Gaya Lorentz -

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 adonan antara gaya elektrik & gaya magnetik pada suatu medan elektromagnetik. Gaya Lorentz ditimbulkan alasannya adalah adanya muatan listrik yg bergerak atau alasannya adalah 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 Sosiologiku.com 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 & diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar I, maka akan timbul gaya Lorentz pada kawat tersebut. Dengan mengombinasikan gaya Lorentz & definisi arus listrik, maka mampu dijumlah besarnya gaya Lorentz pada kawat yg lurus & stasioner yakni:

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

di mana:

l merupakan panjang kawat (m)

I merupakan kuat arus yg mengalir pada kawat (Ampere)

B merupakan berpengaruh 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 selalu dikondisikan dengan-cara aktual yakni agar gaya Lorentz yg didapat senantiasa optimal, medan magnet dikondisikan selalu tegak lurus dgn arus listrik yg mengalir.

Gerak Melingkar

$F_ Lorentz = Il \times B$

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dgn menggunakan kaidah ajun pada gambar dibawah ini:

kaidah tangan kanan pada gaya lorentz

Kaidah ajudan pertama menggunakan tiga jari asisten dimana:

Ibu jari = arah arus listrik (I)

Jari telunjuk = arah medan magnet (B)

Jari tengah = arah gaya Lorentz (F)

Kaidah ajudan kedua menggunakan telapak ajun yg terbuka & lebih gampang gunakan apalagi lagi jika 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 mensugesti 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 ditaruh 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 mempunyai arah arus yg searah, maka akan mengalami gaya tarik menawan; apabila arah arus pada kedua kawat saling bertolak belakang/bertentangan, maka akan mengalami gaya tolak-menolak.

kawat berarus searah & bertolak belakang

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

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

di mana:

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

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

I₁ merupakan besar lengan berkuasa arus yg mengalir pada kawat 1 (Ampere)

I₂ merupakan kuat 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 dihitung dgn rumus:

Efek Doppler

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

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 ialah tegak lurus dgn arah besar lengan berkuasa medan magnet & arah kecepatan benda. Arah gaya Lorentz akan berlawanan tergantung muatan partikelnya. Perhatikan gambar dibawah, sesuai dgn kaidah tangan kanan, bila muatan q positif maka arah v searah dgn I; bila muatan q negatif maka arah v berlawanan dgn arah I.

gaya lorentz dlm medan magnet

Jika arah medan magnet tegak lurus dgn arah kecepatan partikel bermuatan listrik, maka lintasannya akan berbentuk bulat 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 yaitu motor listrik. Dengan mengalirkan arus listrik pada kumparan di dlm medan magnet, dapat 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:

Tekanan Hidrostatis

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

$F_ Lorentz = 2.4 \times 10^ -24$ 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 alasannya adalah arah kecepatan partikel tegak lurus dgn arah medan magnet, maka lintasannya berbentuk melingkar.

Jadi, balasan yg benar yaitu B.

Kontributor: Ibadurrahman, S.T.

Mahasiswa S2 Teknik Mesin FT UI

Materi Sosiologiku.com lainnya:

Elektroskop

Mikrometer Sekrup

Elastisitas Fisika