10 Soal & Pembahasan Medan Magnet (bagian 3) ǀ Pilihan Ganda
Sebelumnya, kita telah membahas 10
soal medan magnet (bagian 2). Kita akan lanjutkan 10 soal medan magnet (bagian
3). Berikut soal dan pembahasannya.
Pilihlah jawaban yang tepat dari
pilihan di bawah ini.
21. Perhatikan gambar berikut !
Arah gaya magnet pada gambar di
atas adalah . . .
a. Ke atas
b. Bawah
c. Masuk bidang
d. Keluar bidang
e. Tidak memiliki arah
Pembahasan :
Kita menggunakan kaidah tangan kanan
dengan membuka telapak tangan. Jempol menunjukkan arus atau muatan yang
bergerak (v). 4 jari lainnya adalah medan magnet (B) dan telapak tangan tegak
lurus adalah gaya magnet (F). Keterangan ini dapat kita butar asalkan tetap
berurutan.
F = qv x B
Jika muatan positif, maka dia akan masuk
bidang sesuai kaidah tangan kanan. Jika muatan negatif, maka dia kan berlawanan
arah dengan gaya misal dia adalah muatan positif.
Jawaban D.
22. Kawat berarus listrik 10 A dengan
arah ke atas berada dalam medan magnet 0,5 T dengan membentuk sudut 300
terhadap kawat. Jika panjang kawat 5 m, maka besar gaya Lorentz yang dialami
kawat tersebut adalah . . .
a. 10,0 N
b. 12,5 N
c. 15,0 N
d. 17,5 N
e. 19,0 N
Pembahasan :
*Gaya magnet
F = ILB sinθ
F = 10.5.0,5.sin 300
F = 12,5 N
Jawaban B.
23. Sebuah elektron yang bermuatan 1,6
x 10-19 C bergerak dengan kecepatan
5 x 105 m/s melalui medan magnet sebesar 0,8 T. Besar gaya
Lorentz yang dialami elektron tersebut adalah . . .
a. 3,6 x 10-14 N
b. 4,6 x 10-14 N
c. 5,4 x 10-14 N
d. 6,4 x 10-14 N
e. 7,2 x 10-14 N
Pembahasan :
F = qv x B
F = (1,6 x 10-19)( 5 x 105)(0,8)
F = 6,4 x 10-14
Jawaban D.
24. Dua kawat lurus dialiri arus
searah masing-masing sebesar 2 A. Keduanya terpisah sejauh 10 cm. Gaya
persatuan panjang pada kedua kawat tersebut adalah . . .
a. 9 x 10-6 N/m
b. 8 x 10-6 N/m
c. 6 x 10-6 N/m
d. 4 x 10-6 N/m
e. 2 x 10-6 N/m
Pembahasan :
Kawat dua berada dalam pengaruh
medan kawat satu maka gaya nya adalah
F1 = I1L1
x B2
F1/L1 = I1
x B2
F1/L1 = I1
x (μ0I1I2/2πa)
F1/L1 = 2 x
((4π x 10-7).2.2/2π0,1)
F1/L1 = 8 x
10-6 N/m
Jawaban B.
25. Seutas kawat lurus dialiri arus
sebesar 2 A dengan arah ke kanan. 1 cm dari kawat bergerak muatan positif
sebesar 4 μC dengan arah sejajar kawat dengan kelajuan 5
x 103 m/s. Besar gaya magnet pada muatan tersebut adalah . . .
a. 9 x 10-7 N
b. 8 x 10-7 N
c. 6 x 10-7 N
d. 4 x 10-7 N
e. 2 x 10-7 N
Pembahasan :
*Gaya magnet
F = qv x B
F = qv x (μ0I/2πa)
F = (4 x 10-6)(5 x 103)
x ((4π x 10-7)(2)/ 2π (1 x 10-2))
F = 8 x 10-7 N
Jawaban B.
26. Perhatikan gambar berikut !
Panjang masing-masing kawat adalah 1 m.
Besar dan arah gaya pada kawat ketiga (III) adalah . . .
a. nol
b. 8,0 x 10-7 N, ke arah kiri
c. 8,0 x 10-7 N, ke arah kanan
d. 1,4 x 10-6 N, ke arah kiri
e. 1,4 x 10-6 N, ke arah kanan
Pembahasan :
*Gaya pada kawat 2 karena kawat 1 arahnya
ke kiri adalah
F21 = μ0I1I2/2πa
F21 = (4π x x10-7)(1)(2)/2π(2)
F21 = 4 x 10-7 N
*Gaya pada kawat 3 karena kawat 2 arahnya
ke kanan adalah
F32 = μ0I3I2/2πa
F32 = (4π x x10-7)(3)(2)/2π(1)
F32 = 12 x 10-7 N
*Gaya total
∑F = F32 – F21 =
(12 x
10-7) – (4 x 10-7) = 8 x 10-7 ke arah kanan
Jawaban C.
27. Perhatikan gambar berikut !
Pada gambar di atas terlukis bahwa kawat
lurus PQ dilalui arus listrik sebesar I1 = 10 A dan kawat persegi
ABCD yang dilalui arus I2 = 5 A. Resultan gaya yang dialami kawat
persegi panjang ABCD sebesar . . .
a. 20 μN
b. 60 μN
c. 120 μN
d. 180 μN
e. 220 μN
Pembahasan :
Gaya pada kawat AB adalah ke atas, gaya
pada kawat BC adalah ke kanan, gaya pada kawat CD adalah ke bawah, gaya pada
kawat AD adalah ke kiri.
Gaya pada kawat AB dan CD adalah sama
besar. Hal ini terjadi karena kedua kawat berada pada distribusi medan magnet
yang sama besar dan mereka sama panjang. Arahnya yang berlawanan mengakibatkan
gaya keduanya saling menghilangkan. Sehingga, gaya totalnya adalah nol.
Gaya pada kawat BC dan DA adalah tidak
sama besar. Hal ini terjadi karena kedua kawat tidak pada distribusi medan
magnet yang sama besar. Kawat yang lebih dekat dengan kawat PQ mengalami gaya
yang lebih besar karena pengaruh medan magnet lebih kuat.
*Gaya pada kawat AC karena kawat PQ
arahnya ke kiri adalah
FAC = μ0IACIPQL/2πa
FAC = (4π x x10-7)(5)(10)(0,2)/2π(1
x 10-2)
FAC = 20 x 10-5 N
*Gaya pada kawat BC karena kawat PQ
arahnya ke kiri adalah
FBC = μ0IBCIPQL/2πa
FBC = (4π x x10-7)(5)(10)(0,2)/2π(11
x 10-2)
FBC = 20/11 x 10-5 N
*Gaya total
∑F = FAC – FBC =
(20 x
10-5 N) – (20/11 x 10-5 N) = 18,2 x 10-5 =
1,82 x 10-6 N = 180 μC ke arah kiri
Jawaban D.
28. Elektron bergerak pada daerah yang
memiliki medan magnet 2 x 10-4 T. Jika momentum elektron 8 x 10-10 kgm/s, maka
radius lintasan elektron adalah . . .
a. 1,0 x 1013 m
b. 2,0 x 1013 m
c. 2,5 x 1013 m
d. 3 x 1013 m
e. 4 x 1013 m
Pembahasan :
*Gerak melingkar partikel pada medan
magnet homogen
F = m.ac
qvB = m.v2/r
qB = mv/r
r = mv/qB
r = p/qB
r = (8 x 10-10)/(1,6 x
10-19)(2 x 10-4)
r = 2,5 x 1013 m
Jawaban C.
29. Dua partikel bergerak melingkar. Perbandingan
massa kedua partikel adalah 1 : 2. Perbandingan muatan keduanya adalah 2 : 1.
Kedua partikel bergerak pada bidang dengan medan magnet homogeny (sama). Jika
momentum kedua partikel sama, maka perbandingan jari-jari kedua partikel adalah . . .
a. 1 : 2
b. 1 : 4
c. 4 : 5
d. 3 : 7
e. 5 : 7
Pembahasan :
*Gerak melingkar partikel bermuatan pada
medan magnet homogen
F = m.ac
qvB = m.v2/r
qB = mv/r
B = mv/qr
B1 = B2
m1v1/q1r1
= m2v2/q2r2
m.2v/2q.r1 = 2m.v/q.r2
2/2.r1 = 2/r2
2/4 = r1/r2
1/2 = r1/r2
Perbandingan r1 : r2
= 1 : 2
Jawaban A.
30. Dua batang lurus mendatar masing-masing
panjangnya 50 cm. Keduanya dialiri arus sebesar 10 A dalam arah berlawanan.
Kawat kedua berada 1 cm di atas kawat pertama. Massa kawat kedua yang
dibutuhkan untuk menyeimbangkan dengan gaya Lorentz adalah. . .
a. 0,1 g
b. 0,2 g
c. 0,3 g
d. 0,4 g
e. 0,5 g
Pembahasan :
*Gaya Lorentz kawat 2 yang mengarah ke
atas
F2 = μ0I2I1L/2πa
F2 = (4π x x10-7)(10)(10)(0,5)/2π(1
x 10-2)
F2 = 10 x 10-4 N
F2 = 1 x 10-3 N
*massa kawat 2 untuk mengimbangi gaya
Lorentz yang arahnya ke atas
F2 = m2.g
m2 = F2/g
m2 = 1 x 10-3 /101
m2 = 10-4 kg = 0,1 g
Jawaban A.