Magnetisme dan Muatan Bergerak
Magnet dapat membelokkan berkas partikel bermuatan bergerak
- Di tabung TV lama, magnet mengarahkan berkas elektron untuk melukis gambar.
- Medan magnet menangkap muatan bergerak dan mendorongnya menyamping.
- Gayanya aneh: bekerja tegak lurus terhadap baik gerak maupun medan.
- Gaya magnetik menyamping ini menggerakkan motor, spektrometer massa, dan detektor partikel.
Gaya magnetik pada suatu muatan
- Muatan $q$ bergerak dengan kecepatan $v$ melintasi medan $B$ merasakan gaya $F = qvB$.
- Gayanya tegak lurus terhadap baik kecepatan maupun medan.
- Muatan yang bergerak sejajar dengan garis medan merasakan tidak ada gaya sama sekali.
- Gayanya terbesar ketika muatan bergerak tegak lurus terhadap medan.
Medan di ruang
Lihat medan magnet yang dibuat magnet — medan yang akan dilintasi oleh muatan bergerak.
Sebuah $2\ \text{C}$ muatan bergerak pada $3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ melintasi $4\ \text{T}$ medan (sudut siku-siku). Gaya apa yang dirasakan, dalam $\text{N}$?
$F = qvB = 2 \times 3 \times 4 = 24\ \text{N}$.
Gaya magnetik pada muatan bergerak diarahkan:
Gaya tersebut tegak lurus terhadap kecepatan dan medan.
Muatan yang bergerak tepat sepanjang garis medan merasakan gaya sebesar:
Gerak sepanjang medan memberikan tidak ada gaya menyamping; gaya memerlukan gerak melintasi medan.
Aturan tangan kanan
- Arahkan jari-jari tangan kanan Anda sepanjang $v$, melengkungkan ke arah $B$; ibu jari menunjukkan arah gaya (untuk muatan positif).
- Untuk muatan negatif, arahnya berlawanan.
- Karena gaya selalu menyamping, gaya ini mengubah arah muatan tetapi tidak mengubah kecepatannya.
- Muatan yang bergerak melintasi medan seragam maka bergerak dalam lintasan lingkaran.
Karena bekerja tegak lurus terhadap gerak, gaya magnetik melakukan tidak ada ____.
Gaya tegak lurus tidak melakukan usaha, sehingga kecepatan tetap tidak berubah.
Gerak melingkar dalam medan magnet
- Gaya samping ini bertindak seperti gaya sentripetal, membengkokkan lintasan menjadi lingkaran.
- Muatan yang lebih cepat atau medan yang lebih lemah menghasilkan lingkaran yang lebih besar.
- Inilah cara spektrometer massa memisahkan partikel berdasarkan massa dan muatannya.
- Gaya magnetik melakukan tidak ada usaha (karena tegak lurus terhadap gerak), sehingga kecepatan tetap konstan.
Muatan diam di dalam medan magnet tidak merasakan gaya magnetik.
Gaya magnetik memerlukan gerak: $F = qvB$ bernilai nol saat $v = 0$.
Pilih semua pernyataan benar tentang gaya magnetik pada muatan.
Gaya memerlukan gerak, tegak lurus, dan membengkokkan lintasan menjadi lingkaran — tetapi tidak melakukan usaha, sehingga tidak pernah mengubah kecepatan.
Gaya magnetik memerlukan muatan agar bergerak—muatan diam tidak merasakan gaya magnetik. Dan karena gayanya tegak lurus terhadap kecepatan, gaya tersebut tidak melakukan usaha dan tidak pernah mengubah kecepatan muatan, hanya arahnya saja.
Sebuah muatan $q = 2\ \text{C}$ bergerak dengan kecepatan $v = 3\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ melintasi medan $B = 4\ \text{T}$ (pada sudut siku-siku).
- $F = qvB = 2 \times 3 \times 4 = 24\ \text{N}$, tegak lurus terhadap gerak.
Arahskan kecepatan sejajar dengan medan, maka gayanya akan turun menjadi nol.
Sebuah muatan bergerak dalam medan magnet merasakan gaya $F = qvB$, tegak lurus terhadap kecepatan dan medannya (gunakan aturan tangan kanan). Muatan yang bergerak sejajar dengan medan tidak merasakan gaya. Gaya tersebut tidak melakukan usaha—ia membengkokkan lintasan menjadi lingkaran tanpa mengubah kecepatan.