bahan kuliah fisika dasar with ibu Fitri Wijayanti, S.Si, M.Eng

GAYA LORENTZ

Gaya Lorentz pada kawat lurus berarus listrik

Jika kawat panjang l  dialiri arus listrik I berada dalam medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya Lorentz atau gaya magnet yang arahnya dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.

Gaya Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet, B. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet, B, seperti yang terlihat dalam rumus berikut:

\mathbf{F} = q (\mathbf{v} \times \mathbf{B})

di mana

F adalah gaya (dalam satuan/unit newton)
B adalah medan magnet (dalam unit tesla)
q adalah muatan listrik (dalam satuan coulomb)
v adalah arah kecepatan muatan (dalam unit meter per detik)
× adalah perkalian silang dari operasi vektor.

Untuk gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh arus listrik, I, dalam suatu medan magnet (B), rumusnya akan terlihat sebagai berikut (lihat arah gaya dalam kaidah tangan kanan):

\mathbf{F} = \mathbf{L} I \times \mathbf{B} \,

di mana

 

dowload materi kuliah gaya magnetik

F = gaya yang diukur dalam unit satuan newton
I = arus listrik dalam ampere
B = medan magnet dalam satuan tesla
\times = perkalian silang vektor, dan
L = panjang kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter.
download materi kuliah disini
Konsep Gaya Lorentz

Jika arus listrik mengalir dari A ke B ternyata pita dari alumunium foil  melengkung ke atas , ini berarti ada sesuatu gaya yang berarah keatas akibat adanya medan magnet homogen dari utara ke selatan. Gaya ini selanjutnya disebut sebagai gaya magnetic atau gaya Lorentz . Jika arus listrik dibalik sehingga mengalir dari B ke A, ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke bawah. Jika arus listrik diperbesar maka alumunium foil akan melengkung lebih besar. Ini berarti besar dan arah gaya Lorentz tergantung besar dan arah arus listrik.
Karena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan B.

FL  = I x B

Besarnya gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus FL = I.B sinθ
Rumus ini berlaku untuk panjang kawat 1 meter.

Perhitungan diatas adalah gaya Lorentz yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang. Jadi jika panjang kawat = ℓ , maka besar gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus :

FL  = I . ℓ . B . Sin θ

  • FL = gaya Lorentz dalam newton ( N )
  • I   = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
  • ℓ   = panjang kawat dalam meter ( m )
  • B  = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
  • θ  = sudut antara  arah I dan B

Dari rumus di atas ternyata jika besar sudut θ adalah :

  • Θ =900 , arah arus listrik dan medan magnet ( I dan B ) saling tegak lurus maka FL mencapai maksimum
  • Θ = 00 , arah arus listrik dan medan magnet  ( I dan B ) saling sejajar maka FL  = 0 atau kawat tidak dipengaruhi gaya Lorentz

Hubungan antara FL , I dan B dapat lebih mudah dipelajari dengan menggunakan kaidah tangan kiri. Yaitu dengan mengangan-angankan jika ibu jari, jari telunjuk dan jari tangah kita bentangkan saling tegak lurus, maka :

  • Ibu jari          : menunjukan arah gaya Lorentz ( FL ) Arah gaya  Lorentz
  • Jari telunjuk  : menunjukkan arah medan magnet ( B )
  • Jari tengah    : menunjukkan arah arus listrik ( I )

Coba sekarang kalian terapkan kaidah ini pada percobaan diatas, mengapa alumunium foil melengkung keatas ? sesuaikah dengan kaidah tangan kiri ?

Catatan : 
Aturan ini dapat juga menggunakan kaidah tangan kanan, yaitu dengan mengangan-angankan jika Ibu jari, Jari Telunjuk dan Jari tengah kita bentangkan saling tegak lurus, maka : Jari tengah menunjuk arah gaya Lorentz, jari telunjuk menunjuk arah medan magnet dan Ibu jari menunjuk arah arus listrik.

Contoh Soal :

  1. Sebuah kawat berarus listrik I = 2 A membentang horizontal dengan arah arus dari utara ke selatan, berada dalam medan magnet homogen B = 10 – 4  T dengan arah vertikal ke atas. Bila panjang kawatnya 5 meter dan arah arus tegak lurus arah medan magnet. Berapa besar dan arah   gaya Lorentz yang dialami oleh kawat ? …Jawab :
    Diket :  I = 2 A
    B = 10 – 4  T
    ℓ  = 5 m

Ditanya :  FL = …………… ?
Dijawab :

FL = I . ℓ . B . sin θ
= 2 ampere . 5 meter . 10 -4  Tesla . sin 900
= 10-3  newton

Dengan arah gaya menunjuk ke Barat

  • Seutas kawat lurus yang terletak di equator diarahkan sejajar dengan bumi sepanjang arah timur-barat. Induksi magnetic dititik itu horizontal dan besarnya 6.10-5  T. Jika massa persatuan panjang kawat 5.10-3 kg/m dan g  = 10 m/s2, berapa arus yang mengalir di dalam kawat supaya besar gaya yang dialaminya seimbang dengan berat kawat ? ….Jawab :
    Diket :  B =   6.10-5  T
    m/L =  5 . 10-3kg/m
    g  = 10 m/s2
    Ditanya :  I = …….?  Supaya gaya Lorentz seimbang dengan gaya berat
    Dijawab :

FL  =  w
B. I. L  =  m . g
B . I  =  m/L  . g
6 . 10 – 5  . I = 5 . 10 – 3 . 10
Jadi I =  5000/6  Ampere

 

semoga bermanfaat