Gaya Lorentz – Media Masyarakat

Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) merupakan ilmuwan Belanda yg mempunyai kontribusi besar pada bidang fisika & fisika kuantum. Berdasarkan hasil kerja ilmuwan-ilmuwan sebelumnya, Lorentz mengoreksi & menyelesaikan hukum gaya elektromagnetik yg sekarang menyandang namanya.

Gaya lorentz merupakan gabungan antara gaya elektrik & gaya magnetik pada suatu medan elektromagnetik. Gaya Lorentz ditimbulkan alasannya adanya muatan listrik yg bergerak atau sebab adanya arus listrik dlm suatu medan magnet. Arah dr gaya Lorentz selalu tegak lurus dgn arah berpengaruh arus listrik (I) & induksi magnetik yg ada (B).

Lihat pula bahan Wargamasyarakat.org lainnya:

Induksi Elektromagnetik

Hukum Newton

Energi Kinetik & Energi Potensial

Daftar Isi

Gaya Lorentz pada Kawat Berarus Listrik

gaya lorentz pengertian

Ketika sebuah kawat dgn panjang dialiri arus listrik sebesar l & ditaruh pada suatu medan magnetik sebesar I, maka akan timbul gaya Lorentz pada kawat tersebut. Dengan mengombinasikan gaya Lorentz & definisi arus listrik, maka dapat dijumlah besarnya gaya Lorentz pada kawat yg lurus & stasioner yaitu:

$F_ Lorentz = I lB \times \sin \alpha$

di mana:

l merupakan panjang kawat (m)

I merupakan kuat arus yg mengalir pada kawat (Ampere)

B merupakan kuat medan magnet (Tesla)

α merupakan sudut yg dibuat oleh B & I

Jika arah arus listrik tegak lurus dgn arah medan magnet, maka gaya Lorentz yg terjadi akan optimal ( $\sin 90^o = 1$ ). Inilah kondisi yg biasanya senantiasa dikondisikan dengan-cara faktual yakni supaya gaya Lorentz yg didapat senantiasa maksimal, medan magnet dikondisikan selalu tegak lurus dgn arus listrik yg mengalir.

Sejumlah gas ideal dipanaskan secara isobarik,

$F_ Lorentz = Il \times B$

Arah gaya Lorentz mampu diputuskan dgn memakai kaidah ajun pada gambar dibawah ini:

kaidah tangan kanan pada gaya lorentz

Kaidah asisten pertama memakai tiga jari tangan kanan dimana:

Ibu jari = arah arus listrik (I)

Jari telunjuk = arah medan magnet (B)

Jari tengah = arah gaya Lorentz (F)

Kaidah asisten kedua memakai telapak ajun yg terbuka & lebih gampang gunakan terlebih lagi kalau sudut $\alpha \neq 90^o$ dimana:

Ibu jari = arah arus listrik (I)

Keempat jari lain = arah medan magnet (B)

Telapak tangan = arah gaya Lorentz (F)

Besarnya sudut α tak menghipnotis arah gaya Lorentz alasannya adalah arah gaya Lorentz selalu tegak lurus dgn arah arus listrik & medan magnetik.

Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar yg Berarus Listrik

Ketika terdapat dua buah kawat dgn panjang l dialiri arus listrik sebesar I yg tiap kawat diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar B, maka akan timbul gaya Lorentz berupa gaya tarik mempesona ataupun tolak menolak tergantung dr arah arus listrik pada tiap kawat. Jika kedua kawat memiliki arah arus yg searah, maka akan mengalami gaya tarik menarik; apabila arah arus pada kedua kawat saling bertolak belakang/bertentangan, maka akan mengalami gaya tolak-menolak.

kawat berarus searah & bertolak belakang

Besarnya gaya tarik-mempesona ataupun tolak-menolak pada kawat sejajar berarus listrik dapat dicari dgn menggunakan rumus:

$F_ Lorentz = F_1 = F_2 = \frac mu_0 I_1 I_2 2 \pi \alpha l$

di mana:

F₁ merupakan gaya tarik-menawan atau tolak-menolak pada kawat 1 (Newton)

F₂ merupakan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 2 (Newton)

I₁ merupakan kuat arus yg mengalir pada kawat 1 (Ampere)

I₂ merupakan berpengaruh arus yg mengalir pada kawat 2 (Ampere)

µ₀ merupakan permeabilitas vakum ( $4 \pi \times 10^ -7 Wb/Am$ )

l merupakan panjang kawat (m)

α merupakan jarak antar kedua kawat (m)

Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak dlm Medan Magnet

Ketika terdapat muatan listrik q yg bergerak dgn kecepatan v pada suatu medan magnetik sebesar B, maka muatan listrik tersebut akan mengalami gaya Lorentz yg besarnya dapat dijumlah dgn rumus:

Apakah Yang Dimaksud Dengan Gaya Gravitasi Bumi?

$F_ Lorentz = qvB \times \sin \alpha$

di mana:

q merupakan muatan listrik (Coloumb)

v merupakan kecepatan gerak muatan listrik (m/s)

B merupakan besar lengan berkuasa medan magnet (Tesla)

α merupakan sudut yg dibuat oleh B & v

Arah gaya Lorentz pada kasus ini yakni tegak lurus dgn arah kuat medan magnet & arah kecepatan benda. Arah gaya Lorentz akan berlawanan tergantung muatan partikelnya. Perhatikan gambar dibawah, sesuai dgn kaidah ajudan, bila muatan q positif maka arah v searah dgn I; bila muatan q negatif maka arah v bertentangan dgn arah I.

gaya lorentz dlm medan magnet

Jika arah medan magnet tegak lurus dgn arah kecepatan partikel bermuatan listrik, maka lintasannya akan berbentuk bundar sehingga partikel akan mengalami gaya sentripetal yg besarnya sama dgn gaya Lorentz.

$F_ Lorentz = F_ sentripetal$

$qvB = mv^2/R$

Sehingga, besarnya jari-jari lintasan melingkar partikel tersebut mampu dicari dengan:

$R = mv/qvB$

Manfaat & Aplikasi Gaya Lorentz

Manfaat & aplikasi terbesar dr penerapan gaya Lorentz ialah motor listrik. Dengan mengalirkan arus listrik pada kumparan di dlm medan magnet, mampu dihasilkan gaya Lorentz berupa rotasi pada motor listrik untuk menggerakkan batang shaft yg kemudian mampu digunakan untuk segala kebutuhan.

Selain motor listrik, aplikasi gaya Lorentz diterapkan pada railguns, linear motor, loud speaker, generator listrik, linear alternator, & lain sebagainya.

Contoh Soal Gaya Lorentz & Pembahasan

Sebuah proton bergerak searah sumbu X positif (ke kanan) dgn kecepatan 3 m/s melewati medan magnet sebesar $5 \times 10^ -6 T$ dgn arah masuk ke layar. Berapa besar gaya yg dialami partikel tersebut? ( $q = 1.6 \times 10^ -19 C$ ).

a) $2.24 \times 10^ -24$ Newton dgn arah sumbu Y positif (ke atas)

b) $2.24 \times 10^ -24$ Newton dgn arah melingkar ke atas

c) $2.24 \times 10^ -24$ Newton dgn arah melingkar ke bawah

d) $1.44 \times 10^ -24$ Newton dgn arah melingkar ke bawah

Pembahasan:

Dengan memakai rumus gaya Lorentz didapat:

√ Fluida Statis

$F_ Lorentz = qvB = (1.6 \times 10^ -19 C) (3 m/s) (5 \times 10^ -6 T)$

$F_ Lorentz = 2.4 \times 10^ -24$ Newton

Sesuai dgn kaidah ajudan, partikel bermuatan positif maka arah kecepatannya sama dgn arah ibu jari, arah medan magnet merupakan arah keempat jari, maka telapak tangan menghadap ke atas. Oleh sebab arah kecepatan partikel tegak lurus dgn arah medan magnet, maka lintasannya berbentuk melingkar.

Makara, jawaban yg benar yaitu B.

Kontributor: Ibadurrahman, S.T.

Mahasiswa S2 Teknik Mesin FT UI

Materi Wargamasyarakat.org lainnya:

Elektroskop

Mikrometer Sekrup

Elastisitas Fisika