Pembahasan soal SBMPTN Bidang study fisika tentang induksi elektromagnetik ini meliputi beberapa subtopik dalam bab medan magnet dan induksi elektromagnetik yaitu medan magnet di sekitar kawat berarus listrik, gaya Lorentz, fluks magnetik, ggl induksi, hukum Henry, hukum Lenz, induksi elektromagnetik, induktansi diri, dan transformator. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal tentang induksi elektromagnetik yang sering keluar antara lain menentukan kuat medan listrik, menentukan besar gaya pada elektron oleh arus dalam penghantar, menentukan besar ggl induksi, menentukan kerapatan fluks magnetik, menentukan kuat arus keluaran pada transformator, menganalisis hubungan medan listrik dan medan magnet, menentukan besar dan arah arus induksi, menentukan beda potensial listrik, dan menentukan besar torsi yang dialami oleh kumparan.
Soal 1
Besarnya kuat medan listrik di suatu titik yang berjarak d dari suatu kawat lurus panjang tak hingga dan mempunyai kerapatan muatan persatuan panjang λ adalah ...
(1) Berbanding lurus dengan λ
(2) Berbanding terbalik dengan λ
(3) Berbanding lurus dengan 1/d
(4) Berbanding lurus dengan d
Pembahasan :
Kuat medan listrik di sekitar kawat lurus panjang yang memiliki kerapatan muatan λ dan pada jarak d dapat dihitung dengan rumus berikut:
Berdasarkan rumus di atas, maka dapat kita lihat bahwa kuat medan listrik berbanding lurus dengan kerapatan muatan λ, dan berbanding terbalik dengan jarak d atu berbanding lurus dengan 1/d.
Jadi, opsi yang benar adalah 1 dan 3.
Soal 2
Sebuah penghantar lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 1,5 A. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 5 x 104 m/s searah arus dalam penghantar, pada jarak 0,1 m dari penghantar tersebut. Jika muatan elektron adalah -1,6 x 10-19 C, maka besar gaya pada elektron oleh arus dalam penghantar itu adalah ...
A. 1,5 x 10-20 N
B. 2,4 x 10-20 N
C. 3,2 x 10-19 N
D. 4,2 x 10-19 N
E. 5,0 x 10-19 N
Pembahasan :
Dik : I = 1,5 A, v = 5 x 104 m/s, a = 0,1 m, e = -1,6 x 10-19 C
Kuat medan magnet:
⇒ B = 3 x 10-6 Wb/m2
Gaya pada elektron:
⇒ F = e.v.B
⇒ F = (1,6 x 10-19)(5 x 104)(3 x 10-6)
⇒ F = 24 x 10-21
⇒ F = 2,4 x 10-20 N
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Modern - Gelombang Elektromagnetik.
Soal 3
Tongkat konduktor yang panjangnya 1 m berputar dengan kecepatan sudut tetap sebesar 10 rad/s di dalam daerah bermedan magnet seragam B = 0,1 T. Sumbu putaran tersebut melalui salah satu ujung tongkat dan sejajar arahnya dengan arah garis-garis medan magent di atas. Ggl yang terinduksi antara kedua ujung tongkat adalah ...
A. 0,5 V
B. 1,0 V
C. 1,6 V
D. 3,1 V
E. 6,0 V
Pembahasan :
Dik : l = 1 m, B = 0,1 T, ω = 10 rad/s
Besar ggl induksi
⇒ ζ = 0,5 Volt.
Soal 4
Sebuah partikel yang mempunyai massa 200 mg dan membawa muatan 2 x 10-8 C ditembakkan tegak lurus dan horizontal pada medan magnet serba sama yang horizontal dengan kecepatan 5 x 104 m/s. Jika partikel itu tidak berubah arah, maka kerapatan fluks magnetiknya adalah ...
A. 0,2 Wb/m2
B. 0,5 Wb/m2
C. 2 Wb/m2
D. 5 Wb/m2
E. 10 Wb/m2
Pembahasan :
Dik : m = 200 mg = 2 x 10-4 kg, q = 2 x 10-8 C, v = 5 x 104 m/s, θ = 90o
Karena partikel tidak berubah arah, maka:
⇒ F = W
⇒ q.v.B sin θ = m.g
Kerapatn fluks magnetik:
⇒ B = 2 Wb/m2
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb.
Soal 5
Perbandingan jumlah lilitan kaat pada kumparan primer dan sekunder sebuah transformator adalah 1 : 4. Tegangan dan kuat arus masukannya masing-masing 10 V dan 2 A. Jika daya rata-rata yang berubah menjadi kalor pada transformator tersebut adalah 4 W dan tegangan keluarannya adalah 40 V, maka kuat arus keluarannya sama dengan ....
A. 0,1 A
B. 0,4 A
C. 0,5 A
D. 0,6 A
E. 0,8 A
Pembahasan :
Dik : Np : Ns = 1 : 4, Vp = 10 V, Ip = 2 A, Vs = 40 V
Daya yang masuk:
⇒ P = Vp.Ip
⇒ P = 10 x 2
⇒ P = 20 Watt
Daya yang hilang:
⇒ P' = 4 Watt
Daya keluaran:
⇒ Po = P - P'
⇒ Po = 20 - 4
⇒ Po = 16 Watt
Aru keluaran:
⇒ Is = Po/Vs
⇒ Is = 16/40
⇒ Is = 0,4 A
Soal 6
Fluks magnetik yang dihasilkan oleh medan magnetik B yang menembus tegak lurus permukaan seluas A adalah φ. Jika medan magnetiknya diperkecil menjadi ½ B, sedangkan luas permukaannya diperbesar menjadi 2A, maka fluks magnetik yang dihasilkan sama dengan ...
A. ¼φ
B. ½φ
C. φ
D. 2φ
E. 4φ
Pembahasan :
Fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus bidang secara tegak lurus.
Karena B tegak lurus dengan A, maka:
⇒ φ = B A cos θ
⇒ φ = B A cos 0
⇒ φ = B.A
Jika B diturunkan menjadi ½ B dan A menjadi 2A
⇒ φ = B A cos θ
⇒ φ = ½B. 2A cos 0
⇒ φ = B.A
Jadi, fluks magnetik yang dihasilkan tidak berubah atau sama dengan φ yaitu sebesar BA.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.
Soal 7
Suatu partikel bermuatan dilepaskan dari keadaan diam pada suatu daerah yang dipengaruhi medan listrik dan medan magnet ternyata membentuk lintasan lurus, maka ...
A. Besar medan magnet lebih kecil dari medan listrik
B. Besar medan magnet lebih besar dari medan listrik
C. Besar medan magnet sama dengan medan lsitrik
D. Arah medan magnet paralel terhadap medan listrik
E. Arah medan magnet tegak lurus medan listrik
Pembahasan :
Kita misalkan muatan partikel itu positif. Karena partikel berada di daerah dipengaruhi medan listrik dan medan magnet, maka partikel akan mengalami gaya listrik dan gaya magnetik.
Arah gaya magnetik yang dialami oleh muatan yang bergerak tegak lurus medan magnet adalah ke atas, sedangkan arah gaya listrik yang dialami oleh muatan itu adalah ke bawah.
Karena arah gaya listrik dan gaya magnetik yang dialami muatan adalah berlawanan, maka lintasan partikel itu akan lurus jika gaya listrik yang dialaminya seimbang dengan gaya magnetiknya.
Soal 8
Sebuah kawat tertutup berbentuk persegi dengan luas 0,02 m2 diletakkan pada bidang datar. Medan magnet seragam diberian pada bidang tersebut dengan arah menembus ke dalam bidang secara tegak lurus menjauhi pembaca. Medan magnet tersebut diturunkan dengan laju tetap 2 x 10-4 T/s. Jika hambatan kawat 0,1 ohm, maka besar dan arah arus induksi yang timbul adalah ...
A. 1 x 10-5 A berlawanan arah jarum jam
B. 1 x 10-5 A searah jarum jam
C. 2 x 10-5 A berlawanan arah jarum jam
D. 4 x 10-5 A searah jarum jam
E. 4 x 10-5 A berlawanan arah jarum jam
Pembahasan :
Dik : A = 0,02 m2, B/t = 2 x 10-4 T/s, R = 0,1 ohm
Besar tegangan:
⇒ ε = B/t. A
⇒ ε = (2 x 10-4)(0,02)
⇒ ε = 4 x 10-6 V
Kuat arus induksi:
⇒ I = ε/R
⇒ I = (4 x 10-6)/0,1
⇒ I = 4 x 10-5 A
Berdasarkan aturan tangan kanan dan analogi arah kecepatan dengan arah arus listrik pada kawat berarus, maka arah arus induksinya searah jarum jam.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Getaran dan Gelombang.
Soal 9
Kumparan bentuk segiempat dengan panjang 12 cm dan lebar 10 cm terdiir atas 40 lilitan dan dilalui arus 2 A. Kumparan berada dalam medan magnet 0,25 T seperti gambar di bawah ini.
Besar torsi yang dialami kumparan adalah ...
A. 0,06 Nm
B. 0,10 Nm
C. 0,24 Nm
D. 0,36 Nm
E. 0,48 Nm
Pembahasan :
Dik : B = 0,25 T, A = 0,12 x 0,1 = 0,012 m, N = 40 lilitan, i = 2 A, θ = 90o
Torsi yang dialami kumparan:
⇒ M = BAN i sin 90o
⇒ M = 0,25 x 0,012 x 40 x 2 x 1
⇒ M = 0,24 Nm
Soal 10
Batang magnet bergerak dengan kelajuan konstan mendekati kumparan seperti terlihat pada gambar di baah ini!
Beda potensial listrik yang terukur pada titik X dan Y adalah ....
A. Lebih tinggi di X dan akan semakin berkurang
B. Lebih tinggi di Y dan akan semakin berkurang
C. Sama dengan nol
D. Lebih tinggi di Y dan akan semakin membesar
E. Lebih tinggi di X dan akan semakin membesar
Pembahasan :
Berdasarka hukum Lenz, di dalam kumparan akan timbul arus yang arahnya sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet yang melawan penyebab timbulnya arus itu sendiri.
Jika batang magnet didekatkan pada kumparan, maka akan timbul arus yang arahnya ke kanan sehingga menimbulkan medan magnet yang melawan penyebabnya (lihat gambar).
Pada gambar di atas dapat kita lihat arus mengalir dari X menuju kumparan lalu melewati Y. Karena arus listrik merupakan aliran elektron bebas dari suatu potensial rendah ke potensial tinggi, maka beda potensial di Y lebih tinggi daripada di X.
Soal 1
Besarnya kuat medan listrik di suatu titik yang berjarak d dari suatu kawat lurus panjang tak hingga dan mempunyai kerapatan muatan persatuan panjang λ adalah ...
(1) Berbanding lurus dengan λ
(2) Berbanding terbalik dengan λ
(3) Berbanding lurus dengan 1/d
(4) Berbanding lurus dengan d
Pembahasan :
Kuat medan listrik di sekitar kawat lurus panjang yang memiliki kerapatan muatan λ dan pada jarak d dapat dihitung dengan rumus berikut:
| E = | λ |
| 2π.ζo.d |
Berdasarkan rumus di atas, maka dapat kita lihat bahwa kuat medan listrik berbanding lurus dengan kerapatan muatan λ, dan berbanding terbalik dengan jarak d atu berbanding lurus dengan 1/d.
Jadi, opsi yang benar adalah 1 dan 3.
Jawaban : B
Soal 2
Sebuah penghantar lurus panjang dialiri arus listrik sebesar 1,5 A. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 5 x 104 m/s searah arus dalam penghantar, pada jarak 0,1 m dari penghantar tersebut. Jika muatan elektron adalah -1,6 x 10-19 C, maka besar gaya pada elektron oleh arus dalam penghantar itu adalah ...
A. 1,5 x 10-20 N
B. 2,4 x 10-20 N
C. 3,2 x 10-19 N
D. 4,2 x 10-19 N
E. 5,0 x 10-19 N
Pembahasan :
Dik : I = 1,5 A, v = 5 x 104 m/s, a = 0,1 m, e = -1,6 x 10-19 C
Kuat medan magnet:
| ⇒ B = | μo.I |
| 2πa |
| ⇒ B = | (4π x 10-7)(1,5) |
| 2π(0,1) |
| ⇒ B = | 6 x 10-7 |
| 0,2 |
Gaya pada elektron:
⇒ F = e.v.B
⇒ F = (1,6 x 10-19)(5 x 104)(3 x 10-6)
⇒ F = 24 x 10-21
⇒ F = 2,4 x 10-20 N
Jawaban : B
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Modern - Gelombang Elektromagnetik.
Soal 3
Tongkat konduktor yang panjangnya 1 m berputar dengan kecepatan sudut tetap sebesar 10 rad/s di dalam daerah bermedan magnet seragam B = 0,1 T. Sumbu putaran tersebut melalui salah satu ujung tongkat dan sejajar arahnya dengan arah garis-garis medan magent di atas. Ggl yang terinduksi antara kedua ujung tongkat adalah ...
A. 0,5 V
B. 1,0 V
C. 1,6 V
D. 3,1 V
E. 6,0 V
Pembahasan :
Dik : l = 1 m, B = 0,1 T, ω = 10 rad/s
Besar ggl induksi
| ⇒ ζ = | dφ |
| dt |
| ⇒ ζ = | d (B l2. θ)/2 |
| dt |
| ⇒ ζ = | B l2 | . | dθ |
| 2 | dt |
| ⇒ ζ = | B l2 | ω |
| 2 |
| ⇒ ζ = | 0,1 (1)2 (10) |
| 2 |
Jawaban : A
Soal 4
Sebuah partikel yang mempunyai massa 200 mg dan membawa muatan 2 x 10-8 C ditembakkan tegak lurus dan horizontal pada medan magnet serba sama yang horizontal dengan kecepatan 5 x 104 m/s. Jika partikel itu tidak berubah arah, maka kerapatan fluks magnetiknya adalah ...
A. 0,2 Wb/m2
B. 0,5 Wb/m2
C. 2 Wb/m2
D. 5 Wb/m2
E. 10 Wb/m2
Pembahasan :
Dik : m = 200 mg = 2 x 10-4 kg, q = 2 x 10-8 C, v = 5 x 104 m/s, θ = 90o
Karena partikel tidak berubah arah, maka:
⇒ F = W
⇒ q.v.B sin θ = m.g
Kerapatn fluks magnetik:
| ⇒ B = | m.g |
| q.v sin θ |
| ⇒ B = | (2 x 10-4)(10) |
| (2 x 10-8)(5 x 104) sin 90o |
| ⇒ B = | 2 x 10-3 |
| 10-3 |
Jawaban : C
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb.
Soal 5
Perbandingan jumlah lilitan kaat pada kumparan primer dan sekunder sebuah transformator adalah 1 : 4. Tegangan dan kuat arus masukannya masing-masing 10 V dan 2 A. Jika daya rata-rata yang berubah menjadi kalor pada transformator tersebut adalah 4 W dan tegangan keluarannya adalah 40 V, maka kuat arus keluarannya sama dengan ....
A. 0,1 A
B. 0,4 A
C. 0,5 A
D. 0,6 A
E. 0,8 A
Pembahasan :
Dik : Np : Ns = 1 : 4, Vp = 10 V, Ip = 2 A, Vs = 40 V
Daya yang masuk:
⇒ P = Vp.Ip
⇒ P = 10 x 2
⇒ P = 20 Watt
Daya yang hilang:
⇒ P' = 4 Watt
Daya keluaran:
⇒ Po = P - P'
⇒ Po = 20 - 4
⇒ Po = 16 Watt
Aru keluaran:
⇒ Is = Po/Vs
⇒ Is = 16/40
⇒ Is = 0,4 A
Jawaban : B
Soal 6
Fluks magnetik yang dihasilkan oleh medan magnetik B yang menembus tegak lurus permukaan seluas A adalah φ. Jika medan magnetiknya diperkecil menjadi ½ B, sedangkan luas permukaannya diperbesar menjadi 2A, maka fluks magnetik yang dihasilkan sama dengan ...
A. ¼φ
B. ½φ
C. φ
D. 2φ
E. 4φ
Pembahasan :
Fluks magnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus bidang secara tegak lurus.
Karena B tegak lurus dengan A, maka:
⇒ φ = B A cos θ
⇒ φ = B A cos 0
⇒ φ = B.A
Jika B diturunkan menjadi ½ B dan A menjadi 2A
⇒ φ = B A cos θ
⇒ φ = ½B. 2A cos 0
⇒ φ = B.A
Jadi, fluks magnetik yang dihasilkan tidak berubah atau sama dengan φ yaitu sebesar BA.
Jawaban : C
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.
Soal 7
Suatu partikel bermuatan dilepaskan dari keadaan diam pada suatu daerah yang dipengaruhi medan listrik dan medan magnet ternyata membentuk lintasan lurus, maka ...
A. Besar medan magnet lebih kecil dari medan listrik
B. Besar medan magnet lebih besar dari medan listrik
C. Besar medan magnet sama dengan medan lsitrik
D. Arah medan magnet paralel terhadap medan listrik
E. Arah medan magnet tegak lurus medan listrik
Pembahasan :
Kita misalkan muatan partikel itu positif. Karena partikel berada di daerah dipengaruhi medan listrik dan medan magnet, maka partikel akan mengalami gaya listrik dan gaya magnetik.
Arah gaya magnetik yang dialami oleh muatan yang bergerak tegak lurus medan magnet adalah ke atas, sedangkan arah gaya listrik yang dialami oleh muatan itu adalah ke bawah.
Karena arah gaya listrik dan gaya magnetik yang dialami muatan adalah berlawanan, maka lintasan partikel itu akan lurus jika gaya listrik yang dialaminya seimbang dengan gaya magnetiknya.
Jawaban : E
Soal 8
Sebuah kawat tertutup berbentuk persegi dengan luas 0,02 m2 diletakkan pada bidang datar. Medan magnet seragam diberian pada bidang tersebut dengan arah menembus ke dalam bidang secara tegak lurus menjauhi pembaca. Medan magnet tersebut diturunkan dengan laju tetap 2 x 10-4 T/s. Jika hambatan kawat 0,1 ohm, maka besar dan arah arus induksi yang timbul adalah ...
A. 1 x 10-5 A berlawanan arah jarum jam
B. 1 x 10-5 A searah jarum jam
C. 2 x 10-5 A berlawanan arah jarum jam
D. 4 x 10-5 A searah jarum jam
E. 4 x 10-5 A berlawanan arah jarum jam
Pembahasan :
Dik : A = 0,02 m2, B/t = 2 x 10-4 T/s, R = 0,1 ohm
Besar tegangan:
⇒ ε = B/t. A
⇒ ε = (2 x 10-4)(0,02)
⇒ ε = 4 x 10-6 V
Kuat arus induksi:
⇒ I = ε/R
⇒ I = (4 x 10-6)/0,1
⇒ I = 4 x 10-5 A
Berdasarkan aturan tangan kanan dan analogi arah kecepatan dengan arah arus listrik pada kawat berarus, maka arah arus induksinya searah jarum jam.
Jawaban : D
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Getaran dan Gelombang.
Soal 9
Kumparan bentuk segiempat dengan panjang 12 cm dan lebar 10 cm terdiir atas 40 lilitan dan dilalui arus 2 A. Kumparan berada dalam medan magnet 0,25 T seperti gambar di bawah ini.
Besar torsi yang dialami kumparan adalah ...
A. 0,06 Nm
B. 0,10 Nm
C. 0,24 Nm
D. 0,36 Nm
E. 0,48 Nm
Pembahasan :
Dik : B = 0,25 T, A = 0,12 x 0,1 = 0,012 m, N = 40 lilitan, i = 2 A, θ = 90o
Torsi yang dialami kumparan:
⇒ M = BAN i sin 90o
⇒ M = 0,25 x 0,012 x 40 x 2 x 1
⇒ M = 0,24 Nm
Jawaban : C
Soal 10
Batang magnet bergerak dengan kelajuan konstan mendekati kumparan seperti terlihat pada gambar di baah ini!
Beda potensial listrik yang terukur pada titik X dan Y adalah ....
A. Lebih tinggi di X dan akan semakin berkurang
B. Lebih tinggi di Y dan akan semakin berkurang
C. Sama dengan nol
D. Lebih tinggi di Y dan akan semakin membesar
E. Lebih tinggi di X dan akan semakin membesar
Pembahasan :
Berdasarka hukum Lenz, di dalam kumparan akan timbul arus yang arahnya sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet yang melawan penyebab timbulnya arus itu sendiri.
Jika batang magnet didekatkan pada kumparan, maka akan timbul arus yang arahnya ke kanan sehingga menimbulkan medan magnet yang melawan penyebabnya (lihat gambar).
Pada gambar di atas dapat kita lihat arus mengalir dari X menuju kumparan lalu melewati Y. Karena arus listrik merupakan aliran elektron bebas dari suatu potensial rendah ke potensial tinggi, maka beda potensial di Y lebih tinggi daripada di X.
Jawaban : D
Edutafsi.com adalah blog tentang bahan belajar. Gunakan menu atau penelusuran untuk menemukan bahan belajar yang ingin dipelajari.
0 comments :
Post a Comment