Gaya Lorentz: Pengertian, Kaidah Tangan Kanan, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasannya

Gaya lorentz adalah suatu gaya yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak karena arus listrik yang berada pada suatu medan magnet B.

Jika penghantar listrik dialiri oleh aliran listrik lalu penghantar itu terletak di sebuah medan magnetik, maka muncullah sebuah gaya.

Nah, gaya inilah yang disebut dengan Lorentz atau gaya magnetik.

Pengertian Gaya Lorentz

Lorentz adalah nama dari sebuah gaya dalam fisika modern yang diambil dari nama belakang seorang ahli fisika kelahiran Arnhem Belanda yang bernama Hendrik Anton Lorentz.

Ahli fisika asal negeri kincir angin ini meneliti tentang sebuah interaksi penghantar berarus yang diletakkan di dalam sebuah medan magnet. Dan hasilnya ia berhasil menemukan sebuah gaya yang kemudian disebut dengan gaya lorentz.

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).

Kaidah Tangan Kanan

Besar gaya Lorentz sebanding dengan kuat medan magnet, arus listrik, dan panjang kawat. Bila kedudukan gaya, kuat medan magnet dan arus listrik saling tegak lurus, maka besarnya gaya Lorentz bisa dirumuskan seperti yang ada dibawah berikut ini.

F = 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 :

F = I.ℓ.B.Sin θ

Keterangan:

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

Hubungan antara F, 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 ( F_L ) Arah gaya  Lorentz
• Jari telunjuk: menunjukkan  arah medan magnet (B)
• Jari tengah: menunjukkan arah arus listrik ( I )

Rumus Gaya Lorentz

Florentz = B.I.l. sin α

Keterangan:

• B = kuat medan magnet (Tesla)
• I = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
• ℓ = panjang kawat dalam meter ( m)
• α =sudut yang dibentuk oleh B dan I

Gaya Lorentz pada Kawat Berarus Listrik

Jika sebuah kawat dengan panjang dialiri arus listrik sebesar l dan diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar I, maka akan timbul gaya Lorentz pada kawat tersebut. Dengan mengombinasikan gaya Lorentz dan definisi arus listrik, maka dapat dihitung besarnya gaya Lorentz pada kawat yang lurus dan stasioner yaitu:

di mana:

• l= panjang kawat (m)
• I= merupakan kuat arus yang mengalir pada kawat (Ampere)
• B= merupakan kuat medan magnet (Tesla)
• Α= merupakan sudut yang dibentuk oleh B dan I

Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar yang Berarus Listrik

Saat terdapat dua buah kawat dengan panjang l dialiri arus listrik sebesar I yang tiap kawat diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar B, maka akan timbul gaya Lorentz berupa gaya tarik menarik ataupun tolak menolak tergantung dari arah arus listrik pada tiap kawat.

Namun, jika kedua kawat memiliki arah arus yang searah, maka akan mengalami gaya tarik menarik; apabila arah arus pada kedua kawat saling bertolak belakang/berlawanan, maka akan mengalami gaya tolak-menolak.

Besarnya gaya tarik-menarik ataupun tolak-menolak pada kawat sejajar berarus listrik dapat dicari dengan menggunakan rumus:

di mana:

• F1= gaya tarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 1 (Newton)
• F2= merupakan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 2 (Newton)
• I1= merupakan kuat arus yang mengalir pada kawat 1 (Ampere)
• I2= merupakan kuat arus yang mengalir pada kawat 2 (Ampere)
• µ0= merupakan permeabilitas vakum ()
• l= merupakan panjang kawat (m)
• α= merupakan jarak antar kedua kawat (m)

Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak dalam Medan Magnet

Ketika muatan listrik q yang bergerak dengan kecepatan v pada suatu medan magnetik sebesar B, maka muatan listrik tersebut akan mengalami gaya Lorentz yang besarnya dapat dihitung dengan rumus:

di mana:

• q= muatan listrik (Coloumb)
• v= kecepatan gerak muatan listrik (m/s)
• B= kuat medan magnet (Tesla)
• Α= sudut yang dibentuk oleh B dan v

Jika arah medan magnet tegak lurus dengan arah kecepatan partikel bermuatan listrik, maka lintasannya akan berbentuk lingkaran sehingga partikel akan mengalami gaya sentripetal yang besarnya sama dengan gaya Lorentz.

Sehingga, besarnya jari-jari lintasan melingkar partikel tersebut dapat dicari dengan:

Contoh Soal Gaya Lorentz dan Pembahasan

1. Jika terdapat Sebuah Kawat dengan Panjang sebesar 4 meter yang telah dialiri oleh Arus Listrik sebesar 25 Ampere. Maka Kawat tersebut akan berada didalam pengaruh Medan Magnet sebesar 0.06 Telsa yg akan membentuk Sudut 30 Derajat terhadap Kawat. Maka hitunglah Besarnya Gaya Lorentz yg bekerja di Kawat tersebut ?.

Pembahasan:

• I = 25 Ampere
• l = 4 meter
• B = 0.06 Telsa
• a = 30 derajat

Jawaban:

• Fl = B I l Sin a
• Fl = 0.06 x 25 x 4 sin 30º
• Florentz = 3 N.

2. Sebuah proton bergerak searah sumbu X positif (ke kanan) dengan kecepatan 3 m/s melewati medan magnet sebesar 5×10^-6T dengan arah masuk ke layar. Berapa besar gaya yang dialami partikel tersebut?

Pembahasan:

Dengan menggunakan rumus gaya Lorentz didapat:

Sesuai dengan kaidah tangan kanan, partikel bermuatan positif maka arah kecepatannya sama dengan arah ibu jari, arah medan magnet merupakan arah keempat jari, maka telapak tangan menghadap ke atas. Oleh karena arah kecepatan partikel tegak lurus dengan arah medan magnet, maka lintasannya berbentuk melingkar.

Itulah pembahasan tentang Gaya Lorentz baik dari pengertian, kaidah tangan kanan, rumus dan contoh soal beserta pembahasannya. Semoga bermanfaat!

Referensi:

• studiobelajar.com
• rumuspintar.com
• gurupendidikan.co.id