Medan magnet pada kawat berarus listrik dan gaya Lorentz

 MEDAN MAGNET PADA KAWAT BERARUS LISTRIK DAN GAYA LORENTZ

Bismillahirrahmaanirrahiim

Selamat datang di situs IPA MTs

Be smart with science

Apakah kamu pernah melihat kompas atau menggunakan kompas?. Kayaknya ada yang belum pernah melihat atau menggunakan kompas dan ada yang sudah. Kompas itu adalah alat yang digunakan sebagai petunjuk arah. Jarum kompas selalu menunjuk arah utara, karena jarum kompas terpengaruh oleh medan magnet bumi. Tetapi jarum kompas dapat berubah-ubah kedudukannya ketika ada arus listrik di sekitar kompas seperti petir. Hal tersebut disebabkan oleh petir yang mengandung arus listrik juga memiliki medan magnet sehingga terjadi tarik menarik antara medan magnet bumi dan medan magnet dari arus listrik yang berasal dari petir.

Tahukah kamu, apa itu medan magnet? Medan magnet merupakan daerah di sekitar magnet yang masih dapat ditarik oleh magnet. Penjelasan mengenai medan magnet, dapat kamu baca di artikel Konsep gaya magnet dan teori dasar kemagnetan bumi - IPA MTs.

Medan magnet dan arus listrik tersebut menimbulkan suatu gaya yang dikenal dengan gaya Lorentz. Gaya Lorentz ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda yang bernama Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). Bagaimana rumus dan pembahasan serta contoh soal berkenaan dengan gaya Lorentz ? baca artikel mengenai medan magnet pada kawat berarus listrik dan gaya lorentz sampai tuntas. Artikel dapat kamu akses di www.ipamts.com.

Medan Magnet pada Kawat Berarus Listrik

Seorang ahli fisika dari Denmark yang bernama Hans Christian Oersted (1777-1851) berhasil membuktikan bahwa penghantar yang berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Pembuktian tersebut dilakukan dengan percobaan pada sebuah kompas. Di atas kompas diletakkan kawat yang berhimpit dengan jarum kompas dan terhubung dengan sumber arus listrik kemudian dilakukan pengamatan pada pergerakan jarum kompas saat sumber arus listrik dinyalakan. 

Ketika arus listrik mengalir di dalam kawat penghantar, terjadi penyimpangan pada jarum kompas tersebut. Seperti yang dijelaskan di atas, bahwa jarum kompas selalu menunjuk arah utara karena dipengaruhi oleh medan magnet, maka terjadinya penyimpangan jarum kompas saat arus mengalir di dalam kawat, menunjukkan bahwa di sekitar kawat berarus listrik tersebut terdapat medan magnet. Ketika arus listrik diperbesar, maka penyimpangan jarum kompas semakin jauh. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin besar arus listrik, maka semakin besar pula medan magnet yang ditimbulkan. Percobaan medan magnet pada kawat berarus listrik dikenal dengan percobaan Oersted.

Arah medan magnet di sekitar arus listrik dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan dimana ibu jari menunjukkan arah arus listrik dan jari-jari lainnya menunjukkan arah medan magnetnya, seperti pada gambar di bawah ini.

pada kaidah tangan kanan, ibu jari menunjukkan arah arus listrik dan jari-jari lainnya menunjukkan arah medan magnet
Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah medan magnet di sekitar arus listrik

Pada gambar di atas, kamu dapat mengetahui arah medan magnet di sekitar kawat penghantar yang lurus. Lantas, bagaimana menentukan arah medan magnet pada kawat yang dililitkan atau membentuk lingkaran? Caranya sama, dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Kamu hanya perlu memperhatikan arah arus listriknya saja lalu buatlah posisi tangan seperti gambar di atas. Contoh arah medan magnet pada kawat yang melengkung dan lilitan dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

(a) arah medan magnet pada kawat melengkung (b) arah medan magnet pada kumparan

Pada kawat yang melengkung, arah medan magnet yang mengelilinginya sama seperti pada kawat yang lurus, sedangkan pada kawat yang dililitkan (kumparan), arah medan magnet seperti garis-garis gaya pada magnet batang.

Pada gambar (b), kutub utara dan selatan juga ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan juga. Kali ini, ibu jari berperan untuk menentukan kutub utara dan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. Perhatikan posisi lilitan yang terhubung dengan kutub positif sumber arus. Jika posisi kawat yang terhubung dengan kutub positif sumber tegangan berada di atas inti besa (anggap di dalam kumparan terdapat inti besi), seperti gambar bagian b, maka ibu jarimu akan mengarah ke sebelah kiri yang berarti kutub utara berada di situ. Namun bila posisi kawat yang terhubung dengan kutub positif berada di bawah inti besi, maka ibu jari akan mengarah ke bagian kanan sehingga kutub utara juga terletak di ujung bagian kanan.

Gaya Lorentz

Pengertian Gaya lorentz adalah gaya yang timbul pada kawat berarus ketika berada dalam medan magnet. Gaya Lorentz ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda bernama Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). Oleh karena itu nama gaya Lorentz didasarkan pada nama penemunya.

Bagaimana rumus dan contoh soal gaya lorentz juga faktor-faktor yang mempengaruhi serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari ?. Bagian ini akan membahas hal-hal tersebut. So, baca dengan santai dan relaks.

A. Rumus dan Contoh Soal Gaya Lorentz

Berdasarkan pengertian dari gaya Lorentz di atas, maka dapat diketahui persamaan atau rumus dari gaya Lorentz. Rumus gaya Lorentz dan komponen lainnya adalah sebagai berikut :

  • F = B.I.L
  • B = F/I.L
  • I = F/B.L
  • L = F/B.I

Keterangan :

  • F adalah simbol dari gaya Lorentz dengan satuan Newton (N)
  • B adalah simbol dari kuat medan magnet dengan satuan Tesla (T)
  • I adalah simbol dari kuat arus listrik dengan satuan Ampere (A)
  • L adalah simbol dari panjang kawat penghantar dengan satuan meter (m)

Ingat, gaya termasuk ke dalam besaran vektor karena memiliki arah. Begitu juga dengan gaya Lorentz. Arah gaya Lorentz ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan, seperti menentukan arah medan magnet pada kawat berarus listrik atau menentukan kutub dari elektromagnet. Tetapi berbeda pada fungsi-fungsi jarinya. Pada gaya Lorentz, ibu jari menunjukkan arah arus listrik, jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet dan jari tengah menunjukkan arah gaya Lorentz, seperti pada gambar di bawah ini.

ibu jari pada kaidah tangan kanan gaya lorentz menunjukkan arah arus listrik, jari telunjuk menentukan arah medan magnet dan jari tengah untuk menentukan arah gaya lorentz
Kaidah tangan kanan untuk menentukan arah gaya Lorentz

Agar kalian memahami penyelesaian soal tentang gaya Lorentz, perhatikan contoh soal berikut ini :

Pertanyaan :

  1. Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus terhadap medan magnet sebesar 8 Tesla. Tentukanlah gaya Lorentz yang timbul ?
  2. Sebuah kawat penghantar memiliki panjang 200 cm berada dalam medan magnetik sehingga menghasilkan gaya Lorentz sebesar 48 N. Jika kawat tersebut dialiri arus listrik sebesar 800 𝛍A. Berapakah kuat medan magnet di sekitar kawat tersebut ?

Pembahasan :

Nomor 1 :

Diketahui :

  • L = 10 m
  • I = 5 mA = 5/1000 A = 0,005 A = 5x10⁻³ A (terserah kamu mau pakai yang mana dalam menghitungnya, yang penting konversikan dulu satuannya agar sesuai)
  • B = 8 T

Ditanyakan :

  • F = ....N?

Jawaban :

  • F = B.I.L
  • F = 8 T . 0,005 A . 10 m
  • F = 0,4 N

Nomor 2

Diketahui :

  • L = 200 cm = 200/100 m = 2 m
  • F = 48 N
  • I = 800 𝛍A = 800/1.000.000 A = 0,0008 A = 8x10⁻⁴ A

Ditanyakan :

  • B = .... Tesla ?

Jawaban :

  • B = F / I.L
  • B = 48 N / 8x10⁻⁴ A . 2 m
  • B = 3x10⁴ Tesla = 30.000 Tesla

B. Faktor yang Mempengaruhi Gaya Lorentz

Berdasarkan rumus gaya Lorentz di atas, kamu dapat mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya gaya Lorentz. Faktor-faktor tersebut antara lain :

  1. Kuat medan magnet. Kuat medan magnet di sekitar arus listrik berbanding lurus dengan besar gaya Lorentz. Jika medan magnet semakin kuat atau besar, maka gaya Lorentz yang ditimbulkan juga akan semakin besar.
  2. Kuat arus listrik. Hubungan antara kuat arus listrik dan gaya Lorentz adalah berbanding lurus. Bila arus listrik yang mengalir semakin kuat, maka gaya yang dihasilkan akan semakin besar.
  3. Panjang penghantar arus listrik. Kaitan gaya Lorentz dengan panjang kawat penghantar arus listrik juga berbanding lurus. Hal tersebut berarti, jika kawat yang digunakan semakin panjang maka gaya Lorentz yang timbul di sekitar kawat juga akan semakin besar.

Baca juga : 6 hewan yang memanfaatkan medan magnet bumi untuk bermigrasi

C. Penerapan Gaya Lorentz pada Motor Listrik Kipas Angin

Siapa yang pernah melihat kipas angin ? hehe.. kayaknya sebagian besar pernah melihat dan bahkan memilikinya di rumah masing-masing. Kipas angin dapat menyejukkan udara di sekitar daerah yang berada di depan kipas. Biasanya anak kecil kalau tidur, inginnya tepat di depan kipas angin, sampai-sampai kipas tersebut dipeluknya (jika kipasnya berukuran kecil). Pernah mengalami seperti itu ?

Tahukah kamu, dari mana asal angin yang dihasilkan oleh kipas angin ? Betull. Angin tersebut berasal dari putaran balin-baling kipas. Kenapa baling-baling kipas dapat berputar sehingga dapat menghasilkan angin ? Yups, baling-baling kipas dapat berputar karena terpasang di motor listrik kipas atau dalam bahasa sehari-harinya dinamo kipas. Motor listrik merupakan salah satu komponen yang berfungsi memutar baling-baling kipas. Motor listrik akan mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

Motor listrik tersebut memanfaatkan gaya Lorentz dalam bekerja. Bagian-bagian motor listrik terdiri dari magnet tetap dan kumparan. perhatikan gambar komponen motor listrik pada kipas angin berikut.

motor listrik terdiri dari kumparan dan magnet tetap
Komponen dan cara kerja motor listrik

Ketika arus listrik mengalir ke dalam kumparan yang berada pada medan magnet, maka kumparan tersebut akan mengalami gaya Lorentz dan menyebabkan kumparan berputar.

Selain pada kipas angin, penerapan gaya Lorentz juga dapat kamu lihat di alat bor listrik, blender, mesin cuci, mixer, hair dryer, mesin penyedot air, cooling pad dan lain-lain.

Penutup

Demikian artikel mengenai medan magnet pada kawat berarus listrik dan gaya lorentz disertai rumus juga contoh soal. Mudah-mudahan dapat memberikan manfaat yang baik kepada pembaca IPA MTs. Silahkan baca-artikel-artikel menarik lainnya. Kami berharap kamu dapat membagikan artikel dan artikel lainnya yang ada di situs IPA MTs agar banyak orang yang memperoleh manfaat dari bacaan yang kamu bagikan.

Bagikan artikel.

Translate