bab 3 keelektromagnetan 3.1 kesan medan magnet pada …
TRANSCRIPT
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 1
BAB 3 KEELEKTROMAGNETAN
3.1 Kesan medan magnet pada suatu konduktor pembawa arus
Istilah-istilah
Besi lembut
Medan magnet ialah kawasan di sekitar satu magnet atau satu konduktor yang membawa arus di mana satu daya magnet akan bertindak pada suatu bahan magnet. Medan magnet terdiri daripada garis magnet atau fluks magnet.
Arah medan magnet adalah arah daya magnet yang bertindak pada kutub utara yang bergerak dalam medan magnet itu.
Teras besi lembut ialah teras besi tulen.
Elektromagnet Elektromagnet adalah magnet yang terhasil apabila satu teras besi lembut dililitkan dengan gegelung dawai bertebat dan arus mengalir melalui gegelung dawai bertebat tersebut.
Aktiviti: Mengkaji corak dan arah medan magnet
Apabila arus mengalir melalui suatu konduktor, suatu medan magnet dihasilkan di sekeliling konduktor itu.
Corak medan magnet yang terhasil bergantung kepada bentuk konduktor. Corak medan magnet diwakili oleh garis medan magnet.
Semakin rapat garis-garis medan magnet menunjukkan semakin tinggi kekuatan
medan magnet yang diterbentuk. Arah medan magnet bergantung kepada arah arus yang mengalir dalam konduktor
itu. Arah medan magnet yang terhasil ini dapat ditunjukkan oleh arah pesongan jarum kompas yang diletakkan di sekitar konduktor itu.
Bagi konduktor dawai lurus, arah medan magnet ditentukan menggunakan Petua
genggaman tangan kanan.
Petua genggaman tangan kanan
Arah arus
Arah medan
magnet
Gegelung dawai
Arus Arus
Teras besi
lembut
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 2
(a) Corak dan arah medan magnet pada dawai lurus
Pandangan atas corak medan
magnet pada dawai lurus
Dawai lurus membawa arus
Corak medan magnet yang terhasil pada dawai lurus yang membawa arus ialah
bulatan-bulatan sepusat. Arah medan magnet yang terhasil bergantung kepada arah arus yang mengalir.
Jika arah arus disongsangkan, maka arah medan magnet juga disongsangkan.
Lukis garis medan magnet dan arah pesongan jarum kompas yang diletakkan di
sekeliling dawai membawa arus di bawah.
Simbol bermaksud konduktor mengalirkan arus ............................. satah kertas.
Simbol bermaksud konduktor yang mengalirkan arus ................................
daripada satah kertas.
Arah medan
magnet, B
B
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 3
(b) Corak dan arah medan magnet pada gegelung bulat
Corak dan arah medan magnet gegelung bulat ditunjukkan pada rajah di bawah. Garis medan magnet di bahagian tengah-tengah gegelung merupakan laris lurus.
Pandangan atas corak medan magnet
pada gegelung bulat
Lukis garis medan magnet dan arah medan magnet yang terhasil pada gegelung bulat membawa arus.
(c) Corak dan arah medan magnet pada solenoid
Corak medan magnet pada solenoid
Solenoid ialah satu gegelung dawai yang dililitkan pada arah yang sama dalam bentuk silinder.
Corak medan magnet yang dihasilkan oleh solenoid serupa dengan corak medan magnet bar.
Kekutuban medan yang dihasilkan oleh solenoid dapat ditentukan dengan mengenggam solenoid dengan tangan kanan supaya jari-jari melengkung mengikut arah pengaliran arus. Arah ibu jari menuju ke kutub utara solenoid.
Garis medan magnet Gegelung membulat
Garis medan
magnet
Arah arus
Arah kutub utara (N) solenoid
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 4
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan medan magnet bagi suatu elektromagnet Bilangan lilitan solenoid
Semakin bertambah bilangan lilitan solenoid, semakin bertambah kekuatan medan magnet yang dihasilkan.
Magnitud arus yang mengalir Semakin bertambah magnitud arus yang mengalir, semakin bertambah kekuatan medan magnet yang dihasilkan.
Ketebalan dawai Semakin bertambah ketebalan dawai solenoid, semakin bertambah kekuatan medan magnet yang dihasilkan.
Bentuk teras besi Menggunakan teras besi lembut berbentuk U.
Menggunakan teras besi lembut Kekuatan medan magnet yang dihasilkan akan bertambah apabila solenoid dililitkan pada suatu teras besi lembut.
Eksperimen: Mengkaji faktor yang mempengaruhi kekuatan elektromagnet Inferens : ................................................................................................................................. Hipotesis: ................................................................................................................................. Tujuan : .................................................................................................................................... Pemboleh ubah:
(i) Yang dimanipulasikan : ..........................................................
(ii) Yang bergerak balas : ..........................................................
(iii) Yang dimalarkan : ..........................................................
Senarai radas dan bahan : ..................................................................................................... ................................................................................................................................................... Susunan radas:
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 5
Prosedur: 1. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................
3. .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Penjadualan data: Analisis data: Kesimpulan: ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen: ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 6
Aplikasi elektromagnet (1) Loceng elektrik
Apabila suis ditekan, litar
dilengkapkan.
Arus mengalir dalam solenoid dan
teras besi lembut .............................
Angker besi lembut ...........................
oleh teras besi lembut yang menjadi
....................................
Pemukul ditarik bersama kemudian
....................... loceng dan
menghasilkan ...........................
Sentuhan dengan skru pelaras
terbuka dan litar ..............................
Apabila litar ........................., teras
besi hilang ..........................................
Kepingan spring menarik angker
besi kembali, litar ............................
semula.
Proses ini berulang dan
menghasilkan bunyi loceng tanpa
henti.
(2) Geganti Magnetik
Geganti magnet bertindak sebagai
satu suis yang menggunakan arus
kecil untuk menghidup atau
mematikan satu litar lain yang
menggunakan arus yang besar.
Apabila suis 1 ditekan, arus
....................... melalui gegelung
solenoid dalam litar input.
Teras besi lembut
.................................. dan angker besi
lembut .......................... menyebabkan
sesentuh ..........................
Litar luar dilengkapkan dan alatan
elektrik pada litar luar dihidupkan.
Litar luar
Suis 1
Sesentuh
Angker besi
lembut
Elektromagnet Litar input
Loceng
Skru
pelaras
Angker besi
lembut
Pemukul
Suis
Elektromagnet
Bateri
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 7
Cuping Telinga Telefon
Kesan magnet yang terhasil sentiasa
menarik diafragma besi lembut yang
dipasang dihadapan teras besi
lembut itu.
Apabila seseorang bercakap melalui
mikrofon telefon, tenaga bunyi
ditukarkan kepada arus elektrik yang
berubah-ubah.
Apabila arus berubah-ubah itu
..................................... melalui
solenoid, arus ini akan menghasilkan
....................................... yang
berubah-ubah kekuatannya.
Diafragma akan .........................
akibat tarikan yang berubah-ubah
oleh medan mangnet dengan
mengikut frekuensi bunyi tertentu.
Getaran diafragma menyebabkan
zarah-zarah udara dihadapan
......................... dan ..............................
dan menghasilkan bunyi.
(4) Alat pemutus litar
(5) Kren elektromagnet
Teras besi lembut
Diafragma
besi lembut
Magnet kekal
Butang reset
Sesentuh
Angker besi
lembut
Elektromagnet
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 8
3.2 Daya ke atas konduktor pembawa arus dalam suatu medan magnet.
Apa yang berlaku kepada suatu konduktor pembawa arus dalam suatu medan magnet?
Suatu konduktor pembawa arus elektrik menghasilkan medan magnet di sekelilingnya.
Jika konduktor pembawa arus elektrik berada dalam satu medan magnet yang lain, suatu daya akan bertindak ke atas konduktor tersebut.
Arah daya yang bertindak boleh ditentukan dengan Petua Tangan Kiri Fleming.
Petua Tangan Kiri Fleming
Aktiviti 3.2: Mengkaji daya ke atas konduktor pembawa arus dalam suatu medan magnet
Prosedur:
1. Hidupkan suis dan perhatikan apa yang berlaku kepada rod kuprum pendek. 2. Terbalikkan terminal bateri dan perhatikan apa yang berlaku kepada rod
kuprum pendek. 3. Terbalikkan arah medan magnet dan perhatikan apa yang berlaku kepada rod
kuprum.
Dawai bergerak ke atas
Arah daya, F
Arah arus, I
Arah medan magnet, B
I
B
F
Bateri
Suis
Rod kuprum
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 9
Pemerhatian: Tentukan arah arus mengalir pada rod kuprum pendek, arah medan magnet dan arah daya yang bertindak.
Kesimpulan:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Bagaimana konduktor pembawa arus dalam medan magnet mengalami daya?
Magnet kekal mempunyai medan magnet yang seragam dan selari.
(a) Medan magnet pada magnet kekal
Konduktor membawa arus menghasilkan medan magnet di sekelilingnya.
(b) Medan magnet pada konduktor membawa arus elektrik
N
S
N
S
N
S
S
N
S
N
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan 10
Kedua-dua medan magnet ini berinteraksi dan menghasilkan satu medan magnet paduan yang dinamakan medan lastik (catapult field).
Di bahagian atas konduktor, garis-garis medan magnet kekal dan medan magnet konduktor adalah dalam arah yang sama. Ini menyebabkan medan magnet di bahagian atas konduktor menjadi lebih kuat.
Di bahagian bawah konduktor, garis-garis medan magnet kekal dan medan magnet konduktor dalam arah yang bertentangan. Ini menyebabkan medan magnet di bahagian bawah konduktor menjadi lebih lemah.
Perbezaan kekuatan medan magnet di bahagian atas dan bawah ini menyebabkan satu daya paduan dihasilkan. Daya paduan ini akan menyebabkan konduktor ditolak dari kawasan medan magnet yang kuat ke kawasan medan magnet yang lebih lemah.
Lukiskan medan lastik dan tentukan arah daya tolakan yang dihasilkan dalam rajah di bawah. (1)
(2)
(3)
(4)
N
S
S
N
(a) Medan magnet konduktor berada
dalam medan magnet kekal
(b) Medan lastik (catapult field)
Daya tolakan
N
S
N
S
S
N
N
S