu lingkarannya. Medan magnet di luar toroida adalah nol. Digunakan dalam aplikasi seperti transformator frekuensi tinggi.
- Jawaban: Diketahui: I = 5 A, a = 2 cm = 0.02 m, μ₀ = 4π x 10⁻⁷ Tm/A.
Ditanya: B?
Menggunakan rumus induksi magnet kawat lurus panjang: B = (μ₀ I) / (2πa)
B = (4π x 10⁻⁷ x 5) / (2π x 0.02)
B = (20π x 10⁻⁷) / (0.04π)
B = 500 x 10⁻⁷ T
B = 5 x 10⁻⁵ T.
Jadi, besar induksi magnet pada titik tersebut adalah 5 x 10⁻⁵ T. - Jawaban: Prinsip kerja motor listrik sederhana didasarkan pada gaya Lorentz. Ketika sebuah kumparan kawat dialiri arus listrik dan ditempatkan dalam medan magnet, setiap sisi kumparan yang dialiri arus akan mengalami gaya Lorentz. Arah gaya Lorentz pada satu sisi kumparan akan berlawanan dengan arah gaya Lorentz pada sisi kumparan yang berlawanan. Pasangan gaya ini akan menghasilkan torsi (momen gaya) yang menyebabkan kumparan berputar. Dengan adanya komutator dan sikat, arah arus pada kumparan dapat dibalik setiap setengah putaran, sehingga torsi selalu bekerja pada arah yang sama dan kumparan terus berputar.
Menjodohkan
- Jawaban:
A. Medan Magnet – 3. Daerah di sekitar magnet atau arus listrik yang masih merasakan gaya magnet.
B. Gaya Lorentz – 1. Gaya yang bekerja pada muatan bergerak atau kawat berarus dalam medan magnet.
C. Fluks Magnet – 2. Jumlah garis gaya magnet yang menembus suatu luasan. - Jawaban:
A. B = (μ₀ I) / (2πa) – 2. Kawat Lurus Panjang
B. B = (μ₀ N I) / L – 1. Pusat Solenoida
C. B = (μ₀ N I) / (2R) – 3. Pusat Kumparan Melingkar