Jika kuat arus listrik masuk menembus bidang dan medan magnet ke arah kanan maka gaya magnet ke arah
Kenya Swawikanti Apr 27, 2021 • 6 min read
Konsep Pelajaran SMP Kelas 9 Fisika IX
Artikel ini membahas tentang Gaya Lorentz secara lengkap meliputi pengertian, kaidah tangan kanan, rumus, hingga contoh soalnya.
--
Pernah mendengar tentang Gaya Lorentz? Gaya ini diberi nama Lorentz karena penemunya bernama belakang Lorentz.
“Lho, Lorentz bukannya pembalap MotoGP, ya?”
Jorge Lorenzo [Sumber: giphy.com]
Itu mah, Lorenzo! Ah, gimana sih, Bambang!
Lorentz yang menemukan Gaya Lorentz itu nama panjangnya adalah Hendrik Antoon Lorentz.
“Ya maaf, aku kan tahunya Lorenzo yang pembalap itu hehehe.. Eh, tapi, ngomong-ngomong, Gaya Lorentz itu apa, sih?”
Gaya Lorentz adalah gaya yang timbul akibat adanya arus listrik dalam suatu medan magnet. Jadi, jika kita memiliki suatu benda konduktor yang berada di dalam medan magnet, kemudian kita aliri benda tersebut dengan arus listrik, maka akan timbul suatu gaya yang mampu menggerakkan benda tersebut. Nah, gaya ini disebut dengan Gaya Lorentz.
Untuk memahaminya dengan lebih mudah, kamu bisa perhatikan percobaan yang ada pada cuplikan video berikut.
Percobaan Gaya Lorentz [Sumber: Catatan Si Rebiaz via YouTube]
Pada percobaan tersebut, terdapat sebuah benda konduktor berupa kawat yang diletakkan di antara dua buah magnet. Kedua magnet ini memiliki kutub yang berbeda, yaitu kutub Selatan [South/S] dan kutub Utara [North/N]. Kemudian, kawat tersebut dialiri dengan arus listrik.
Tanda panah merah menunjukkan arah medan magnet, sedangkan garis kuning menunjukkan arah arus listrik yang mengalir pada kawat.
Baca juga: Menghitung Besar Medan Magnet pada Kawat Lurus dan Kawat Melingkar
Coba perhatikan baik-baik. Apa yang terjadi pada kawat? Yup! Kawat tersebut ternyata membengkok ke atas. Hal ini terjadi akibat adanya Gaya Lorentz yang timbul.
“Kenapa kawatnya bengkok ke atas? Kenapa nggak ke bawah?”
Pertanyaan yang bagus! Kawat akan membengkok sesuai dengan arah Gaya Lorentz yang timbul. Pada percobaan tersebut, kawat membengkok ke atas karena Gaya Lorentz yang timbul mengarah ke atas.
Perlu diingat bahwa arah dari Gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah arus listrik [I] dan arah medan magnet [B]. Pada percobaan tersebut, arus listrik mengalir dari salah satu ujung kawat menuju ujung kawat yang lain seperti diilustrasikan oleh garis kuning pada video. Sedangkan medan magnetnya mengarah dari magnet berkutub Utara di sebelah kanan menuju magnet berkutub Selatan di sebelah kiri. Oleh karena itu, Gaya Lorentz yang timbul akan mengarah ke atas dan membengkokkan kawat ke arah atas pula.
Gampang, kan! Masih ada cara lebih mudah supaya kamu bisa memahami konsep dari Gaya Lorentz ini, lho! Caranya yaitu dengan mempraktikkan sendiri menggunakan tanganmu sesuai dengan kaidah tangan kanan.
Sekarang kita kembali lagi ke percobaan tadi, yuk! Kita gunakan kaidah tangan kanan untuk mengetahui arah Gaya Lorentz yang timbul.
Mengetahui Arah Gaya Lorentz [Sumber: Catatan Si Rebiaz via YouTube]
Nah, sudah paham kan, kenapa kawat pada percobaan ini membengkok ke atas? Kalau kamu pengen kawatnya bengkok ke bawah, tinggal diubah aja arah arus listriknya supaya arah Gaya Lorentz-nya juga ikut berubah.
“Waduh, diubah ke mana, ya?”
Ke mana, hayoo? Coba gunakan kaidah tangan kanan, deh! Pasti kamu akan tahu jawabannya dalam sekejap. Tulis jawaban kamu di kolom komentar, ya!
Gaya Lorentz
Hendrik Antoon Lorentz [1853-1928] merupakan ilmuwan Belanda yang memiliki kontribusi besar pada bidang fisika dan fisika kuantum. Berdasarkan hasil kerja ilmuwan-ilmuwan sebelumnya, Lorentz mengoreksi dan merampungkan hukum gaya elektromagnetik yang sekarang menyandang namanya.
Gaya lorentz merupakan gabungan antara gaya elektrik dan gaya magnetik pada suatu medan elektromagnetik. Gaya Lorentz ditimbulkan karena adanya muatan listrik yang bergerak atau karena adanya arus listrik dalam suatu medan magnet. Arah dari gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik [I] dan induksi magnetik yang ada [B].
Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Induksi Elektromagnetik
Hukum Newton
Energi Kinetik & Energi Potensial
Induksi Elektromagnetik
Hukum Newton
Energi Kinetik & Energi Potensial
Kaidah Tangan Kanan
Gerak partikel akan menyimpang searah dengan gaya Lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz [F]. Ibu jari menunjukan arah gaya Lorentz [F], jari telunjuk menunjukan arah medan magnet [B], jari tengah menunjukan arah medan listrik [I]. Untuk muatan positif, arah gerak searah dengan arah arus, sedangkan untuk muatan negatif, arah gerak berlawanan dengan arah arus.
Rumus Gaya Lorentz
Persamaan rumus gaya Lorentz dapat ditulis seperti berikut:
F = q[v.B]
Keterangan
F: gaya [Newton]
B: medan magnet [Tesla]
q: muatan listrik [coulomb]
v: arah kecepatan muatan [m/s]
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]:
F = IL.B
Keterangan
F: gaya [Newton]
I: arus listrik [ampere]
B: medan magnet [Tesla]
L: panjang kawat listrik yang dialiri listrik [m]
Gaya Magnetik pada Kawat Berarus
4+
KOMPAS.com: Berita Terpercaya
Baca Berita Terbaru Tanpa Terganggu Banyak Iklan
Dapatkan Aplikasi
Seorang peneliti bernama Lorentz, menyatakan bahwa besarnya gaya magnetik yang dialami oleh kawat beraliran arus listrik adalah:
- berbanding lurus dengan kuat medan magnet,
- berbanding lurus dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat,
- berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar,
- berbanding lurus dengan sudut yang dibentuk arus dengan arah induksi magnet.
Sehingga persamaan dalam menentukan besarnya gaya magnetik pada kawat berarus adalah:
Baca juga: NASA Selidik Anomali Medan Magnet Misterius di Bumi yang Makin Melemah
Contoh soal gaya Lorentz
Contoh soal 1
Sepotong kawat penghantar lurus berarus listrik yang arahnya ke timur diletakkan dalam medan magnet yang arahnya ke utara. Pada penghantar akan timbul gaya Lorentz yang arahnya…
A. Timur laut
B. Bawah
C. Atas
D. Barat
E. Selatan
Pembahasan / penyelesaian soal
Kaidah tangan kanan arah gaya lorentz
Soal diatas jika digambarkan sebagai berikut:
menentukan arah gaya lorentz dengan kaidah tangan kanan
Berdasarkan gambar diatas maka arah gaya lorentz keluar bidang kertas atau ke atas. Jadi soal ini jawabannya D.
Contoh soal 2
Sebuah kawat berarus listrik i diletakkan diantara dua kutub magnet utara dan selatan seperti gambar dibawah ini.
Contoh soal arah gaya Lorentz nomor 2
Arah gaya Lorentz pada kawat adalah…
A. Dari kutub Utara menuju selatan
B. Menuju kutub selatan magnet
C.Menuju kutub utara magnet
D. Keluar bidang kertas
E. Masuk bidang kertas
Pembahasan / penyelesaian soal
Arah medan magnet pada magnet batang berasal dari kutub utara menuju kutub selatan. Jadi arah medan magnet gambar diatas adalah ke kanan. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan maka arah gaya Lorentz adalah masuk bidang kertas seperti gambar dibawah ini.
Pembahasan soal nomor 2 menentukan arah gaya Lorentz
Jawaban soal ini adalah E.
Contoh soal 3
Perhatikan gambar berikut.
Contoh soal arah gaya Lorentz nomor 3
Jika arus listrik dialirkan pada kawat maka arah gaya magnetik yang dialami kawat adalah …
A. ke bawah
B. ke kiri
C. ke kanan
D. tegak lurus masuk bidang kertas
E. tegak lurus keluar bidang kertas
Pembahasan / penyelesaian soal
Pembahasan soal arah gaya Lorentz nomor 4
Jadi soal ini jawabannya E.
Contoh soal 4
Kawat lurus berarus listrik i berada dalam medan magnet B seperti gambar.
Contoh soal arah gaya lorentz nomor 4
Manakah gambar yang benar sesuai gaya magnetik pada kawat ?.
A. 1 dan 3 saja
B. 2 dan 4 saja
C. 1, 2, dan 3 saja
D. 2, 3, dan 4 saja
E. 1, 2, 3, dan 4
Pembahasan / penyelesaian soal
Kaidah tangan kanan arah gaya Lorentz
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan gaya Lorentz diatas maka yang benar adalah gambar nomor 1, 2, 3, dan 4. Soal ini jawabannya E.
Contoh soal 5
Perhatikan gambar disamping. Dari titik A sebuah elektron bergerak dengan kecepatan v memasuki medan magnet B. Salah satu lintasan yang mungkin dilalui elektron adalah …
Soal arah gaya Lorentz nomor 5
A. K-L-M
B. S-T-U
C. P-Q-R
D. P-K-R
E. S-K-U
Pembahasan / penyelesaian soal
Kaidah tangan kanan gaya Lorentz v – B – F
Dengan menggunakan kaidah tangan kanan diatas, didapat arah gaya Lorentz [F] ke kiri. Tetapi karena elektron muatannya negatif maka arah gaya Lorentz sebaliknya yaitu ke kanan. Jadi lintasan yang mungkin P-Q-R. Soal ini jawabannya C.
Contoh soal 6
Kawat lurus berarus listrik 2 A berada dalam medan magnet sebesar 0,5 T yang arahnya tegak lurus terhadap arus. Jika gaya Lorentz yang bekerja pada kawat sebesar 2 N maka panjang kawat adalah…
A. 1 m
B. 2 m
C. 3 m
D. 4 m
E. 5 m
Pembahasan / penyelesaian soal
Pada soal ini diketahui i = 2 A, B = 0,5 T, F = 2 N dan α = 90° [karena tegak lurus]. Maka cara menentukan panjang kawat menggunakan rumus dibawah ini.
→ F = B . I . L . sin α→ L =
F
B . I . sin 90°
→ L =
2 N
0,5 T . 2 A . 1
= 2 m.Jadi panjang kawat sebesar 2 m. Jawaban soal ini adalah B.
Contoh soal 7
Sebuah kawat dengan panjang 1 m berarus listrik 10 A. Jika kawat diletakkan dalam medan magnet 0,01 T yang arahnya membentuk sudut 30° terhadap arah arus maka gaya magnet yang dialami kawat sebesar …
A. 0,05 N
B. 0,5 N
C. 2 N
D. 4 N
E. 8 N
Pembahasan / penyelesaian soal
Pada soal ini diketahui L = 1 m, I = 10 A, B = 0,01 T dan α = 30°. Maka gaya magnet / gaya Lorentz pada kawat dihitung dengan cara dibawah ini:
→ F = B . I . L sin α→ F = 0,01 T . 10 A . 1 m . sin 30°
→ F = 0,05 N
Jadi jawaban soal ini adalah A.
Contoh soal 8
Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 3000 m/s memasuki medan magnet 1000 T. Jika arah kecepatan dan medan magnet membentuk sudut 30 maka gaya Lorentz yang dialami elektro sebesar …
A. 1,6 x 10-13 N
B. 1,8 x 10-13 N
C. 2,4 x 10-13 N
D. 3,6 x 10-13 N
E. 4,8 x 10-13 N
Pembahasan / penyelesaian soal
Pada soal ini diketahui q = – 1,6 x 10-19 C [muatan elektron], v = 3000 m/s, B = 1000 T dan α = 30°. Maka gaya Lorentz yang dialami elektron dihitung dengan rumus sebagai berikut:
→ F = q . v . B . sin α→ F = 1,6 x 10-19 . 3000 m/s . 1000 .
1
2
→ F = 2,4 x 10-13 N
Jadi soal ini jawabannya C.
Contoh soal 9
Sebuah proton [mp = 1,67 x 10-27 kg dan qp = 1,6 x 10-19 C] bergerak melingkar dalam medan magnet sebesar 2000 T seperti gambar dibawah ini.
Lintasan proton dalam medan magnet B
Kecepatan proton adalah…
A. 1,4 x 109 m/s
B. 13,4 x 109 m/s
C. 13,4 x 109 m/s
D. 17,5 x 109 m/s
E. 20,6 x 109 m/s
Pembahasan / penyelesaian soal
Untuk menghitung kecepatan proton atau elektron yang bergerak dalam medan magnet dengan menggunakan rumus dibawah ini.
→ r =m . v
B . q
→ v =
r . B . q
m
→ v =
0,07 m. 2000 T . 1,6 x 10-19 C
1,67 x 10-27 kg
→ v = 13,4 x 109 m/s.
Jadi soal ini jawabannya B.
Contoh soal 10
Dua kawat penghantar sejajar berjarak 1 m satu sama lain dialiri arus listrik 1 A dengan arah yang sama. Gaya lorentz per satuan panjang kedua kawat adalah…
A. 4 x 107 N/m
B. 2 x 107 N/m
C. 2 x 10-7 N/m
D. 4 x 10-7 N/m
E. 8 x 10-7 N/m
Pembahasan soal / penyelesaian
Untuk menjawab soal ini kita gunakan rumus gaya Lorentz dua kawat sejajar yaitu:
→F
L
= μo . i1 . i2
2 . π . a
.→
F
L
= 4π 10-7 Wb/A.m. 1 A . 1A
2 . π . 1 m
.→
F
L
= 2 x 10-7 N/m.Jadi soal ini jawabannya C.
Contoh soal 11
Kawat P dialiri arus listrik 6 A dengan arah ke atas seperti gambar berikut.
Soal gaya lorentz nomor 9
Jika µ0 = 4π x 10-7 Wb/A.m dan terjadi gaya tolak-menolak per satuan panjang antara kawat P dan Q sebesar 1,2 x 10-5 N/m, maka besar dan arah arus listrik pada kawat Q adalah …
A. 1 A ke atas
B. 1 A ke bawah
C. 10 A ke atas
D. 10 A ke bawah
E. 20 A ke atas
Penyelesaian soal / pembahasan
Untuk menjawab soal ini kita gunakan rumus seperti dibawah ini.
→F
L
= μo . iP . iQ
2 . π . a
.→ 1,2 x 10-5 N/m =
4π . 10-7 Wb/A.m . 6 A . iQ
2 . π . 1 m
.→ 1,2 x 10-5 N/m = 12 x 10-7 Wb/A . iQ
→ iQ =
1,2 x 10-5 N/m
12 x 10-7 Wb/A
A = 10 A.Jadi iQ = 10 A dengan arah ke bawah karena gaya saling tolak-menolak. Soal ini jawabannya D.
Contoh soal 12
Contoh soal gaya Lorentz nomor 12
Jika kawat PQ sejajar kawat RS, i1 = 6 A, a = 2 cm dan µ0 = 4π x 10-7 Wb/A.m menghasilkan gaya tolak sebesar 4,8 x 10-5 N/m, kuat arus i2 dan arahnya adalah …
A. 8 A dari S ke R
B. 8 A dari R ke S
C. 6 A dari S ke R
D. 6 A dari R ke S
E. 2 A dari R ke S
Pembahasan / penyelesaian soal
Pembahasan soal gaya Lorentz nomor 12
Soal ini jawabannya B.
Related posts:
Next Read: Contoh soal simpangan rata-rata dan penyelesaiannya + pembahasan »