Salah satu materi yang dipelajari dalam Ilmu Pengetahuan Alam kelas 9 adalah Gaya Lorentz yang dikenal juga sebagai Hukum Lorentz. Bagaimana bunyi Hukum Lorentz tersebut serta bagaimana rumus dan penerapannya dalam kehidupan?
Di artikel ini, semua yang berhubungan dengan gaya Lorentz akan dibahas secara lengkap. Sebaiknya baca dengan seksama dari awal hingga akhir supaya bisa memahaminya dengan baik.
Daftar Isi
Bunyi Hukum Lorentz
Bunyi dari Hukum Lorentz adalah sebagai berikut:
“Jika penghantar berarus diletakkan di bagian dalam medan magnet, maka akan timbul gaya pada penghantar tersebut.”
Artinya, jika arus listrik mengalir semakin besar, artinya gaya yang bekerja juga akan semakin besar dan batang penghantar akan bergulir dengan semakin cepat. Jika polaritas sumbu diubah, penghantar akan bergerak ke berlawanan arah dengan gerakan sebelumnya.
Siapa Penemunya?
Nama Gaya Lorentz diambil dari sang penemu, yaitu Hendrik Antoon Lorentz, seorang ahli fisika yang berasal dari Belanda. Ilmuwan yang satu ini lahir pada tahun 1853 dan kemudian wafat pada 1928.
Sepanjang hidupnya menjadi seorang ilmuwan di bidang Fisika, Lorentz pernah meraih penghargaan Nobel di tahun 1902. Penghargaan tersebut tidak diraihnya sendiri, melainkan bersama dengan seorang rekan bernama Pieter Zeeman.
Definisi Lebih Lengkap
Setelah mengetahui bunyi hukum serta penemu dari gaya Lorentz, sekarang waktunya untuk memahami pengertian atau definisinya dengan lebih lengkap.
Gaya Lorentz adalah gabungan antara gaya magnetik dan gaya elektrik di dalam suatu medan elektromagnetik. Gaya Lorentz bisa timbul karena ada muatan listrik bergerak. Gaya ini juga bisa timbul karena ada arus listrik yang ada di dalam medan magnet.
Gaya Lorentz memiliki arah yang selalu tegak lurus dengan induksi magnetik (B) dan arah kuat arus listrik (I). Gaya ini dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gaya pada kawat berarus dan sejajar. Berikut adalah penjelasan lengkapnya.
Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar
Ketika ada dua buah kawat yang disusun secara sejajar dengan panjang I dan kemudian kawat tersebut dialiri oleh arus listrik sebesar I, selanjutnya setiap kawat diletakkan di medan magnetik sebesar B, maka akan muncul gaya Lorentz.
Gaya tersebut berupa gaya magnetik yang saling tolak maupun saling tarik, tergantung pada arah arus listrik di masing-masing kawat.
Apabila dua kawat yang sejajar tersebut memiliki arah arus yang searah, maka akan terjadi gaya saling tarik. Jika dua kawat yang sejajar memiliki arus listrik berlawanan atau saling tolak, maka gaya yang timbul juga akan saling tolak menolak.
Gaya Lorentz pada Kawat Berarus
Apabila ada sebuah kawat dengan panjang I dan dialiri oleh arus listrik sebesar I serta diletakkan pada medan magnet sebesar I, maka di kawat tersebut akan muncul gaya Lorentz. Gaya Lorentz yang dikombinasikan dengan arus listrik, maka besarnya gaya Lorentz tersebut bisa dihitung.
Gaya Lorentz akan menjadi maksimal jika arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet. Arah gaya ini bisa ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Ada dua jenis kaidah tangan kanan, berikut penjelasannya.
Kaidah tangan kanan dengan tiga jari
Cara ini menggunakan tiga jari, yaitu ibu jari, telunjuk, dan jari tengah. Ibu jari menggambarkan arah arus listrik (I). Kemudian jari telunjuk mewakili arah medan magnet (B). Kemudian jari tengah adalah arah gaya Lorentz (F).
Kaidah tangan kanan dengan telapak tangan terbuka
Cara ini sedikit lebih mudah digunakan dan mudah dipahami. Di sini, ibu jari mewakili arah arus listrik (I). Telapak tangan mencerminkan arah gaya Lorentz. Sedangkan keempat jari yang lainnya merupakan arah medan magnet (B).
Arah Gaya Lorentz
Gaya Lorentz memiliki arah yang selalu tegak lurus dengan induksi magnetik (B) dan arah kuat arus listrik (I). Arah tersebut akan mengikuti arah jalan maju dari sekrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) menuju ke medan magnet.
Penjelasan di atas bisa dituliskan dalam rumus sebagai berikut
F = q (v x B)
Keterangan rumusnya ada di bawah ini.
- F = gaya (Newton)
- B = medan magnet (tesla)
- q = muatan listrik (coulomb)
- v = arah kecepatan muatan listrik (meter per detik)
Selanjutnya, rumus di bawah ini berlaku untuk gaya Lorentz yang terjadi karena arus listrik, I, di dalam sebuah medan magnet.
F = IL x B F
Keterangannya adalah sebagai berikut.
- F = gaya (Newton)
- I = arus listrik (Ampere)
- B = medan magnet (tesla)
- L = panjang kawat listrik (meter)
Rumus Gaya Lorentz
Berikut adalah beberapa rumus yang perlu dipahami pada pembahasan Gaya Lorentz. Ada 3 jenis rumus yang ada, yaitu Gaya Lorentz pada kawat sejajar, berarus, dan pada muatan bergerak di dalam medan magnet.
Rumus Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar
Dengan keterangan sebagai berikut
- F1 = gaya pada kawat pertama
- F2 = gaya pada kawat kedua
- I1 = kuat arus listrik pada kawat pertama
- I2 = kuat arus pada kawat kedua
- µ= permeabilitas dari vakum
- I = panjang kawat (meter)
- α = jarak antara dua kawat (meter)
Rumus Gaya Lorentz pada Kawat Berarus
Berikutnya ada rumus untuk gaya Lorentz khusus pada kawat yang berarus. Berikut rumusnya.
F = I.l.B.sinα
Keterangan dari rumus di atas bisa dilihat di bawah ini.
- B = kuat medan magnet (Tesla)
- I = kuat arus listrik (Ampere)
- l = panjang kawat (meter)
- α = sudut yang terbentuk antara B dan l
Rumus Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak di dalam Medan Magnet
Rumus yang terakhir adalah gaya Lorentz pada muatan bergerak di dalam medan magnet. Ini dia rumusnya.
FLorentz = q.v.B.sinα
Berikut adalah keterangan untuk rumus di atas.
- q = bentuk muatan listrik (Coulomb)
- v = kecepatan gerak muatan listrik (meter per second)
- B = kuat medan magnet (Tesla)
- α = sudut yang terbentuk dari B dan v
Supaya lebih memahami rumus dan cara menentukan arah gayanya, sebaiknya pelajarinya juga Contoh Soal Gaya Lorentz Beserta Pembahasan.
Penerapan dalam Kehidupan
Tak hanya sekadar teori, Gaya Lorentz juga diterapkan dalam kehidupan. Berikut ini beberapa contoh penerapan Gaya Lorentz.
Gaya Lorentz diterapkan pada pembuatan motor listrik. Sedangkan motor listrik sangat kerap dipakai dalam berbagai peralatan sehari-hari. Komponen ini menjadi nyawa pada beberapa peralatan. Contohnya antara lain mesin bubut, bor listrik, mesin jahit listrik, dan pompa air listrik.
Ketika motor listrik terhubung dengan sumber arus listrik, arus tersebut mengalir dari sikat karbon mengarah ke komutator. Berikutnya, arus listrik bergerak menuju kumparan. Di kumparan inilah timbul gaya Lorentz. Kumparan pun akan berputar.
Semakin besar atau semakin kuat arus listrik yang mengalir di motor listrik, kumparan juga akan berputar semakin cepat.
Penjelasan mengenai Gaya Lorentz di atas sangat lengkap. Bisa disimpulkan bahwa gaya Lorentz timbul karena adanya arus listrik yang mengalir di dalam medan magnet. Gaya ini juga diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.
