Penjelasan Ihwal Gaya Magnetik (Gaya Lorentz)

Gaya Lorentz merupakan gaya yang bekerja pada sebuah penghantar berarus listrik dalam medan magnet. 

1. Gaya Lorentz pada Penghantar Berarus di Medan Magnet

Arus merupakan kumpulan muatan-muatan yang bergerak. Kita telah mengetahui bahwa arus listrik memperlihatkan gaya pada magnet, menyerupai pada jarum kompas. Eksperimen yang dilakukan Oersted menerangkan bahwa magnet juga akan memperlihatkan gaya pada kawat pembawa arus. 

Kawat yang membawa arus I pada medan magnetik.

Gambar diatas memperlihatkan sebuah kawat dengan panjang l yang mengangkut arus I yang berada di dalam medan magnet B. Ketika arus mengalir pada kawat, gaya diberikan pada kawat. Arah gaya selalu tegak lurus terhadap arah arus dan juga tegak lurus terhadap arah medan magnetik. Besar gaya yang terjadi adalah: 

a. berbanding lurus dengan arus I pada kawat, 

b. berbanding lurus dengan panjang kawat l pada medan magnetik, 

c. berbanding lurus dengan medan magnetik B, 

d. berbanding lurus sudut θ antara arah arus dan medan magnetik. 

Secara matematis besarnya gaya Lorentz sanggup dituliskan dalam persamaan:

F = I . l . B sin θ

(1.0)

Apabila arah arus yang terjadi tegak lurus terhadap medan magnet ( θ = 90o ), maka diperoleh:

Fmaks = I . l . B

(1.1)

Tetapi, kalau arusnya paralel dengan medan magnet ( θ = 0o ), maka tidak ada gaya sama sekali (F = 0).

2. Gaya Lorentz pada Muatan Listrik yang 

Bergerak dalam Medan Magnetik Kawat penghantar yang membawa arus akan mengalami gaya ketika diletakkan dalam suatu medan magnetik, yang besarnya sanggup ditentukan dengan memakai persamaan (1.0). Karena arus pada kawat terdiri atas muatan listrik yang bergerak, maka menurut penelitian memperlihatkan bahwa partikel bermuatan yang bergerak bebas (tidak pada kawat) juga akan mengalami gaya ketika melewati medan magnetik. 

Kita sanggup memilih besarnya gaya yang dialami partikel tersebut. Jika N partikel bermuatan q melewati titik tertentu pada ketika t, maka akan terbentuk arus:

(1.2)

Jika t ialah waktu yang diharapkan oleh muatan q untuk menempuh jarak l pada medan magnet B, maka:

l = v . t

(1.3)

dengan v menyatakan kecepatan partikel. Jadi, dengan memakai persamaan (1.0 ) akan diketahui gaya yang dialami N partikel tersebut, yaitu:

(1.4)

Gaya pada satu partikel diperoleh dengan membagi persamaan (1.4) dengan N, sehingga diperoleh:

F = q v B sin θ

(1.5)

Persamaan (1.5) memperlihatkan besar gaya pada sebuah partikel bermuatan q yang bergerak dengan kecepatan v pada berpengaruh medan magnetik B, dengan θ ialah sudut yang dibuat oleh v dan B. Gaya yang paling besar akan terjadi pada ketika partikel bergerak tegak lurus terhadap B ( θ = 90o ), sehingga:

Fmaks = q. v. B

(1.6)

Tetapi, ketika partikel bergerak sejajar dengan garis-garis medan (θ = 0^o), maka tidak ada gaya yang terjadi. Arah gaya tegak lurus terhadap medan magnet B dan terhadap partikel v, dan sanggup diketahui dengan kaidah tangan kanan. 

Lintasan yang ditempuh oleh partikel bermuatan dalam medan magnetik tergantung pada sudut yang dibuat oleh arah kecepatan dengan arah medan magnetik.

a. Garis Lurus (tidak Dibelokkan) 

Lintasan berupa garis lurus terbentuk kalau arah kecepatan partikel bermuatan sejajar baik searah maupun berlawanan arah dengan medan magnetik. Hal ini menimbulkan tidak ada gaya Lorentz yang terjadi, sehingga gerak partikel tidak dipengaruhi oleh gaya Lorentz. Lintasan gerak terlihat menyerupai pada Gambar berikut.

Lintasan partikel yang bergerak sejajar dengan garis

 medan magnetik (a) searah (b) berlawanan arah.

b. Lingkaran 

Lintasan melingkar yang dialami muatan -q.

Gambar di atas memperlihatkan lintasan yang ditempuh partikel bermuatan negatif yang bergerak dengan kecepatan v ke dalam medan magnet seragam B ialah berupa lingkaran. Kita anggap v tegak lurus terhadap B, yang berarti bahwa v seluruhnya terletak di dalam bidang gambar, sebagaimana ditunjukkan oleh tanda x. Elektron yang bergerak dengan laju konstan pada kurva lintasan, memiliki percepatan sentripetal:

Berdasarkan Hukum II Newton, bahwa:

F = m.a

Maka, dengan memakai persamaan (1.6) diperoleh:

q.v.B = m.a

(1.7)

atau 

(1.8)

Persamaan di atas untuk memilih jari-jari lintasan (R), dengan m ialah massa partikel, v ialah kecepatan partikel, B menyatakan induksi magnetik, dan q ialah muatan partikel.

c. Spiral

Lintasan melingkar terjadi apabila kecepatan gerak muatan tegak lurus terhadap medan magnetik. Tetapi, 

kalau v tidak tegak lurus terhadap B, maka yang terjadi ialah lintasan spiral. Vektor kecepatan sanggup dibagi menjadi komponen-komponen sejajar dan tegak lurus terhadap medan. Komponen yang sejajar terhadap garis- garis medan tidak mengalami gaya, sehingga tetap konstan. Sementara itu, komponen yang tegak lurus dengan medan menghasilkan gerak melingkar di sekitar garis-garis medan. Penggabungan kedua gerakan tersebut menghasilkan gerak spiral (heliks) di sekitar garis-garis medan, menyerupai yang terlihat pada Gambar berikut.

Lintasan spiral.

3. Gaya Magnetik pada Dua Penghantar Sejajar Dua penghantar lurus panjang yang terpisah pada jarak d satu sama lain, dan membawa arus I₁ dan I₂ , diperlihatkan pada Gambar berikut.

Dua kawat sejajar yang mengangkut arus-arus sejajar.

Berdasarkan eksperimen, Ampere menyatakan bahwa masing-masing arus pada kawat penghantar menghasilkan medan magnet, sehingga masing-masing memperlihatkan gaya pada yang lain, yang menimbulkan dua penghantar itu saling tarik-menarik. Apabila arus I, menghasilkan medan magnet B1, maka besar medan magnet adalah:

(1.9)

Gaya F per satuan panjang l pada penghantar yang membawa arus I₂ adalah:

(1.10)

Gaya pada I₂ hanya disebabkan oleh I₁ . Dengan mensubstitusikan persamaan (1.10) ke persamaan (1.9), maka akan diperoleh:

(1.11)

Demikianlah bahan tentang Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) ini saya sampaikan, agar bermanfaat ...

Sumber http://sainsmini.blogspot.com

Share this post