Gaya Lorentz adalah gaya yang timbul pada muatan yang bergerak dalam medan magnet dan arahnya ditentukan dengan kaidah tangan kanan.
Arah dari gaya Lorentz (F) selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik (I) dan medan magnet (B).
Kaidah tangan kanan terdapat tiga komponen arah yaitu medan magnet, arus listrik dan gaya Lorentz. Untuk posisi dan arahnya kaidah tangan kanan dapat dilihat sebagai gambar berikut.
Berdasarkan gambar diatas dijelaskan bahwa arus listrik (I) ditunjukan oleh ibu jari, Medan Magnet (B) ditunjukkan oleh empat jari dan gaya Lorentz memiliki arah tegak lurus dengan telapak tangan.
Rumus Gaya Lorentz
Berikut adalah beberapa rumus gaya lorentz beserta penjelasanya.
Gaya Lorentz pada kawat berarus listrik
Saat kawat panjang dialiri arus listrik I dan diletakan dalam medan magnet B, maka akan timbul gaya Lorentz. Besar gaya Lorentz yang dihasikan ditunjukkan sebagai rumus berikut.
Ketika arah arus listrik tegak lurus dengan medan magnet, gaya Lorentz yang dihasilkan akan maksimal (sin 90o =1), sehingga rumusnya menjadi.
Dimana:
F = Gaya Lorentz (N)
i = kuat arus yang mengalir (A)
l = panjang kawat (m)
B = kuat medan magnet (T)
α = sudut yang dibentuk B dan i
Arah gaya lorent mengikuti kaidah tangan kanan yang sudah dijelaskan diawal artikel.
Gaya Lorentz pada muatan yang bergerak di Medan Magnet
Saat muatan q bergerak dengan kecepatan v yang berada pada medan magnet sebesar B, maka muatan akan mengalami gaya Lorentz yang dirumuskan sebaga berikut.
dimana:
q = muatan listrik (Coloumb)
v = kecepatan gerak muatan listrik (m/s)
B = kuat medan magnet (Tesla)
α = sudut yang dibentuk oleh B dan v
Gaya Lorentz pada kawat sejajar
Ketika dua kawat sejajar yang panjangnya sama diletakan berdekatan, maka akan timbul gaya Lorentz yang saling tarik menarik apabila arusnya searah. Sedangkan, akan tolak menolak apabila arus listrik berlawanan arah.
Gaya Lorentz pada kawat sejajar dirumuskan:
Dimana:
F1 = F2 = F = gaya tarik menarik atau tolak menolak (N)
I1 = kuat arus kawat A (Ampere)
I2 = kuat arus kawat B (Ampere)
μ0 = permeabilitas vakum (4π. 10-7 Wb/Am)
I = panjang kawat penghantar (m)
a = jarak kedua kawat
Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Lorentz
1. Sebuah proton bergerak searah sumbu X positif (ke kanan) dengan kecepatan 3 m/s melewati medan magnet sebesar 5 x10-6 T dengan arah masuk ke layar. Berapa besar gaya yang dialami partikel tersebut? (q = 1.6 x 10-19C).
Diketahui:
B = 5 x10-6 T
v = 3 m/s
q = 1.6 x 10-19C
Ditanya: Besar dan arah F..?
Jawab:
Besar gaya Lorentz dihitung menggunakan rumus berikut:
F = q v B = 1,6 x 10-19 .3. 5 x10-6
= 2,4 x 10-24 N
Jadi, gaya Lorentz yang timbul sebesar 2,4 x 10-24 N.
2. Panjang dari sebuah kawat sebesar 4 m dan arus yang mengalir sebesar 25 A. Kawat ini berada di dalam pengaruh dari medan magnet yang sebesar 0,06 T yang akan membentuk sebuah sudut 30º. Terhadap suatu kawat. Tentukan berapa gaya Lorentz yang dialami kawat tersebut?
Diketahui:
l = 4 m
i = 25 A
B = 0,06 T
α = 30o
Ditanya: F…?
Jawab:
F = i l B sin α
= 25. 4. 0,06 sin 30o
= 3 N
Jadi, gaya Lorentz yang bekerja pada kawat tersebut adalah 3 N.
3. Sebuah partikel (m = 6,4×10–27 kg, q = 3,2×10–19 C) bergerak tegak lurus terhadap medan magnet B yang arahnya masuk bidang gambar. Jika B = 0,2 T dan kecepatan partikel 3×105 m/s, maka jari-jari lintasannya adalah…
Diketahui :
m = 6,4×10–27 kg
q = 3,2×10–19 C
B = 0,2 T
v = 3×105 m/s
Ditanya : r …?
Jawaban:
Gaya Lorentz sebanding dengan gaya sentripetal:
FL=Fs
qvB = m v2/r
r = mv/Bq
r = 6,4×10–27 3×105 /0,2. 3,2×10–19
r = 3 x 10-2 m
Jadi, jari-jari lintasan partikel sebesar 3 x 10-2 m.
4. Diketahui dua kawat sejajar berjarak 1 m satu sama lain dialiri arus listrik 1 A dengan arah yang sama. Gaya Lorentz persatuan panjang kedua kawat adalah..
Diketahui :
a = 1 m
i1=i2 = 1 A
Ditanya : F/l ….?
Jawab:
Jadi, gaya Lorentz persatuan panjangnya sebesar 2 x10-7 N/m.
Demikian penjelasan mengenai rumus gaya Lorentz, kaidah tangan kanan dan contoh soalnya. Semoga bermanfaat!
Referensi:
- gurupendidikan.co.id
- studiobelajar.com
- soalfismat.com
