GAYA LORENTZ

GAYA LORENTZ

1.    Medan Magnet

            Medan Magnet adalah medan vektor, karena besaran medan adalah suatu besaran vector (Sutrisno, 1979: 79). Medan magnet terbentuk dari gerakan electron. Medan magnet memiliki arah, kecepatan, dan intensitas yang digambarkan sebagai garis-garis fluks dan dinyatakan dengan simbol fluks dalam besaran weber.

            Besarsan kerapatan medan magnet dinyatakan dengan banyaknya garis-garis fluks yang menembus suatu luas bidang teertentu dan mempunyai simbol B  kerapatan fluksi dalam weber/m² ( WB/m²).

            Intensitas medan magnet disebut sebagai kuat medan dan dinyatakan dengan besarnya flukssepanjang jarak teretentu, mempunyai simbol B  kuat medan dalam ampere/m (A/m).

(Zuhal, 1997: 2)

            Medan magnet merupakan besaran vector sehingga B disebuah titik yang disebabkan oleh sejumlah muatan listrik yang bergerak merupakan hasil penjumlahan secara vector.Dikenal istilah Fluks medan magnet  yang merupakan hasil proyeksi medan magnet disemua luasan yang ditembusnya. Fluks medan magnet  yang menembus luasan ds adalah nol.

            Gejala kemagnetan merupakan peristiwa yang sudah umum dalam kehidupan sehari-hari. Bumi merupakan magnet raksasa dengan kutub utara magnet bumi berda didekat kutub selatan bumi., dan kutub selatan magnet bumi berada didekat kutub Utara bumi. Magnet dapat dibentuk oleh dua kutub, yakni kutub utara (U) dan kutub selatan.(S), posisi kutub utara dan selatan magnet bumi dapat berubah bila semua logam dari perut bumi dipindahkan kesalah satu kututb atau karena arah rotasi bumi berubah (misal dari timur ke Barat dari utara ke Selatan.

(Priyambodo, 2009: 375).

            Disebuah titik dikatakan ada medan magnetik bila ada gaya (disamping gaya elektrostatik,kalau ada) bekerja terhadap sebuah muatan bergerak ditik itu. Medan magnetic, seperti halnya medan listrik, merupakan medan vector, yang besar dan arahnya disembarang titik diperincikan berdasarkan sebuah vector B yang disebut induksi kemagnetan. Arah gerak suatu /sebuah muatan terhadap mana medan magnet tidak mengerjakan gaya ditentukan sebagai arah vektor B. (Zemansky, 1986: 717)

            Untuk memperkenalakan konsep medan magnetik secara wajar, akan meninjau ulang perumusan mengenai interaksi listrik, dimana didalamnya diceritakan mengenai medan listrik. Disini akan menyajikan kembali interaksi listrik dalam dua langkah.

a.       Sebuah distribusi muatan listrik yang diam menciptakan sebuah medan listrik   dalam ruang sekitarnya.

b.      Medan listrik itu mengerahkan sebuah gaya  = q  pada setiap muatan yang lain yang hadir dalam medan itu.

Kita dapat menjelaskan interaksi magnetik dengan cara yang seru:

a.       Sebuah muatan yang bergerak atau sebuah arus menciptakan sebuah medan magnetic (magnetic field) dalam ruang sekitarnya (sebagai tambahan untuk medan listriknya)

b.      Medan magnetik itu mengerahkan sebuah gaya F pada setiap muatan lain yang bergerak atau arus yang hadir dalam medan itu.

     Ciri atau karakteristik dari gaya magnetik pada mauatan bergerak adalah:

a.    Gaya itu sebanding dengan besarnya muatan tersebut. Jika jumlah muatan 1 C dan sebuah muatan 2 C bergerak melalui medan magnetic yang diberikan dengan kecepatan yang sama, maka gaya pada muatan 2 C adalah dua kali besarnya gaya pada muatan 1 C.

b.    Gaya magnetic juga bergantung pada kecepatan partikel tersebut. Ini agak berbeda dari gaya medan listrik, yang sama apakah muatan itu bergerak atau tidak. Sebuah partikel bermuatan yang diam tidak mengalami gaya magnetik. (Young, 2004: 294)

Percobaan-percobaan dengan berbagai macam muatan yang bergerak dengan kecepatan berbeda pada titik tersebut memberikan hasil-hasil berikut untuk gaya magnetik.

a.       Gaya tersebut sebanding dengan muatan q, gaya pada muatan negative memiliki arah yangberlawanan dengan arah gaya pada muatan positif yang bergerak dalam kecepatan yang sama.

b.      Gaya tersebut sebanding dengan kecepatan v.

c.       Gaya tersebut tegak lurus terhadap arah medan magnetik maupun kecepatannya.

d.      Gaya tersebut sebanding dengan sin , dengan  merupakan sudut antara kecepatan v dan medan magnetik B. Jika v sejajar baik searah maupun berlawanan arah dengan B, maka gayanya sama dengan nol. (Tipler, 1996: 211)

Gaya Magnet antara dua muatan lebih rumit dari pada gaya listriknya karena ketergantungan pada kecepatan dan hasil perkalian silang. Pertama-tama persamaannya adalah bahwa besar kedua gaya bergantung pada hasil kali muatannya dan kebalikan kuadrat jarak muatannya. Namun arah gaya magnet tidaklah disepanjang garis yang menghubungnkan kedua muatan itu (jadi bukan gaya sentral), kecuali jika v tegak lurus pada r; gaya itu selalu terletak pada bidang yang dibentuk oleh r dan v, dan gaya itu selalu tegak lurus pad v.

(Reitz, 1993: 201)

Kita telah melihat bahwa kawat pembawa arus mengalami gaya ketika diletakkan dimedan magnet. Karena arus pada kawat terdiri dari muatan listrik yang bergerak, kita bisa mengharapkan bahwa partikel muatan yang bergerak bebas (tidak pada kawat) juga kan mengalami gaya ketika berlawanan medan magnet.

Gaya yang paling besar terjadi ketika partikel bergerak tegak lurus terhadap B ( = 90⁰). F max = q.v.B. Gaya terbesar nol, Jika partikel bergerak paralel dengan garis-garis medan ( = 0⁰). Arah gaya tegak  lurus terhadap medan magnet B dan terhadap kecepatan partikel v.

2.    Gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya yang dittimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak (arus listrik) yang berada dalam suatu medan magnet, B. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vector arah gerak muatan listrik (V) ke arah medan magnet B, seperti yang terlihat dalam persamaan berikut:

Keterangan :

F adalah gaya  (dalam satuan Newton)

B adalah medan magnet (dalam satuan tesla)

q adalah muatan listrik (dalam satuan Coulumb)

v adalah arah kecepatan muatan (dalam satuan meter per detik)

X adalah perkalian silang dari opersi vector

Gaya Lorentz yang dialami oleh kawat berarus listrik didalam medan magnet adalah

Keterangan :

F = gaya (Newton)

B = medan magnet (tesla)

L = panjang kawat listrik yang dialiri arus listrik dalam satuan meter.

Arah gaya Lorentz adalah tegak lurus dengan arah medan magnetik dan juga arah arus listrik. Untuk memudahkan arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. (Tim Dosen, 2013: 18).

Dibawah ini adalah penggunaan kaidah tangan kanan

Sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan arah arus listrik ( I ). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus.

Bila sebuah partikel bermuatan listrik bergerak tegak lurus dengan medan magnet homogen yang mempengaruhi selama geraknya, maka muatan akan bergerak dengan lintasan berupa lingkaran. Sebuah muatan positif bergerak dalam medan magnet B (dengan arah menembus bidang) secara terus menerus akan membentuk lintasan lingkaran dengan gaya Lorentz yang timbul menuju ke pusat lingkaran. Demikian juga untuk muatan negatif. Persamaan-persamaan yang memenuhi pada muatan yang bergerak dalam medan magnet homogen sedemikian sehingga membentuk lintasan lingkaran adalah :

*Gaya yang dialami akibat medan magnet : F = q . v . B

*Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua persamaan kia mendapatkan persamaan :

Keterangan:
R = jari-jari lintasan partikel dalam meter ( m )
m = massa partikel dalam kilogram ( kg )
v = kecepatan partikel dalam meter / sekon ( m/s )
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
q = muatan partikel dalam coulomb ( C )