bab 3 keelektromagnetan 3.1 kesan medan magnet pada …

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



(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



(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



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:



Prosedur: 1. .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

2. ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................

3. .......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................

Penjadualan data: Analisis data: Kesimpulan: ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... Langkah berjaga-jaga semasa eksperimen: ................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................



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



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



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



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



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

bab 3 keelektromagnetan 3.1 kesan medan magnet pada …

Documents