Penjelasan lengkap apa itu gaya lorentz mulai dari pengertian, rumus, manfaat, materi, penerapan, kaidah tangan kanan, dan contoh soal.
Daftar Isi
Pengertian Gaya Lorentz
Apa itu gaya Lorentz? Gaya Lorentz gaya yang berasal dari gabungan antara dua gaya. Kedua gaya tersebut adalah gaya magnetik dan gaya elektrik yang terdapat pada sebuah medan elektromagnetik. Gaya ini berasal dari suatu muatan listrik yang bisa bergerak jika sebuah arus listrik ada di dalam medan magnet B. Hadirnya gaya elektrik tentu tidak lepas dari seorang penemu.
Orang yang berjasa menemukan gaya ini adalah Hendrik Antoon Lorentz pada tahun 1853 hingga 1928. Dia merupakan seorang fisikawan yang berasal dari Belanda dan sudah memperoleh penghargaan Nobel dalam ilmu pengetahuan Fisika bersama dengan seorang yang bernama Pieter Zeeman pada tahun 1902.
Kemudian nama Hendrik Antoon Lorentz diabadikan sebagai sebuah gaya yang ditemukannya dan orang-orang mengenal gaya tersebut sebagai gaya Lorentz hingga sekarang. Dari gaya ini juga ditemukan motor listrik yang berfungsi menggerakkan alat-alat seperti blender, kipas angin, mesin, cuci, dan lain sebagainya.
Baca juga: Gaya Gravitasi
Rumus Gaya Lorentz
Ketika ada sebuah kawat yang dialiri oleh arus listrik sebesar I serta kawat tersebut diletakkan pada tengah medan magnet, maka nanti akan timbul gaya magnetik pada kawat tersebut. Dengan menggabungkan antara gaya magnetik dengan arus listrik, maka kita bisa menghitung berapa besar gaya pada kawat tersebut sehingga kemudian muncul rumus sebagai berikut:
Florentz = B I l sin α
Keterangan:
Florentz = Gaya Lorenz
B= kuat arus medan magnet (Tesla)
I = kuat arus yang mengalir pada kawat (ampere)
I = panjang kawat (m)
α = sudut yang dibentuk dari B dan I
Menentukan Arah Gaya Lorentz
1. Gaya Lorentz Pada Kawat Berarus
Jika arah arus listrik tegak lurus dengan arah pada medan magnet, maka akan terjadi gaya magnetik yang maksimal (sin 90º = 1). Dengan kata lain, agar gaya magnetik dapat terbentuk secara maksimal, maka medan magnet harus dikondisikan tegak lurus dengan arus listrik yang mengalir.
Sementara itu menentukan arah gaya Lorentz dapat melalui kaidah tangan seperti gambar di bawah ini:
Untuk kaidah tangan kanan gaya Lorentz yang pertama menggunakan tiga jari, dimana:
Ibu jari = arah arus listrik (I)
Jari telunjuk = arah medan magnet (B)
Jari tengah = arah gaya Lorentz (F)
Untuk kaidah tangan yang kedua menggunakan telapak tangan kanan yang terbuka serta lebih mudah digunakan, terlebih jika sudut α≠90º dimana:
Ibu jari = arah arus listrik (I)
Keempat jari lainnya = arah medan magnet (B)
Telapak tangan = arah gaya Lorentz (F)
Perlu diketahui bahwa besarnya sudut α tidak mempengaruhi arah pada gaya magnetik. Hal ini karena arah pada gaya tersebut tegak lurus dengan arah arus listrik serta medan magnet.
2. Gaya Lorentz Pada Kawat Sejajar yang Memiliki Arus Listrik
Pada saat ada dua buah kawat yang memiliki panjang I kemudian dialiri arus listrik sebesar I dan kedua kawat tersebut diletakkan pada medan magnetik sebesar B, maka akan terjadi gaya magnetik.
Gaya elektrik yang terjadi adalah tarik-menarik maupun tolak-menolak bergantung pada arah arus listrik yang berasal dari masing-masing kawat. Ketika kedua kawat tersebut mempunyai arah arus yang sama atau searah, maka akan terjadi gaya tarik-menarik. Sebaliknya, ketika kedua kawat tersebut mempunyai arah arus yang berlawanan, maka akan timbul gaya tolak-menolak atau saling berlawanan.
Mengenai besarnya gaya tarik-menarik maupun saling berlawanan atau tolak-menolak pada kedua kawat tersebut dapat menggunakan rumus:
Keterangan:
F1 = gaya tarik menarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 1 (Newton)
F2 = gaya tarik menarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 2 (Newton)
I1 = kuat arus yang mengalir pada arus 1 (Ampere)
I2 = kuat arus yang mengalir pada arus 2 (Ampere)
µ0 = permeabilitas vakum ()
I = panjang kawat (meter)
α = jarak antara kedua kawat (meter)
3. Gaya Lorentz Pada Muatan Bergerak di dalam Medan Magnet
Pada saat tedapat muatan listrik q bergerak dengan kecepatan v pada medan magnet B, maka akan terjadi gaya magnetik dan dapat dihitung dengan rumus:
FLorentz = qvB x sin α
Keterangan:
q = muatan listrik (Coloumb)
v = kecepatan gerak (m/s)
B = medan magnet (Tesla)
α = sudut yang dibentuk B dan v
Untuk arah pada gaya Lorentz yang satu ini adalah tegak lurus dengan arah pada medan magnet serta arah kecepatan benda. Arah gaya ini akan bergantung pada muatan partikelnya. Perhatikan gambar di bawah ini, sesuai dengan kaidah tangan kanan, jika muatan q memiliki nilai positif, maka arah v akan sejajar dengan I. Sementara itu, jika muatan q bernilai negatif, maka v akan berlawanan dengan I.
Kemudian jika arah pada medan magnet tegak lurus dengan arah kecepatan partikel yang bermuatan listrik, menyebabkan lintasannya berbentuk lingkaran sehingga partikelnya akan mengalami gaya sentripetal yang mana besarnya sama dengan gaya magnetik.
FLorentz = Fsentripetal
qvB = mv2 / R
Dengan begitu, maka besarnya jari-jari lintasan melingkar partikel tersebut bisa kita cari menggunakan rumus:
R = mv/qvB
Baca juga: Gaya Sentrifugal
Faktor yang MempengaruhiGaya Lorentz
Perlu Anda ketahui bahwa ada beberapa faktor yang mempengaruhi gaya elektrik, diantaranya:
- Besar arus listrik (I)
- Kuat medan magnet (B)
- Panjang penghantar (I)
Manfaat Penerapan Gaya Lorentz
Informasi yang tidak kalah penting adalah kira-kira apa saja manfaat yang akan Anda dapatkan dari penerapan gaya Lorentz? Salah satu manfaat yang paling terasa dari penerapan gaya ini adalah motor listrik. Dengan mengalirkan listrik pada kumparan yang ada di dalam medan magnet, maka bisa dihasilkan sebuah gaya magnetik yang berupa rotasi pada motor listrik yang digunakan untuk menggerakkan batang shaft sehingga bisa digunakan untuk berbagai macam kebutuhan.
Selain motor listrik, penerapan gaya Lorentz juga bisa Anda lihat pada linear motor, railguns, generator listrik, loud speaker, linear alternatif, dan masih banyak yang lainnya.
Contoh Soal Gaya Lorentz
1. Sebuah kawat memiliki aliran listrik 10 A dan memiliki arah ke atas. Kawat tersebut berada di dalam sebuah medan magnet 0,5 T dan membentuk sudut sebesar 30 o terhadap kawat. Jika kawat tersebut memiliki panjang 10 meter, berapa besaran gaya magnetic yang dialami kawat?
Jawab:
Diketahui:
I = 10 A
B = 0,5 T
α = 30o
l = 10 m
Ditanya: F …?
Rumus : F = I.l.B sin α = (0,5)(10)(10) sin 30o
F = 50(1/2) = 25 newton
Jadi, gaya Lorentz yang dimiliki kawat adalah sebesar 25 newton
2. Terdapat muatan listrik mempunyai massa 9,2 × 10-38kg dengan bergerak memotong secara tegak lurus pada medan magnet sebesar 2 T. Jika muatannya sebesar 3,2 × 10-9 C dengan jari-jari lintasannya 2 cm. Lalu berapa kecepatan muatan tersebut?
Jawab:
Dikathui:
m = 9,2 × 10-38 kg
B = 2 tesla
q = 3,2 × 10-9 C
R = 2 cm (2 x 10-2 m)
Ditanya: v ….?
Jadi, kecepatan muatan tersebut sebesar 1,39 x 1017 m/s
Demikian informasi yang bisa kami berikan kepada Anda tentang pengertian, manfaat, rumus, dan berbagai hal lainnya yang berhubungan dengan gaya Lorentz. Semoga bermanfaat.