Home / Fisika / gaya lorentz

Gaya Lorentz

  • 9 min read

Penulis : Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Univesitas Indonesia 2016

Gaya Lorentz disebabkan adanya partikel bermuatan q yang bergerak dengan kecepatan v dalam kuat medan magnet B. Arah gaya Lorentz tegak lurus terhadap arah arus dan medan magnet. Besar gaya Lorentz berbeda untuk penghantar tunggal dan sejajar.

Apa yang kalian ketahui tentang muatan listrik? Muatan listrik itu bergerak yang menimbulkan suatu arus listrik? Lalu, bagaimana pengaruhnya jika arus listrik bergerak dalam medan magnetik? Pengaruhnya akan menimbulkan gaya Lorentz. Apa itu gaya Lorentz? Kamu akan menemukan jawabannya setelah membaca artikel ini.

Pengertian Gaya Lorentz

Gaya Lorentz merupakan gaya yang diakibatkan oleh pergerakan muatan listrik dalam suatu medan magnetik. Arah gaya Lorentz tegak lurus terhadap arah arus dan medan magnetik.

Bila muatan listrik positif maka arah gaya Lorentz searah dengan arus listrik dan sebaliknya. Gaya Lorentz ditemukan oleh ahli Fisika Belanda bernama Hendrik Antoon Lorentz (1895).

Hendrik Antoon Lorentz

Hendrik Antoon Lorentz, sumber citizedium

Lorentz melakukan koreksi dan menyelesaikan hukum gaya elektromagnetik. Sebelum Lorentz menemukan itu, sudah terlebih dahulu cendekiawan Italia bernama Gian Domenico Romagnosi mengemukaan pendapatnya yang diterbitkan pada koran Italia (1802).

Pada tahun 1820, Hans Christian Ørsted (ahli Fisika Denmark) mengemukakan hubungan antara arus listrik dan medan magnet dimana dia melakukan eksperimen sederhana dengan memberikan arus listrik pada pengahantar/kawat yang dapat menolak jarum kompas. Namun, Ørsted tidak memberikan penjelasan yang memuaskan dan barulah Lorentz menyelesaikannya.

Baca tulisan lain dari bacaboy

Rumus Dasar Gaya Lorentz

Sebuah penghantar yang berarus listrik dan diletakkan dalam medan magnetik maka akan menimbulkan gaya Lorentz dimana arahnya mengikuti arah gerak maju sekrup (searah jarum jam) yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik ke arah medan magnet. Oleh karena itu, gaya Lorentz dapat digunakan untuk menggerakan motor listrik dimana motor listrik diberi arus listrik, lalu arus menuju cincin komutator kemudian melewati sikat karbon untuk menuju kumparan.

Motor listrik memiliki medan magnet yang dapat menimbulkan gerak dan berputar. Selain pada motor listrik, gaya Lorentz juga dapat diterapkan pada generator listrik, linear alternator, galvanometer, dsb. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan dan ilustrasinya sebagai berikut:

menentukan arah gaya lorentz

Besar gaya Lorentz sebanding dengan medan magnetik, arus listrik dan panjang penghantarnya. Gaya Lorentz dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

persamaan gaya lorentz

dimana F merupakan gaya Lorentz (N), B merupakan kuat medan magnet (Tesla) atau (T), I merupakan kuat arus listrik (Ampere) atau (A), l merupakan panjang penghantar atau kawat tempat arus listrik mengalir (m), dan gaya lorentz 1 merupakan besar sudut yang dibentuk antara medan magnetik dengan arus listrik.

Gaya Lorentz dapat dianggap sebagai suatu konsekuensi dari adanya pergerakan muatan listrik (arus listrik) di dalam medan magnetik dan dapat dilihat pada gambar 1 bahwa arah gaya Lorentz tegak lurus terhadap medan magnetik dan arus listrik. Oleh karena itu, motor listrik dapat berputar jika diberi arus listrik dan perputarannya searah jarum jam.

Arah gaya Lorentz dapat diumpamakan seperti arah gaya sentrifugal yang selalu meninggalkan lintasan rotasi dan karena adanya gaya sentripetal mengakibatkan suatu benda yang mengalami gaya sentrifugal dapat berotasi.

Pengelompokkan Gaya Lorentz

Besar gaya Lorentz dapat berbeda-beda yang bergantung pada penghantarnya dengan penjelasan sebagai berikut:

a. Gaya Lorentz pada kawat tunggal

Perhatikan gambar berikut!

gaya lorentz kawat tunggal

Berdasarkan gambar 2 dapat diketahui bahwa gaya Lorentz bekerja hanya pada area gaya Lorentz karena area kerjanya dipengaruhi oleh medan magnet dan selain area itu, gaya Lorentz tidak ada. Besar gaya Lorentz pada kawat tunggal dapat dinyatakan sebagai berikut:

Besar gaya Lorentz pada kawat tunggal

Jika sudut yang dibentuk antara arus listrik dan medan magnet tegak lurus gaya Lorentz 1 , maka gaya Lorentz akan maksimal dan pers. (2) dapat menjadi:

gaya Lorentz akan maksimal dan pers

Agar lebih memahami arah gaya Lorentz, maka dapat dibuat suatu perumpamaan bahwa arah gaya Lorentz itu tegak lurus terhadap arah arus listrik dan medan magnet pada bidang yang berbeda dengan gaya Lorentz.

b. Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar

Pada prinsipnya sama saja dengan kawat tunggal. Kawat sejajar itu berarti dua atau lebih kawat tunggal yang diletakkan sejajar dalam medan magnetik.

Dalam pembahasan ini akan diasumsikan terdapat dua buah kawat sejajar. Arah gaya Lorentz yang diberikan bergantung pada arah arus yang diberikan pada masing-masing kawat.

Gaya Lorentz akan saling tarik menarik jika arus yang diberikan berarah sama, tapi jika arus yang diberikan berbeda arah maka gaya Lorentz yang dihasilkan akan saling tolak-menolak, dengan ilustrasi sebagai berikut:

gaya lorentz kawat sejajar

gaya lorentz kawat berlawanan arah kawat sejajar

Besar gaya Lorentz pada kawat sejajar dapat dinyatakan sebagai berikut:

Besar gaya Lorentz pada kawat sejajar

dimana Fa merupakan gaya Lorentz pada penghantar a, Fb merupakan gaya Lorentz pada penghantar b, Ia merupakan arus listrik pada penghantar a, Ib merupakan arus listrik pada penghantar b, permeabilitas ruang hampa dengan besar merupakan permeabilitas ruang hampa dengan besar merupakan jarak antara kedua penghantar/kawat , merupakan jarak antara kedua penghantar/kawat 2 merupakan jarak antara kedua penghantar/kawat, l merupakan panjang penghantar/kawat (m).

c. Gaya Lorentz pada Muatan dalam Medan Magnet

Bila terdapat partikel yang bermuatan q dan bergerak dengan kecepatan v dalam suatu medan magnetik maka muatan tersebut akan mengalami gaya Lorentz dengan besar sebagai berikut:

gaya lorentz 3

dimana q merupakan muatan listrik (C), v merupakan kecepatan partikel, B merupakan kuat medan magnet (T), dan gaya lorentz 5 merupakan sudut yang dibentuk antara B dan v.

Arah gaya Lorentz akan bergantung pada besaran muatan partikelnya tersebut (positif atau negatif) dimana gaya Lorentz akan searah (positif) jika partikelnya bergerak searah dengan arus dan akan berlawanan arah (negatif) jika partikelnya bergerak berlawanan arah dengan arus. Perhatikan ilustrasi berikut:

gaya lorentz 6

gaya lorentz searah dengan arah arus

Gaya Lorentz dapat membentuk suatu lintasan berupa lingkaran. Oleh karena itu, besar gaya Lorentz dapat dinyatakan sebagai berikut:

Gaya Lorentz dapat membentuk suatu lintasan berupa lingkaran

dimana m merupakan massa partikel (kg) dan R merupakan jari-jari lintasan partikel (m).

Dengan demikian, arus listrik dan medan magnetik saling mempengaruhi arah gaya Lorentz, positif (searah arus listrik) atau negatif (berlawanan arus listrik). Muatan listrik bergerak (menimbulkan arus listrik) dari kutub positif ke negatif dan saling tegak lurus terhadap medan magnet sehingga arah gaya Lorentz yang dihasilkan akan tegak lurus pula terhadap medan magnet. Arah gaya Lorentz tidak mempengaruhi perhitungan, tetapi hanya berpengaruh pada arah perhitungan saja.

Perlu diperhatikan bahwa sudut yang membentuk antara arus listrik dengan medan magnet akan menentukan besar gaya Lorentz. Bidang yang membentuk gaya Lorentz tegak lurus terhadap bidang arus listrik dan medan magnet.

Contoh Soal Latihan

  1. Sebuah penghantar dengan panjang 10 cm diberikan arus listrik sebesar 10 A. Arah medan magnetik tegak lurus terhadap arah arus. Berapa besar gaya Lorentz sepanjang 10 cm dari panjang penghantar tersebut jika berada dalam area medan magnet dengan kekuatan 0,5 T?

Jawab:

gaya lorentz 8

2. Perhatikan gambar berikut!

gaya lorentz 9

Sebuah penghantar dengan panjang 20 cm dimasukkan dalam suatu area bermedan magnet sebesar 0,1 T. Namun hanya setengah bagiannya saja yang masuk. Berapa besar gaya Lorentz dan arahnya ke mana?

Jawab:

gaya lorentz 9

3. Sebuah partikel bermassa gaya lorentz 10 dan bermuatan 1 C bergerak dengan kecepatan 10 m/s melintasi medan magnet berkekuatan 0,2 T. Sehingga partikel mendapatkan gaya Lorentz dan membentuk lintasan melingkar (tertutup). Berapa besar jari-jari yang terbentuk?

Jawab

gaya lorentz 11

Pertanyaan Umum

Jelaskan secara singkat apa itu gaya Lorentz?

Gaya Lorentz adalah gaya disebabkan oleh adanya partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan v dalam area bermedan magnet. Arah gaya Lorentz tegak lurus terhadap arah medan magnet dan arus listrik. Sudut yang terbentuk antara bidang medan magnetik terhadap bidang arus listrik sangat menentukan besar gaya Lorentz.

Berikan pendapat kamu mengenai pers. (1)?

Bahwa besar gaya Lorentz sebanding dengan besar arus, medan magnet dan panjang dari penghantarnya serta sudut yang terbentuk antara medan magnet dan arus. Sehingga besar gaya Lorentz tidak berbanding terbalik terhadap besaran tersebut. Berdasarkan rumus tersebut, gaya Lorentz juga akan mempengaruhi medan magnet terdekat penghantar.

Bagaimana arah gaya Lorentz pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnetik?

Arah gaya Lorentz akan bergantung pada besaran muatan partikelnya tersebut (positif atau negatif) dimana gaya Lorentz akan searah (positif) jika partikelnya bergerak searah dengan arus dan akan berlawanan arah (negatif) jika partikelnya bergerak berlawanan arah dengan arus.

Daftar Pustaka

  • Adminami01. 2019. Pengertian Gaya Lorentz dan Manfaatnya Dalam Ilmu Fisika. Diperoleh dari https://rumusrumus.com/pengertian-gaya-lorentz/ (diakses pada 5 Mei 2020).
  • Bitar. 2019. Pengertian, Dan Rumus gaya Lorentz Beserta Contohnya Secara Lengkap. Diperoleh dari; https://www.gurupendidikan.co.id/pengertian-dan-rumus-gaya-lorentz-beserta-contohnya-secara-lengkap/ (diakses pada 5 Mei 2020).
  • Ibadurrahman. Gaya Lorentz. Diperoleh dari https://www.studiobelajar.com/gaya-lorentz/ (diakses pada 5 Mei 2020).
  • RumusHitung.com. 2015. Rumus Gaya Lorentz dan Cara Menentukan Arahnya. Diperoleh dari https://rumusrumus.com/pengertian-gaya-lorentz/ (diakses pada 5 Mei 2020).
  • The Editors of Encyclopaedia Britannica. Lorentz Force. Diperoleh dari: https://www.britannica.com/science/Lorentz-force (diakses pada 5 Mei 2020).

Baca juga