Contoh Soal Gaya Lorentz Beserta Pembahasan

Gaya Lorentz adalah gaya yang timbul akibat adanya arus listrik (muatan listrik yang bergerak) dalam suatu medan magnet. Untuk Arah dari gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik (I) dan induksi magnetik yang ada (B). Untuk lebih lengkapnya, silakan pelajari materi Gaya Lorentz.

Sebelum menuju contoh soal gaya lorentz, kamu harus mempelajari rumus-rumus berikut ini.

Rumus Gaya Lorentz Kawat Bergerak Dalam Medan Magnet:

Keterangan:

l = panjang kawat (m)
I = kuat arus yang mengalir pada kawat (Ampere)
B = kuat medan magnet (Tesla)
α = sudut yang dibentuk oleh B dan I

Rumus gaya lorentz muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet:

q = muatan listrik (Coloumb)
v = kecepatan gerak muatan listrik (m/s)
B = kuat medan magnet (Tesla)
α = sudut yang dibentuk oleh B dan v

Rumus gaya lorentz dua kawat sejajar berarus:

F₁ = gaya tarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 1 (Newton)
F₂ = gaya tarik-menarik atau tolak-menolak pada kawat 2 (Newton)
I₁ = kuat arus yang mengalir pada kawat 1 (Ampere)
I₂ = kuat arus yang mengalir pada kawat 2 (Ampere)
µ₀ merupakan permeabilitas vakum ( $4 \pi \times 10^{-7} Wb/Am$ )
l = panjang kawat (m)
α = jarak antar kedua kawat (m)

Contoh Soal Gaya Lorentz

1. Perhatikan gambar di bawah ini!

Jika arus listrik I dialirkan pada kawat AB, maka arah gaya magnetik yang dialami oleh kawat AB akan ….
A. ke arah
B. ke kiri
C. ke kanan
D. tegak lurus masuk bidang kertas
E. tegak lurus keluar bidang kertas

Pembahasan:

Menggunakan kaidah tangan kanan, kuat arus diisyaratkan sebagai ibu jari, sehingga telunjuk (medan magnet) akan keluar bidang dan berdasar sifat gaya lorentz akan tegak lurus.

Jawaban: E. tegak lurus keluar bidang kertas

2. Sepotong kawat penghantar lurus berarus listrik yang arahnya ke timur diletakkan dalam medan magnet yang arahnya ke utara. Pada penghantar akan timbul gaya Lorentz yang arahnya…

A. Timur laut
B. Bawah
C. Atas
D. Barat
E. Selatan

Pembahasan:

Untuk menentukan arah gaya Lorentz kita bisa menggunakan kaidah tangan kanan. Perhatikan caranya pada gambar berikut ini.

Sehingga jawabannya adalah D. Barat (Tegak lurus dengan B dan I)

3. Sebuah kawat dengan panjang 1 m berarus listrik 10 A. Jika kawat diletakkan dalam medan magnet 0,01 T yang arahnya membentuk sudut 30° terhadap arah arus maka gaya magnet yang dialami kawat sebesar …
A. 0,05 N
B. 0,5 N
C. 2 N
D. 4 N
E. 8 N

Pembahasan:

Diketauhi:
L = 1 m
I = 10 A
B = 0,01 T
α = 30°

Ditanya: F = ?

Jawab:

F = B . I . L sin α
F = 0,01 T . 10 A . 1 m . sin 30°
F = 0,05 N

Jadi gaya magnet yang dialami kawat adakah A. 0,05 N

4. Kawat lurus berarus listrik 4 A berada dalam medan magnet sebesar 1 T yang arahnya tegak lurus terhadap arus. Jika gaya Lorentz yang bekerja pada kawat sebesar 4 N maka panjang kawat adalah…

Pembahasan:

Diketauhi:
L = 2 m
I = 20 A
B = 0,02 T
α = 30

Ditanya: F?

Jawab:

F = B.I.L.sin30
F = 0,02.20.2.sin30
F = 0,4 N

Jadi, gaya Lorents pada kawat adalah 0,4 Newton.

5. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 6000 m/s memasuki medan magnet berkekuatan 2000 T. Jika arah kecepatan dan medan magnet membentuk sudut 30 derajat, berapakah besar gaya Lorentz yang dialami oleh elektron?

Pembahasan:

Diketauhi:
q = -1,6×10^-19 C (muatan elektron)
v = 6000 m/s
B = 2000 T
α = 30 derajat

Ditanya: F?

Jawab:

F = q.v.B.sin30
F = 1,6×10^-19.6000.2000.1/2
F = 9,6 x 10^-13 N

Maka gaya Lorentz yang di alami elektron adalah 9,6 x 10^-13 Newton.

6. Pada gambar di bawah, jika kawat PQ sejajar kawat RS dan diketahui i₁ = 6 A, jarak kedua kawat a = 20 cm, , menghasilkan gaya per satuan panjang sebesar 4,8 x 10^-5 N/m, maka besar kuat arus i₂ adalah…

Pembahasan:

Diketauhi:

Jawab:

7. Kawat yang panjangnya 500 cm berada di dalam medan magnet dengan kekuatan 20 T. Jika arus listrik yang mengalir melalui kawat tersebut adalah sebesar 2 A, maka berapa besarnya gaya Lorentz yang bekerja pada kawat tersebut?

Pembahasan:

Diketauhi:
L = 500 cm = 0,5 m
B = 20 T
I = 2 A

Ditanya : Berapa gaya Lorentz yang bekerja pada kawat?

Jawab:
F = BIL
= 20 T(2 A)(5 m)
= 200 N

Maka gaya Lorentz yang bekerja pada kawat tersebut sebesar 200 N.