Materi Fisika SMA – Rumus Gaya Lorentz

AhmadDahlan.Net – Pada artikel yang lain, kita telah membahas mengenai medan magnet. Sebelumnya, medan magnet adalah daeah di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet. Pada artikel kali ini, kita akan membahas mengenai gaya yang diakibatkan oleh medan magnet atau yang biasa disebut dengan gaya Lorentz.

A. Pengertian Gaya Lorentz

Sebuah partikel yang berada pada medan listrik akan mengalami gaya yang disebut sebagai gaya listrik sebesar F=qE. Sedangkan, partikel yang berada pada medan magnet akan mengalami gaya apabila partikel tersebut bergerak dengan kecepatan yang tegak lurus terhadap medan magnetnya. Bagaimana apabila sebuah partikel yang ber-arus listrik berada dalam sebuah medan magnet?

Hendrik Anton Lorentz menjelaskan hal tersebut dalam sebuah percobaan dimana sebuah penghantar berarus listrik diletakkan di sebuah medan magnet. Pada percobaan tersebut diperoleh bahwa penghantar tersebut mengalami gaya elektromagnetik yang kemudian disebut dengan gaya Lorentz.

Gaya Lorentz memiliki arah yang selalu tegak lurus dengan arah arus listrik (I) dan arah medan magnet (B). Untuk menentukan arah dari gaya Lorentz kita dapat menggunakan kaidah tangan kanan, seperti pada gambar berikut.

Dimana B merupakan arah medan magnet, I merupakan arah dari arus listrik, dan F merupakan arah dari gaya Lorentz.

B. Persamaan Gaya Lorentz

1. Gaya Lorentz pada Kawat Ber-Arus

Sebuah kawat a-b yang dialiri arus listrik (I) berada dalam medan magnet (B) akan mengalami gaya (F), yang besar nya dapat dihitung menggunakan persamaan :

F_L=B.I.l.\sin θ

Keterangan,
F_L : gaya Lorentz (N)
B : induksi magnetik (T)
I ; kuat arus listrik (A)
l : panjang kawat (m)
θ : sudut antara arah arus listrik dengan kuat medan magnet (^o)

2. Gaya Lorentz pada 2 Kawat Sejajar Ber-Arus

Besar gaya pada 2 kawat sejajar ber-arus dapat dihitung menggunakan persamaan :

\frac{F_L}{l}=\frac{μ_0I_1I_2}{2\pi a}

Keterangan,
F_L = gaya Lorentz (N)
μ₀ = permeabilitas magnet = 4π x 10^-7 Wb/Am
I₁ = besar arus listrik di kawat pertama (A)
I₂ = besar arus listrik di kawat kedua (A)
l = panjang kawat (m)
a = jarak antara kedua kawat (m)

3. Gaya Lorentz pada Muatan Listrik

Muatan listrik yang bergerak dengan kecepatan υ dalam suatu medan listrik (B) akan mengalami gaya sebesar :

F_L=q.υ.B.\sin θ

Keterangan,
F_L = gaya magnetik atau Gaya Lorentz (N)
q = muatan (C)
υ = kecepatan muatan (m/s)
B = Induksi magnet (T)
θ = Sudut Antara induksi magnet dengan arah muatan (0)

C. Contoh Soal

Sebuah kawat lurus panjangnya 20 cm dialiri arus listrik 2 A, memotong medan magnet yang besarnya 200 T dan membentuk sudut sudut 30^o terhadap garis medan magnet. Gaya magnetik yang dihasilkan adalah….

Pembahasan

Dik :
l = 20 cm = 0,2 m
I = 2 A
B = 200 T
θ = 30^o

Dit :
F_L = ?

Pembahasan :

F_L=B.I.l.\sin θ

F_L=200\ T\ .\ 2\ A\ .\ 0,2\ m\ .\ \sin(30^o)

F_L=200\ T\ .\ 2\ A\ .\ 0,2\ m\ .\ 0,5

F_L=400\ N