Kompetensi

• Siswa dapat menyebutkan kembali konsep Gaya Lorentz pada kawat penghantar berarus listrik dalam medan magnet
• Siswa dapat menghitung besar dan arah gaya Lorentz yang dialami oleh kawat berarus listrik yang berada dalam medan magnet homogen
• Siswa dapat menentukan arah gaya Lorentz yang dialami dua kawat sejajar berarus listrik
• Siswa dapat menentukan besar gaya yang dialami oleh  masing-masing dua kawat sejajar berarus listrik
• Siswa dapat menentukan arah gaya Lorentz yang dialami oleh muatan yang bergerak  dalam medan magnet homogen
• Siswa dapat menghitung besar gaya Lorentz yang dialami oleh muatan yang bergerak dalam medan magnet
• Siswa dapat menyebutkan contoh alat-alat yang prinsip kerjanya berdasarkan gaya Lorentz

Pengantar

Pernahkah kalian memperhatikan Tamiya ? Bagaimana Tamiya dapat berjalan setelah baterai dimasukkan kedalamnya ? Kalian akan temukan jawabnya setelah mempelajari materi berikut ini.
Berikut akan dibahas beberapa materi yaitu :

1. Gaya Lorentz
2. Gaya Lorentz pada dua kawat sejajar
3. Gaya Lorentz pada muatan listrik yang bergerak 
4. Contoh penerapan gaya Lorentz      

Jika arus listrik mengalir dari A ke B ternyata pita dari alumunium foil  melengkung ke atas , ini berarti ada sesuatu gaya yang berarah keatas akibat adanya medan magnet homogen dari utara ke selatan. Gaya ini selanjutnya disebut sebagai gaya magnetic atau gaya Lorentz . Jika arus listrik dibalik sehingga mengalir dari B ke A, ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke bawah. Jika arus listrik diperbesar maka alumunium foil akan melengkung lebih besar. Ini berarti besar dan arah gaya Lorentz tergantung besar dan arah arus listrik.
Karena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan B.

FL  = I x B

Besarnya gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus FL = I.B sinθ
Rumus ini berlaku untuk panjang kawat 1 meter.

Perhitungan diatas adalah gaya Lorentz yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang. Jadi jika panjang kawat = ℓ , maka besar gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus :

FL  = I . ℓ . B . Sin θ

• FL = gaya Lorentz dalam newton ( N )
• I   = kuat arus listrik dalam ampere ( A )
• ℓ   = panjang kawat dalam meter ( m )
• B  = kuat medan magnet dalam Wb/m² atau tesla ( T )
• θ  = sudut antara  arah I dan B

Dari rumus di atas ternyata jika besar sudut θ adalah :

• Θ =90 derajat , arah arus listrik dan medan magnet ( I dan B ) saling tegak lurus maka FL mencapai maksimum
• Θ = 0 derajat, arah arus listrik dan medan magnet  ( I dan B ) saling sejajar maka FL  = 0 atau kawat tidak dipengaruhi gaya Lorentz

Hubungan antara FL , I dan B dapat lebih mudah dipelajari dengan menggunakan kaidah tangan kiri. Yaitu dengan mengangan-angankan jika ibu jari, jari telunjuk dan jari tangah kita bentangkan saling tegak lurus, maka :

• Ibu jari          : menunjukan arah gaya Lorentz ( FL ) Arah gaya  Lorentz
• Jari telunjuk  : menunjukkan arah medan magnet ( B )
• Jari tengah    : menunjukkan arah arus listrik ( I )

atau dengan menggunakan kaidah tangan kanan seperti di bawah ini :

Coba sekarang kalian terapkan kaidah ini pada percobaan diatas, mengapa alumunium foil melengkung keatas ? sesuaikah dengan kaidah tangan kiri ?

Catatan : 
Aturan ini dapat juga menggunakan kaidah tangan kanan, yaitu dengan mengangan-angankan jika Ibu jari, Jari Telunjuk dan Jari tengah kita bentangkan saling tegak lurus, maka : Jari tengah menunjuk arah gaya Lorentz, jari telunjuk menunjuk arah medan magnet dan Ibu jari menunjuk arah arus listrik.

Contoh Soal :

1. Sebuah kawat berarus listrik I = 2 A membentang horizontal dengan arah arus dari utara ke selatan, berada dalam medan magnet homogen B = 10 – 4  T dengan arah vertikal ke atas. Bila panjang kawatnya 5 meter dan arah arus tegak lurus arah medan magnet. Berapa besar dan arah   gaya Lorentz yang dialami oleh kawat ? ...

   Jawab :
   Diket :  I = 2 A
              B = 10 – 4  T
              ℓ  = 5 m
   
   Ditanya :  FL = ............... ?
   Dijawab : 
   
   FL = I . ℓ . B . sin θ
       = 2 ampere . 5 meter . 10 ^-4  Tesla . sin 900
       = 10^-3  newton
   
   Dengan arah gaya menunjuk ke Barat

2. Seutas kawat lurus yang terletak di equator diarahkan sejajar dengan bumi sepanjang arah timur-barat. Induksi magnetic dititik itu horizontal dan besarnya 6.10^-5  T. Jika massa persatuan panjang kawat 5.10^-3 kg/m dan g  = 10 m/s², berapa arus yang mengalir di dalam kawat supaya besar gaya yang dialaminya seimbang dengan berat kawat ? ….

   Jawab :
   Diket :  B =   6.10^-5  T
               m/L =  5 . 10^-3kg/m
               g  = 10 m/s²
   Ditanya :  I = …….?  Supaya gaya Lorentz seimbang dengan gaya berat
   Dijawab :   
   
   FL  =  w
   B. I. L  =  m . g      
   B . I  =  m/L  . g
   6 . 10 – 5  . I = 5 . 10 – 3 . 10
   Jadi I =  5000/6  Ampere