BAB 6 BIOTEKNOLOGI
E. Gaya Lorenz
Gaya Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet B. Jika ada sebuah penghantar yang dialiri arus listrik dan penghantar tersebut berada dalam medan magnetik maka akan timbul gaya yang disebut dengan nama gaya magnetik atau dikenal juga nama gaya lorentz. Arah dari gaya lorentz selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik (I) dan induksi magnetik yang ada (B). Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet, B, seperti yang terlihat dalam rumus berikut:
F = q ( v × B )
Keterangan:
F = adalah gaya (dalam satuan/unit newton) B = adalah medan magnet (dalam unit tesla) q = adalah muatan listrik (dalam satuan coulomb)
v = adalah arah kecepatan muatan (dalam unit meter per detik) x = adalah perkalian silang dari operasi vektor.
Untuk gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh arus listrik I, dalam suatu medan magnet (B), rumusnya adalah sebagai berikut:
119
Keterangan:
F = gaya yang diukur dalam unit satuan newton I = arus listrik dalam ampere
B = medan magnet dalam satuan tesla × = perkalian silang vektor, dan
L = panjang kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter.
Interaksi medan magnet dari kawat berarus dengan medan magnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa ini terdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gaya magnet. Hubungan besaran-besaran itu ditemukan oleh fisikawan Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853–1928). Dalam penyelidikannya Lorentz menyimpulkan bahwa besar gaya yang ditimbulkan berbanding lurus dengan kuat arus, kuat medan magnet, panjang kawat dan sudut yang dibentuk arah arus listrik dengan arah medan magnet. Untuk menghargai jasa penemuan H.A. Lorentz, gaya tersebut disebut gaya Lorentz.
Apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, sehingga besar gaya Lorentz dirumuskan.
F = B x l x I
Keterangan:
F = gaya Lorentz satuan newton (N) B = kuat medan magnet satuan tesla (T). l = panjang kawat satuan meter (m) I = kuat arus listrik satuan ampere (A)
Berdasarkan rumus di atas tampak bahwa apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz bergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar.
Arah gaya Lorentz bergantung pada arah arus listrik dan arah medan magnet. Untuk menentukan arah gaya Lorentz digunakan kaidah atau aturan tangan kanan. Caranya rentangkan ketiga jari yaitu ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah sedemikian hingga membentuk sudut 900 (saling tegak lurus). Jika ibu jari menunjukan arah arus listrik (I) dan jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (B) maka arah gaya Lorentz searah jari tengah (F). Dalam bentuk tiga dimensi, arah yang tegak lurus mendekati pembaca diberi simbol . Adapun arah yang tegak lurus menjauhi pembaca diberi simbol .Perhatikan Gambar 7.25.
120 Sumber: http://bejhka.blogspot.co.id/
Gambar 7.25: Menentukan arah gaya lorentz dengan kaidah tangan kanan
Sumber: http://bejhka.blogspot.co.id/
Gambar 7.26: Arah gaya lorentz digambarkan pada tiga dimensi
Gaya Lorentz yang ditimbulkan kawat berarus listrik dalam medan magnet dapat dimanfaatkan untuk membuat alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat yang menerapkan gaya Lorentz adalah motor listrik dan alat-alat ukur listrik. Motor listrik banyak dijumpai pada tape recorder, pompa air listrik, dan komputer. Adapun, contoh alat ukur listrik yaitu amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter.
121
RANGKUMAN
1. Gaya tarik magnet yang paling kuat berada pada ujung-ujungnya. Ujung magnet itu disebut kutub magnet.
2. Ada tiga cara membuat magnet yaitu menggosok dengan magnet tetap, induksi, dan menggunakan arus listrik.
3. Medan magnet adalah ruang di sekitar magnet yang masih memiliki pengaruh gaya tarik atau gaya tolak magnet.
4. Garis gaya magnet adalah garis-garis lengkung yang menggambarkan pola medan magnet. Garis gaya magnet keluar dari kutub utara menuju kutub selatan. 5. Kutub magnet sejenis berdekatan saling tolak-menolak dan berlawanan jenis tarik-
menarik.
6. Sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan arah utara selatan geografis disebut deklinasi. Adapun, sudut yang dibentuk kutub utara jarum kompas dengan arah horizontal disebut inklinasi.
7. Menurut Oersted di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet.
8. Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang di dalamnya terdapat inti besi. Kekuatan elektromagnet tergantung pada kuat arus, jumlah lilitan, dan inti besi. 9. Gaya Lorentz gaya interaksi antara medan magnet dari arus listrik dan medan
122
UJI KOMPETENSI
A. Pilihlah Jawaban yang paling tepat !
1. Berikut ini yang termasuk bahan magnetik dan nonmagnetik adalah .... a. besi dan nikel
b. baja dan bismut c. nikel dan baja d. seng dan emas
2. Garis-garis lengkung yang keluar dari kutub utara menuju kutub selatan sebuah magnet disebut ....
a. kutub magnet
b. garis-garis gaya magnet c. medan magnet
d. fluks magnet
3. Gaya tarik magnet paling kuat terletak pada .... a. seluruh bagian magnet
b. salah satu ujung magnet c. bagian ujung-ujung magnet d. bagian tengah magnet
4. Berikut ini cara membuat magnet, kecuali .... a. cara alami
b. cara induksi c. cara menggosok d. cara arus listrik
5. Perhatikan gambar berikut!
Benda A dapat menarik benda B dan tidak dapat menarik benda C. Pernyataan berikut benar, kecuali....
a. benda A sebuah magnet
b. benda B merupakan benda magnetik c. benda C merupakan benda nonmagnetik d. benda C merupakan benda feromagnetik
123 6. Perhatikan gambar berikut ini.
Jika besi/baja telah menjadi magnet, pernyataan berikut benar, kecuali.... a. A kutub utara dan B kutub selatan
b. A kutub selatan dan B kutub utara c. A dan B kutub selatan
d. A dan B kutub utara
7. Ruang di sekitar magnet yang masih mempunyai pengaruh gaya tarik magnet disebut ....
a. medan magnet b. kutub magnet c. fluks magnetik
d. garis-garis gaya magnet
8. Magnet listrik dapat diperoleh dengan cara .... a. mendekatkan besi/baja pada magnet tetap
b. melilitkan kawat berarus listrik DC pada baja/besi berisolasi c. menggosokkan besi/baja dengan magnet tetap ke satu arah. d. melilitkan kawat berarus listrik AC pada besi/baja berisolasi.
9. Jarum kompas selalu menunjuk arah utara selatan bumi, disebabkan adanya .... a. medan magnet bumi
b. gravitasi bumi c. gaya tarik bumi d. rotasi bumi
10. Sebuah magnet batang yang tergantung bebas, ternyata tidak menunjuk arah utara selatan sebab ....
a. magnet tersebut sifat kemagnetannya sudah lemah b. magnet tersebut berada dalam medan magnet yang lain c. magnet tersebut merupakan magnet sementara
124 11.Sebuah kompas diletakkan di bawah kawat lurus berarus listrik, ternyata jarum
kompas akan menyimpang. Hal ini menunjukkan bahwa .... a. di sekitar magnet jarum pada kompas timbul medan magnet b. di sekitar kawat lurus berarus listrik terdapat medan magnet
c. garis-garis gaya magnet dari magnet jarum kompas ditolak arus listrik d. magnet jarum pada kompas menimbulkan arus listrik pada kawat.
12. Perhatikan gambar berikut.
Arah medan magnet dari kawat lurus berarus listrik di atas yang benar adalah....
a. I dan II b. II dan III c. I dan III d. II dan IV
13. Perhatikan gambar berikut.
Pernyataan berikut yang tidaktepat adalah .... a. A : kutub selatan
b. B : kutub selatan c. C : kutub selatan d. D : kutub utara
14. Kelompok alat berikut ini yang bekerja berdasarkan elektromagnet adalah .... a. bel listrik, telepon, dan kompor listrik
b. telepon, galvanometer, dan relai c. relai, motor listrik, dan accumulator
125 15. Kawat berarus listrik berada dalam medan magnet 60 tesla mengalami gaya Lorentz
12 N. Jika kawat itu berada dalam medan magnet 15 tesla, besar gaya Lorentz yang dialami kawat adalah ....
a. 3 N b. 36 N c. 48 N d. 75 N
B. Jawablah dengan singkat dan tepat !
1. Sebutkan sifat-sifat dua kutub magnet yang saling berdekatan.
2. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi besar medan magnet yang dihasilkan oleh elektromagnet.
3. Sebutkan tiga faktor yang memengaruhi besarnya gaya Lorentz.
4. Sebuah kawat panjangnya 10 m berada tegak lurus dalam medan magnet sebesar 60 tesla. Jika kuat arus listrik yang mengalir pada kawat 2 A, tentukan besarnya gaya Lorentz.
5. Ke manakah arah medan magnet, bila arah gaya Lorentz dan arah arus ditunjukkan
126