Penjelasan Wacana Gaya Magnetik (Gaya Lorentz)

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

1. Gaya Lorentz pada Penghantar Berarus di Medan Magnet

Arus ialah kumpulan muatan-muatan yang bergerak. Kita sudah mengetahui bahwa arus listrik mempersembahkan gaya pada magnet, menyerupai pada jarum kompas. Eksperimen yang dilakukan Oersted pertanda bahwa magnet juga akan mempersembahkan gaya pada kawat pembawa arus. 

Kawat yang membawa arus I pada medan magnetik.

Gambar diatas menunjukkan sebuah kawat dengan panjang l yang mengangkut arus I yang berada di dalam medan magnet B. Ketika arus mengalir pada kawat, gaya didiberikan 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, jikalau 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 menunjukkan 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 yaitu 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) menunjukkan besar gaya pada sebuah partikel bermuatan q yang bergerak dengan kecepatan v pada berpengaruh medan magnetik B, dengan θ yaitu 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 jikalau arah kecepatan partikel bermuatan sejajar baik searah maupun berlawanan arah dengan medan magnetik. Hal ini mengakibatkan tidak ada gaya Lorentz yang terjadi, sehingga gerak partikel tidak dipengaruhi oleh gaya Lorentz. Lintasan gerak terlihat menyerupai pada Gambar diberikut.

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 menunjukkan lintasan yang ditempuh partikel bermuatan negatif yang bergerak dengan kecepatan v ke dalam medan magnet seragam B yaitu 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 yaitu massa partikel, v yaitu kecepatan partikel, B menyatakan induksi magnetik, dan q yaitu muatan partikel.

c. Spiral

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

jikalau v tidak tegak lurus terhadap B, maka yang terjadi yaitu 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 diberikut.

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 diberikut.

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 mempersembahkan gaya pada yang lain, yang mengakibatkan dua penghantar itu saling tarik-menarikdanunik. 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 spesialuntuk disebabkan oleh I₁ . melaluiataubersamaini mensubstitusikan persamaan (1.10) ke persamaan (1.9), maka akan diperoleh:

(1.11)

Demikianlah bahan perihal Gaya Magnetik (Gaya Lorentz) ini saya sampaikan, agar bermanfaa ...

Bagikan Artikel ini