Rumus gaya Lorentz masuk dalam pembahasan pelajaran fisika. Secara sederhana rumus ini menghitung nilai gaya yang timbul akibat arus listrik pada suatu luas penampang. Kamu pernah merasakan sengatan listrik saat memegang suatu benda?
Bisa jadi tengah terjadi aliran listrik yang juga melibatkan gaya Lorentz didalamnya. Karenanya kamu bisa menemukan berbagai jenis penerapan gaya ini pada benda sekitar yang digunakan setiap harinya. Penasaran terkait gaya satu ini? Kami punya pembahasannya.
Daftar Isi
Penemu Gaya Lorentz
Gaya Lorentz pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan berkebangsaan Belanda bernama Hendrik Antoon Lorentz. Atas penemuannya ini ia diberikan penghargaan berupa Nobel Sains khususnya bidang Fisika pada tahun 1902.
Lorentz menempuh pendidikan sainsnya di universitas Leiden di Belanda. Karena penemuannya terkait gaya yang ditimbulkan muatan listrik akhirnya banyak orang kini mendapatkan berbagai jenis kemudahan di kesehariannya.
Baca: Medan Magnet
Pengertian Gaya Lorentz
Gaya Lorentz adalah suatu gaya yang timbul akibat pergerakan muatan listrik yang dipicu oleh arus listrik berbeda dalam satu medan magnet yang sama. Lebih spesifiknya partikel listrik pada medan homogen akan menghasilkan suatu gaya.
Baca: Listrik Statis
Arah Gaya Lorentz
Gaya yang timbul akibat pergerakan partikel listrik pada bidang homogen punya pola dan arah yang selalu sama yakni tegak lurus. Arah gaya Lorentz ini akan selalu sama bila dilihat dari arah kuat arus listrik (I).
Perlu diingat muatan positif arah geraknya akan searah dengan arus listrik. Sebaliknya, muatan negatif gerakannya akan berlawanan dengan arah arus listrik. Jangan sampai salah menentukan arah berdasar jenis muatan, ya.
Kaidah Tangan Kanan
Rumus gaya Lorentz telah lama identik dengan kaidah tangan kanan. Kaidah ini erat kaitannya dengan penentuan arah gaya yang berpotensi timbul. Untuk menggunakannya kamu bisa memposisikan tangan seperti bentuk pistol berikut ini:
Berangkat dari pernyataan gaya Lorentz mempengaruhi gerak sebuah partikel yang menyimpang searah, maka kaidah tangan kanan ini sudah lama banyak digunakan. Arah muatan gaya yang ditunjukkan oleh gaya Lorentz dapat ditentukan lewat kaidah ini.
Pertama, arah gaya Lorentz akan diwakili oleh jempol yang menunjuk arah gayanya (F), lalu diikuti telunjuk posisinya menunjuk arah medan magnet (B), sedangkan jari tengah menunjuk pada arah medan listrik (I).
Baca: Listrik Dinamis
Rumus Gaya Lorentz
Setelah berkenalan dengan pengertian, arah hingga kaidah tangan kanan, saatnya kamu mengenal rumus Lorentz. Rumus ini cukup singkat dengan keterangan yang beragam. Berikut bentuk rumus yang bisa kamu gunakan.
F = q(v.B)
Keterangan rumus:
F = gaya (N)
B = medan magnet (tesla)
Q = muatan listrik (c)
V = arah kecepatan muatan (m/s)
Ada juga rumus lainnya yang bisa digunakan untuk mencari jumlah kuat arus listrik yang ditimbulkan oleh gaya Lorentz. Rumus ini juga bisa digunakan untuk mencari nilai gaya yang ternyata ditimbulkan oleh listrik (I) pada suatu penampang magnet (B). Rumusnya adalah:
F = IL.B
F = gaya (N)
I = arus listrik (a)
B = medan magnet (tesla)
L = panjang penampang yang dialiri listrik (m)
Contoh Penggunaan Gaya Lorentz dalam Kehidupan Sehari-hari
Tanpa disadari gaya Lorentz sebenarnya banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Gaya ini kebanyakan tertanam dalam mesin. Lewat gaya ini tidak jarang mesin bisa hidup dan dioperasikan dengan baik. Contoh penggunaan rumus gaya Lorentz yakni:
- Mesin cuci
- Blender
- Speaker
- Bor listrik
- Galvanommeter
- Mesin motor listrik
Ada banyak contoh penggunaan gaya Lorentz lain yang bisa ditemukan dalam barang sehari-hari. Bahkan berkat gaya ini kamu bisa menikmati berbagai penemuan yang memudahkan aktivitas keseharian. Bisa temukan contoh penerapan gaya Lorentz pada alat lainnya?
Baca: Hukum Coulomb
Contoh Soal Gaya Lorentz
Beralih ke contoh soal gaya Lorentz, contoh soal dengan materi ini bisa dibuat dengan inti masalah yang cukup beragam. Karenanya kamu harus terbiasa menyelesaikan berbagai jenis permasalahan dengan menggunakan dasar rumus gaya Lorentz. Berikut contoh soalnya.
Contoh Soal 1
Sebuah penampang kawat memiliki panjang 2 m dengan arus listrik sebesar 40 A. Bila penampang kawat akan diletakan pada medan magnet sebesar 0.02 T dengan arah sudut 30 derajat, maka berapa nilai gaya magnet yang terjadi pada kawat?
Dik:
L = 2 m
I = 40 A
B = 0,02 T
θ = 40
Dit: F?
Jawab:
F = B.I.L.sin30
F = 0,02.40.2.sin30
F = 19.2 N
Jadi, besar gaya Lorentz yang terjadi pada penampang kawat sebesar 19.2 Newton.
Contoh Soal 2
Andi menemukan kawat berbentuk lurus dan memiliki arus listrik sebesar 8 A, sementara kawat berada dalam medan magnet 2 T. Arah tersebut ternyata tegak lurus dengan arus. Bila gaya Lorentz yang terjadi pada kawat sebesar 8 N berapa panjang kawat yang Andi temukan?
Dik:
I = 8 A
B = 2 T
F = 8 N
θ = 90 (karena medan magnet tegak lurus dengan arus)
Dit: L?
Jawab:
F = B.I.L.sin90
L = F/(B.I.sin90)
L = 8/(2.8.1)
L = ½ m
Jadi, panjang kawat dengan gaya Lorentz sebesar 8 N yang ditemukan Andi adalah ½ meter.
Contoh Soal 3
Ditemukan partikel elektron yang bergerak dalam kecepatan 12.000 m/s. Partikel memasuki area medan magnet sebesar 4000 T. Apabila medan magnet dan kecepatan arus partikel membentuk sudut 30 derajat berapakah nilai gaya Lorentz yang telah dialami oleh partikel elektron?
Dik:
q = -1,6×10-19 C (muatan elektron)
v = 12.000 m/s
B = 4000 T
θ = 30 derajat
Dit: F?
Jawab:
F = q.v.B.sin30
F = 1,6×10-19.12000.4000.1/2
F = 3,84 x 10-13 N
Jadi, nilai gaya Lorentz yang telah dialami oleh partikel elektron adalah 3,84 x 10-13 Newton.
Contoh Soal 4
Ditemukan partikel elektron yang bergerak dalam kecepatan 10.000 m/s. Partikel memasuki area medan magnet sebesar 5000 T. Apabila medan magnet dan kecepatan arus partikel membentuk sudut 30 derajat berapakah nilai gaya Lorentz yang telah dialami oleh partikel elektron?
Dik:
q = -1,6×10-19 C (muatan elektron)
v = 10.000 m/s
B = 5000 T
θ = 30 derajat
Dit: F?
Jawab:
F = q.v.B.sin30
F = 1,6×10-19.10000.5000.1/2
F = 3,6 x 10-13 N
Jadi, nilai gaya Lorentz yang telah dialami oleh partikel elektron adalah 3,6 x 10-13 Newton.
Contoh Soal 5
Andi menemukan kawat berbentuk lurus dan memiliki arus listrik sebesar 2 A, sementara kawat berada dalam medan magnet 2 T. Arah tersebut ternyata tegak lurus dengan arus. Bila gaya Lorentz yang terjadi pada kawat sebesar 4 N berapa panjang kawat yang Andi temukan?
Dik:
I = 2 A
B = 2 T
F = 4 N
θ = 90 (karena medan magnet tegak lurus dengan arus)
Dit: L?
Jawab:
F = B.I.L.sin90
L = F/(B.I.sin90)
L = 4/(2.2.1)
L = 1.0 m
Jadi, panjang kawat dengan gaya Lorentz sebesar 4 N yang ditemukan Andi adalah 1.0 meter
Rumus gaya Lorentz nyatanya banyak digunakan untuk dapat menghidupkan berbagai jenis alat elektronik. Walaupun rumusnya singkat kamu bisa menemukan berbagai kasus soal dengan pencampuran perhitungan trigonometri.
