Gaya Lorentz

Gaya Lorentz dikemukakan oleh Hendrik Anton Lorentz, seorang fisikawan yang berasal dari Belanda. Gaya Lorentz disebut juga gaya magnetik. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik .

Arah dari gaya Lorentz adalah tegak lurus dengan arah kuat arus listrik (I) dan induksi magnetik (B). Besar dari gaya Lorentz adalah sebanding dengan kuat medan magnet, arus listrik dan panjang kawat. Oleh karena itu, besar dan arah gaya Lorentz tergantung dengan besar dan arah arus listrik. Untuk menentukan arah gaya Lorentz dapat berdasarkan kaidah tangan kanan atau kaitan pemutaran sekrup.

Rumus :

F_L = I . B

atau

F_L = q (V . B)

atau

F_L = I . L . B

atau

F_L = I . L . B . sin α

atau

F_L = q/t . L . B . sin α

atau

F_L = q . V . B . sin α

Keterangan :

F_L adalah gaya Lorentz (N)

I adalah kuat arus listrik (Ampere/A)

B adalah kuat medan magnet (Tesla/T atau Wb/m²)

L adalah panjang kawat listrik (m)

q adalah muatan listrik (coulomb)

V adalah arah kecepatan muatan (m/s)

α adalah sudut yang dibentuk oleh B dan I

Jika sudut = 90^o, maka arah arus listrik dan medan magnet saling tegak lurus, sehingga gaya Lorentz mencapai nilai maksimum.

Jika sudut = 0^o, maka arah arus lisrik dan medan magnet saling sejajar, sehingga gaya Lorentz sama dengan nol atau kawat tidak dipengaruhi gaya Lorentz.

Jika terdapat dua kawat yang terpasang sejajar dan berdekatan, kedua kawat tersebut akan saling tarik-menarik apabila diberi arus searah dan akan saling tolak-menolak apabila diberi aurs yang berlawanan arah.

Rumus besar gaya tarik atau tolak yang dialami kawat :

F_L = µ_o . I₁ . I₂

L       2.π.a

atau

F_L = µ_o . I₁ . I₂  . L

         2.π.a

Keterangan :

a adalah jarak antara kedua kawat (m)

µ_o adalah permeabilitas udara atau ruang hampa (4π . 10^-7 Wb/a.m atau 1,26. 10^-6 Wb/a.m)

Jika muatan listrik positif, maka arah gerak searah dengan arah arus. Jika muatan listrik negatif, maka arah gerak berlawanan dengan arah arus.

Contoh 1 :

Sebuah kawat berarus listrik 3 A membentang horizontal dengan arah arus dari utara ke selatan berada dalam medan magnet homogen B = 10^-2 T dengan arah vertikal ke atas. Apabila panjang kawat 7 meter dan arah arus tegak lurus dengan arah medan magnet. Berapa besar dan arah gaya Lorentz kawat tersebut?

Jawab :

Karena arah arus tegak lurus dengan arah medan magnet, maka besar sudut = 90^o

F_L = I . L . B . sin α

    = 3 . 7 . 10^-2 . sin 90^o

    = 0,21 N

Arah gaya Lorentz adalah ke arah barat.

Contoh 2 :

Sebuah kawat lurus diarahkan sejajar dengan bumi sepanjang arah timur-barat. Besar induksi magnetik di titik horizontal 4 x 10^-5 T. Jika massa per satuan panjang kawat (m/L) = 3 x 10^-3 kg/m dan g = 10 m/s², berapa besar arus yang mengalir dalam kawat agar besar gaya dialami seimbang dengan berat kawat tersebut?

Jawab :

F_L = w

B . I . L = m . g

B . I = m/L . g

4 x 10^-5 . I = 3 x 10^-3 . 10

I = 3 x 10^-2/4 x 10^-5 = 750 A

Contoh 3 :

Jarak antara dua buah kawat sejajar 15 cm, pada kedua kawat mengalir aurs listrik yang sama besar 6 A dengan arah arus yang sama. Apabila panjang kawat 2 m, berapa besar dan arah gaya Lorentz dari kedua kawat tersebut?

Jawab :

a = 15 cm = 0,15 m

F_L = µ_o . I₁ . I₂  . L

        2.π.a

     = 4π . 10^-7 . 6 . 6 . 2

              2.π. 0,15

     = 2 . 0,000008 . 2 = 0,000032 N