Lompat ke konten

Medan Magnet dan Elektromagnetisme

AP Fisika C: Listrik dan Magnetisme · Topik 12

Pelajaran video untuk topik ini Buka halaman video
12:45

Medan Magnet dan Elektromagnetisme

Lihat ke utara pada malam musim dingin yang cerah, cukup jauh ke utara, dan langit bersinar hijau. Cahaya-cahaya itu dinyalakan oleh medan magnet. Matahari memancarkan partikel bermuatan…

Narasi bahasa Inggris · Subtitle bahasa Inggris + 中文 disematkan langsung

12.1

Medan Magnet

Silabus

Tujuan Pembelajaran 12.1.A: Jelaskan sifat-sifat medan magnet.

  • 12.1.A.1 Medan magnet adalah medan vektor yang dapat digunakan untuk menentukan gaya magnet yang bekerja pada muatan listrik bergerak, arus listrik, atau material magnet.
    • 12.1.A.1.i Medan magnet dapat dihasilkan oleh dipol magnet atau kombinasi dipol, tetapi tidak pernah oleh monopole.
    • 12.1.A.1.ii Dipol magnet memiliki kutub utara dan selatan.
  • 12.1.A.2 Medan magnet adalah besaran vektor dan dapat direpresentasikan menggunakan peta medan vektor.
  • 12.1.A.3 Garis-garis medan magnet harus membentuk loop tertutup, sebagaimana dijelaskan oleh hukum Gauss untuk magnetisme.
    • 12.1.A.3.i Persamaan Maxwell adalah kumpulan persamaan yang secara penuh mendeskripsikan elektromagnetisme. Hukum Gauss untuk magnetisme adalah persamaan kedua Maxwell.
      • Persamaan: $\oint \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0$
    • 12.1.A.3.ii Medan magnet pada magnet batang membentuk loop tertutup, dengan medan magnet eksternal mengarah menjauhi salah satu ujung (didefinisikan sebagai kutub utara) dan kembali ke ujung lainnya (didefinisikan sebagai kutub selatan).

Tujuan Pembelajaran 12.1.B: Jelaskan perilaku magnetik suatu material akibat konfigurasi dipol magnet di dalamnya.

  • 12.1.B.1 Dipol magnet berasal dari gerakan melingkar atau rotasi muatan listrik. Dalam material magnetik, hal ini dapat berupa gerakan elektron.
    • 12.1.B.1.i Kemagnetan permanen dan kemagnetan induksi adalah sifat sistem yang keduanya berasal dari penyelarasan dipol magnet di dalam sistem.
    • 12.1.B.1.ii Tidak pernah ditemukan kutub utara magnet secara terpisah dari kutub selatan. Sebagai contoh, jika sebuah magnet batang dipatahkan menjadi dua bagian, kedua bagian tersebut tetap merupakan dipol magnet.
    • 12.1.B.1.iii Kutub magnet dengan polaritas yang sama akan tolak-menolak; kutub magnet dengan polaritas yang berlawanan akan tarik-menarik.
    • 12.1.B.1.iv Besar medan magnet dari sebuah dipol magnet berkurang seiring bertambahnya jarak dari dipol tersebut.
  • 12.1.B.2 Dipol magnet, seperti kompas magnet, yang diletakkan dalam medan magnet cenderung sejajar dengan medan magnet tersebut.
  • 12.1.B.3 Komposisi suatu material memengaruhi perilaku magnetiknya di hadapan medan magnet eksternal.
    • 12.1.B.3.i Material feromagnetik seperti besi, nikel, dan kobalt dapat dimagnetkan secara permanen oleh medan eksternal yang menyebabkan penyelarasan domain magnet atau dipol magnet atom.
    • 12.1.B.3.ii Material paramagnetik seperti aluminium, titanium, dan magnesium berinteraksi lemah dengan medan magnet eksternal, di mana dipol magnet material tersebut tidak tetap menyelaraskan diri setelah medan eksternal dihilangkan.
    • 12.1.B.3.iii Semua material memiliki sifat diamagnetisme, di mana struktur elektron mereka menciptakan penyelarasan momen dipol material yang biasanya lemah dan berlawanan arah dengan medan magnet eksternal.
  • 12.1.B.4 Medan magnet Bumi dapat didekati sebagai dipol magnet.

Tujuan Pembelajaran 12.1.C: Jelaskan permeabilitas magnetik suatu material.

  • 12.1.C.1 Permeabilitas magnetik adalah pengukuran jumlah magnetisasi dalam suatu material sebagai respons terhadap medan magnet eksternal.
  • 12.1.C.2 Ruang hampa memiliki nilai konstan permeabilitas magnetik, yang dikenal sebagai permeabilitas vakum $\mu_0$, yang muncul dalam persamaan yang merepresentasikan hubungan fisik.
  • 12.1.C.3 Permeabilitas materi memiliki nilai berbeda dari ruang bebas dan timbul dari komposisi serta susunan materinya. Nilai ini bukan konstanta untuk suatu material dan bervariasi berdasarkan banyak faktor, termasuk suhu, orientasi, dan kekuatan medan eksternal.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Medan magnetik $\vec{B}$ adalah medan vektor yang mengelilingi magnet, muatan bergerak, dan arus; medan ini menentukan gaya magnetik pada setiap muatan bergerak yang diletakkan di dalamnya. Garis-garis medan magnetik harus membentuk loop tertutup: keluar dari kutub utara, kembali ke kutub selatan, dan berlanjut melalui magnet. Garis yang lebih rapat berarti medan yang lebih kuat.

Garis medan berjalan dari N ke S di luar magnet batang
Garis medan berjalan dari N ke S di luar magnet batang

Loop tertutup adalah isi hukum Gauss untuk kemagnetan, yang kedua dari persamaan Maxwell:

$$\oint \vec{B}\cdot d\vec{A}=0.$$

Fluks magnetik bersih melalui permukaan tertutup apa pun adalah nol – sebanyak garis medan keluar sama dengan yang masuk. Itu tepat merupakan pernyataan bahwa monopole magnetik terisolasi tidak ada. Setiap sumber kemagnetan adalah dipol magnetik (pasangan utara-selatan), dibuat oleh muatan yang berputar – dalam material, gerakan elektron. Pecah magnet batang menjadi dua dan Anda akan mendapatkan dua dipol yang lebih kecil, bukan satu kutub tunggal. Kutup serupa tolak-menolak, kutup berlawanan tarik-menarik, dan dipol bebas – sebuah kompas – berotasi untuk sejajar dengan medan lokal. Medan Bumi sendiri kira-kira berupa dipol, itulah sebabnya kompas berfungsi. Medan dipol melemah seiring jarak.

Bagaimana suatu respons terhadap medan eksternal tergantung pada bagaimana dipol internalnya berperilaku:

  • Feromagnetik (besi, nikel, kobalt): medan eksternal menyelaraskan seluruh domin magnetik, dan penyelarasan bertahan setelah medan dihilangkan – magnet permanen.
  • Paramagnetik (aluminium, titanium): dipol menyelaraskan lemah dengan medan tetapi rileks saat medan dihilangkan.
  • Diamagnetik (semua material): struktur elektronik menghasilkan penyelarasan biasanya lemah berlawanan dengan medan.

Kekuatan respons material adalah permeabilitas magnetiknya. Ruang hampa memiliki nilai konstan $\mu_0$ (permeabilitas vakum); permeabilitas materi berbeda dari $\mu_0$ dan bahkan tidak konstan – itu bervariasi dengan suhu, orientasi, dan kekuatan medan.

Aurora: partikel bermuatan dari Matahari diarahkan oleh medan magnetik Bumi menuju kutub
Aurora: partikel bermuatan dari Matahari diarahkan oleh medan magnetik Bumi menuju kutub
Jelajahi

Lihat garis medan magnet

Garis medan magnet berjalan dari utara ke selatan di luar magnet; di mana mereka mengkerat, medannya paling kuat.

Tonton pelajaran
12.2

Kemagnetan dan Muatan Bergerak

Silabus

Tujuan Pembelajaran 12.2.A: Deskripsikan medan magnet yang dihasilkan oleh objek bermuatan bergerak.

  • 12.2.A.1 Sebuah objek bermuatan tunggal yang bergerak menghasilkan medan magnet.
    • 12.2.A.1.i Medan magnet pada titik tertentu yang dihasilkan oleh objek bermuatan bergerak bergantung pada kecepatan objek dan jarak antara titik tersebut dengan objek.
    • 12.2.A.1.ii Pada suatu titik di ruang, arah medan magnet yang dihasilkan oleh objek bermuatan bergerak tegak lurus terhadap baik kecepatan objek maupun vektor posisi dari objek ke titik tersebut di ruang, dan dapat ditentukan menggunakan aturan tangan kanan.
    • 12.2.A.1.iii Besar medan magnet maksimum ketika vektor kecepatan dan vektor posisi dari objek ke titik tersebut di ruang saling tegak lurus.

Tujuan Pembelajaran 12.2.B: Deskripsikan gaya yang diberikan oleh medan magnet pada objek bermuatan bergerak.

  • 12.2.B.1 Medan magnet akan memberikan gaya pada benda bermuatan yang bergerak di dalam medan tersebut, dengan besaran dan arah yang bergantung pada hasil kali silang kecepatan muatan dan medan magnet.
    • Persamaan: $\vec{F}_B = q\left(\vec{v} \times \vec{B}\right)$
  • 12.2.B.2 Di daerah yang berisi medan magnet dan medan listrik, benda bermuatan yang bergerak akan mengalami gaya independen dari masing-masing medan.
  • 12.2.B.3 Efek Hall menggambarkan beda potensial yang tercipta dalam konduktor akibat medan magnet eksternal yang memiliki komponen tegak lurus terhadap arah pergerakan muatan dalam konduktor tersebut.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Muatan yang bergerak dalam medan magnet

Muatan bergerak melakukan dua hal: ia menciptakan medan magnetik, dan ia merasakan gaya dalam medan eksternal. Medan yang diciptakannya pada suatu titik adalah tegak lurus terhadap kecepatan dan vektor posisi dari muatan ke titik tersebut (aturan tangan kanan lagi), dan terbesar di mana keduanya tegak lurus – nol tepat di depan atau di belakang gerakan.

Gaya pada muatan yang bergerak dalam medan $\vec{B}$ adalah hasil kali silang

$$\vec{F}_B=q\,\vec{v}\times\vec{B},\qquad F=qvB\sin\theta,$$

tegak lurus terhadap baik $\vec{v}$ maupun $\vec{B}$ – arahkan jari tangan kanan Anda sepanjang $\vec{v}$, melengkung menuju $\vec{B}$, dan ibu jari memberikan gaya pada muatan positif (balikkan untuk negatif). Karena $\vec{F}_B\perp\vec{v}$, gaya magnetik tidak melakukan kerja pada muatan: mengubah arah, tidak pernah kecepatan.

Muatan yang bergerak tegak lurus terhadap medan seragam sehingga bergerak dalam lingkaran, gaya magnetik menyediakan gaya sentripetal:

$$qvB=\frac{mv^2}{r}\quad\Rightarrow\quad r=\frac{mv}{qB},\qquad T=\frac{2\pi m}{qB}.$$

Perhatikan periode $T$ tidak bergantung pada kecepatan – partikel lebih cepat menaiki lingkaran lebih besar dalam waktu yang sama.

Partikel bermuatan yang bergerak melintasi medan magnet mengikuti lintasan lingkaran
Partikel bermuatan yang bergerak melintasi medan magnet mengikuti lintasan lingkaran

Contoh dikerjakan. Proton ($q=1.6\times10^{-19}\ \text{C}$, $m=1.67\times10^{-27}\ \text{kg}$) memasuki medan $0.50\ \text{T}$ pada $2.0\times10^{5}\ \text{m/s}$, tegak lurus dengannya. Gaya magnetik $F=qvB=1.6\times10^{-14}\ \text{N}$ membungkukkannya ke dalam lingkaran berjari-jari $r=\dfrac{mv}{qB}=\dfrac{1.67\times10^{-27}(2.0\times10^{5})}{1.6\times10^{-19}(0.50)}=4.2\times10^{-3}\ \text{m}$.

Di daerah dengan medan listrik dan magnetik, kedua gaya bekerja secara independen dan ditambahkan sebagai vektor. Menyeimbangkan mereka membuat selektor kecepatan: dengan $\vec{E}$ dan $\vec{B}$ bersilangan, hanya muatan dengan $qE=qvB$, yaitu $v=E/B$, yang melewati lurus. Efek Hall adalah fisika yang sama di dalam konduktor: medan dengan komponen tegak lurus terhadap arus mendorong pembawa yang bergerak menyamping, muatan menumpuk di satu sisi, dan perbedaan potensial yang dapat diukur muncul di seluruh konduktor – tandanya mengungkapkan apakah pembawanya positif atau negatif.

Jelajahi

Gaya pada muatan bergerak

Muatan yang bergerak melalui medan magnet mengalami gaya $F=qvB$ tegak lurus terhadap kecepatan dan medannya — dasar efek motor. Balik salah satunya dan gayanya berbalik arah.

12.3

Medan Magnetik Kawat Berarus

Silabus

Tujuan Pembelajaran 12.3.A: Deskripsikan medan magnet yang dihasilkan oleh kawat pembawa arus.

  • 12.3.A.1 Hukum Biot-Savart mendefinisikan besaran dan arah medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik.
    • Persamaan: $d\vec{B} = \dfrac{\mu_0}{4\pi} \dfrac{I(d\vec{\ell} \times \hat{r})}{r^2}$
  • 12.3.A.2 Vektor-vektor medan magnet di sekitar segmen kecil kawat berarus menyinggung lingkaran konsentris yang berpusat pada kawat tersebut. Medan ini tidak memiliki komponen menuju, menjauhi, atau sejajar dengan segmen kawat berarus.
  • 12.3.A.3 Hukum Biot-Savart dapat digunakan untuk menurunkan besaran dan arah medan magnet di sekitar segmen kawat berarus, misalnya di pusat sebuah loop kawat melingkar.
    • Persamaan: $B_{\text{center of loop}} = \dfrac{\mu_0 I}{2R}$

Tujuan Pembelajaran 12.3.B: Deskripsikan gaya yang diberikan pada kawat berarus oleh medan magnet.

  • 12.3.B.1 Medan magnet akan memberikan gaya pada kawat berarus.
    • Persamaan: $\vec{F}_B = \int I\left(d\vec{\ell} \times \vec{B}\right)$

Pernyataan Batas: AP Physics C: Listrik & Magnetisme hanya mengharapkan siswa melakukan analisis kuantitatif atas kasus-kasus tertentu konduktor berarus menggunakan hukum Biot-Savart, seperti pada lokasi sepanjang garis bagi tegak lurus konduktor lurus, pada lokasi sepanjang sumbu pusat loop melingkar, atau di tengah segmen loop melingkar.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Medan magnet di sekitar arus listrik

Arus adalah aliran muatan bergerak, sehingga menciptakan medan magnetik. Hukum Biot–Savart menjumlahkan medan dari setiap elemen arus:

$$d\vec{B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{I\,d\vec{l}\times\hat{r}}{r^2}.$$

Di sekitar segmen lurus apa pun vektor medan adalah tangen terhadap lingkaran konsentris yang berpusat pada kawat – tidak ada komponen menuju, menjauhi, atau sepanjang kawat. Melingkari tangan kanan Anda di sekitar kawat dengan ibu jari sepanjang arus: jari Anda menunjukkan arah medan.

Garis-garis medan melingkar konsentris mengelilingi kawat pembawa arus lurus
Garis-garis medan melingkar konsentris mengelilingi kawat pembawa arus lurus

Integral Biot–Savart yang diharapkan AP: kawat lurus panjang ($B=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}$, atau titik pada garis bagi tegak lurus kawat terbatas), dan pusat lingkaran,

$$B_{\text{centre of loop}}=\frac{\mu_0 I}{2R},$$

di mana setiap elemen $d\vec{l}$ tegak lurus terhadap $\hat{r}$ dan berjarak sama $R$ – katakanlah dalam derivasi FRQ. Busur yang merupakan pecahan dari lingkaran penuh berkontribusi pecahan yang sama dari $\mu_0 I/2R$ di pusatnya.

Medan juga mendorong pada kawat berarus, elemen demi elemen:

$$\vec{F}_B=\int I\,d\vec{l}\times\vec{B}\qquad(\vec{F}=I\vec{L}\times\vec{B}\ \text{for a straight wire in a uniform field}).$$

Contoh dikerjakan. Dua kawat sejajar panjang berjarak $d=0.10\ \text{m}$ masing-masing membawa $5.0\ \text{A}$ dalam arah yang sama. Medan Wire 1 pada wire 2 adalah $B=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi d}=1.0\times10^{-5}\ \text{T}$, jadi wire 2 merasakan $\dfrac{F}{L}=I B=5.0\times10^{-5}\ \text{N/m}$, ditarik menuju wire 1. Arus searah menarik; arus berlawanan menolak.

Serbuk besi di sekitar kumpalan berarus
Kumparan pembawa arus (solenoid) menghasilkan medan magnet berbentuk persis seperti batang magnet
Kosa kata Latih
English Bahasa Indonesia
magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ medan magnet
vector field/ˈvektə fiːld/ Medan vektor
magnetic field lines/mæɡˈnetɪk fiːld laɪnz/ Garis medan magnetik
Maxwell's equations/ˈmækswelz ɪˈkweɪʒnz/ Persamaan Maxwell
magnetic monopoles/mæɡˈnetɪk ˈmɒnəʊpəʊlz/ Monopole magnetik
magnetic dipole/mæɡˈnetɪk ˈdaɪpəʊl/ Dipole magnetik
compass/ˈkʌmpəs/ kompas
Ferromagnetic/ˌferəməɡˈnetɪk/ Feromagnetik
magnetic domains/mæɡˈnetɪk dəˈmeɪnz/ Domain magnetik
Paramagnetic/ˌpærəməɡˈnetɪk/ Paramagnetik
Diamagnetic/ˌdaɪəməɡˈnetɪk/ Diamagnetik
magnetic permeability/mæɡˈnetɪk ˌpɜːməˈbɪlɪti/ Permeabilitas magnetik
perpendicular/ˌpɜːpənˈdɪkjʊlə/ tegak lurus
centripetal force/senˈtrɪpɪtl fɔːs/ kekuatan sentripetal
velocity selector/vəˈlɒsɪti sɪˈlektə/ selektor kecepatan
Hall effect/hɔːl ɪˈfekt/ efek Hall
Biot–Savart law/ˈbɪɒt ˈsævɑːt lɔː/ hukum Biot–Savart
tangent/ˈtændʒənt/ tangens
concentric circles/kənˈsentrɪk ˈsɜːklz/ Lingkaran konsentris
Ampère's law/ˈæmpeəz lɔː/ Hukum Ampère
Amperian loop/æmˈpɪərɪən luːp/ loop Amperian
current density/ˈkʌrənt ˈdensɪti/ Kepadatan arus
superposition/ˌsuːpəpəˈzɪʃn/ superposisi
solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ solenaoid
12.4

Hukum Ampère

Silabus

Tujuan Pembelajaran 12.4.A: Gunakan hukum Ampère untuk mendeskripsikan medan magnet yang dihasilkan oleh pembawa muatan yang bergerak.

  • 12.4.A.1 Hukum Ampère menghubungkan besaran medan magnet dengan arus yang dibatasi oleh lintasan imajiner tertutup yang disebut loop Amperian.
    • Persamaan: $\oint \vec{B} \cdot d\vec{\ell} = \mu_0 I_{\text{enc}}$
    • 12.4.A.1.i Hukum Ampère dapat digunakan untuk menentukan medan magnet di dekat kawat berarus lurus panjang.
      • Persamaan: $B_{\text{wire}} = \dfrac{\mu_0}{2\pi} \dfrac{I}{r}$
    • 12.4.A.1.ii Kecuali dinyatakan sebaliknya, semua solenoid diasumsikan sangat panjang, dengan medan magnet seragam di dalam solenoid dan medan magnet yang dapat diabaikan di luar solenoid.
    • 12.4.A.1.iii Hukum Ampère dapat digunakan untuk menentukan medan magnet di dalam solenoid panjang.
      • Persamaan: $B_{\text{sol}} = \mu_0 n I$
  • 12.4.A.2 Loop Amperian adalah lintasan tertutup di sekitar konduktor berarus.
  • 12.4.A.3 Prinsip superposisi dapat digunakan untuk menentukan medan magnet total pada suatu titik dalam ruang yang dihasilkan oleh berbagai kombinasi konduktor berarus, atau loop, segmen, atau silinder penghantar.
  • 12.4.A.4 Persamaan Maxwell adalah kumpulan persamaan yang secara penuh mendeskripsikan elektromagnetisme. Persamaan keempat Maxwell adalah hukum Ampère dengan penambahan Maxwell; persamaan ini menyatakan bahwa medan magnet dapat dihasilkan oleh arus listrik (hukum Ampère) dan bahwa medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet, serupa dengan cara muatan yang bergerak menghasilkan medan magnet (penambahan Maxwell).
    • Persamaan: $\oint \vec{B} \cdot d\vec{\ell} = \mu_0 I + \mu_0 \varepsilon_0 \dfrac{d\Phi_E}{dt}$

Pernyataan Batas: AP Physics C: Listrik & Magnetisme hanya mengharapkan aplikasi kuantitatif hukum Ampère yang terbatas pada situasi yang melibatkan medan magnet simetris. Kawat lurus panjang, solenoid panjang yang mengalirkan arus, serta pelat konduktif atau konduktor silinder yang mengalirkan kerapatan arus, adalah jenis bentuk-bentuk yang akan diterapkan hukum Ampère pada Ujian AP Physics C: Listrik & Magnetisme.

Pernyataan Batas: AP Physics C: Listrik & Magnetisme tidak mengharapkan siswa menggunakan persamaan keempat Maxwell dengan medan listrik yang berubah. Namun, siswa harus memahami bahwa medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet.

Sumber: Deskripsi Kursus dan Ujian College Board AP

Untuk distribusi arus simetris, hukum Ampère menemukan medan jauh lebih cepat daripada Biot–Savart:

$$\oint \vec{B}\cdot d\vec{l}=\mu_0 I_{\text{enc}}.$$

Pilih lingkaran Amperian yang sesuai dengan simetri, sehingga $B$ konstan sepanjang lingkaran (dan sejajar dengannya) serta dapat dikeluarkan dari integral. AP menerapkannya pada kawat lurus panjang, solenoida panjang, dan konduktor yang membawa kerapatan arus (pelat dan silinder); kombinasi ditangani melalui superposisi.

Contoh terpecahkan. Temukan medan $0.10\ \text{m}$ dari kawat panjang yang membawa $5.0\ \text{A}$. Lingkaran berdiameter $r$ memiliki simetri yang sama dengan medannya, sehingga $B(2\pi r)=\mu_0 I$ dan

$$B=\frac{\mu_0 I}{2\pi r}=\frac{(4\pi\times10^{-7})(5.0)}{2\pi(0.10)}=1.0\times10^{-5}\ \text{T}.$$

Solenoida panjang (diasumsikan: medan seragam di dalam, medan dapat diabaikan di luar) adalah contoh klasik lainnya. Ambil lingkaran persegi panjang dengan salah satu sisinya sepanjang $L$ di bagian dalam, sejajar dengan sumbu: hanya sisi tersebut yang berkontribusi terhadap integral, sehingga $BL=\mu_0 (nL) I$ dan

$$B_{\text{sol}}=\mu_0 n I,$$

dengan $n$ jumlah lilitan per meter.

Lingkaran Amperian persegi panjang menurunkan medan seragam di dalam solenoida
Lingkaran Amperian persegi panjang menurunkan medan seragam di dalam solenoida

Contoh terpecahkan (silinder). Konduktor silinder pejal berjari-jari $R$ membawa arus $I$ yang tersebar merata di seluruh penampang lintangnya. Di dalam ($r), sebuah loop melingkupi $I_{\text{enc}}=I\dfrac{r^2}{R^2}$, sehingga $B=\dfrac{\mu_0 I r}{2\pi R^2}$ – medan tumbuh secara linear hingga permukaan, lalu menurun sebanding $1/r$ di luar.

Keterampilan ujian. Setiap jawaban hukum Ampère mendapatkan nilainya pada tahap penyusunan: sebutkan nama lingkarannya, jelaskan mengapa $B$ konstan dan sejajar dengannya (simetri), dan hitung $I_{\text{enc}}$ dengan teliti sebelum Anda menyelesaikan. Persamaan keempat Maxwell menambahkan satu ide lagi yang harus Anda ketahui secara kualitatif: medan listrik yang berubah juga menciptakan medan magnet – tetapi AP tidak akan meminta Anda menghitung dengan suku tersebut.

12.4

Tips ujian

  • Gaya magnetik $\vec F=q\vec v\times\vec B$ tegak lurus terhadap kecepatan – gunakan aturan tangan kanan dan perhatikan bahwa gaya ini tidak melakukan usaha.
  • Muatan dalam medan seragam bergerak dalam lingkaran dengan $r=\tfrac{mv}{qB}$.
  • Temukan medan arus dengan Biot–Savart $d\vec B=\tfrac{\mu_0}{4\pi}\tfrac{I\,d\vec l\times\hat r}{r^2}$ atau hukum Ampère $\oint \vec B\cdot d\vec l=\mu_0 I_{enc}$ ketika ada simetri.
  • Gaya pada kawat adalah $\vec F=I\vec L\times\vec B$; jaga arah perkalian silang tetap benar.
  • Bedakan gaya pada muatan dari medan yang dihasilkan arus ke muatan.

Pelajaran interaktif untuk topik ini

Kerjakan langkah demi langkah, dengan latihan pengecekan instan.

Soal-Soil Masa Lalu

Topik lain dalam AP Fisika C: Listrik dan Magnetisme

Masuk atau buat akun

IGCSE, A-Level & AP