Induksi Magnet dan Gaya Lorentz serta Contoh Soal

Ilustrasi.(Freepik)

DALAM Bab 6 tentang Kemagnetan dan Pemanfaatannya di Buku IPA Kelas IX Semester 2, ada istilah induksi magnet dan Gaya Lorentz. Apakah kamu tahu apakah induksi magnet dan Gaya Lorentz?

Untuk mengetahui terkait induksi magnet dan Gaya Lorentz, simak uraian di bawah ini yang dilansir dari Buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 2 yang ditulis Siti Zubaidah dkk.

a. Induksi magnet.

Konsep induksi magnet berawal dari tidak terkendalinya putaran jarum kompas yang ada di kapal laut saat petir menyambar. Tahukah kamu, apa yang disebut induksi magnet? Mengapa induksi magnet berhubungan dengan peristiwa tak terkendalinya putaran jarum kompas yang ada di kapal laut saat petir menyambar? 

Percobaan tentang hal itu sudah dilakukan oleh Hans Christian Oersted (1820) yang menunjukkan bahwa arus listrik dapat menimbulkan medan magnet. Caranya dengan mengamati pergerakan jarum kompas saat diletakkan di dekat kabel yang dialiri arus listrik.  

Percobaan ini kemudian dikenal dengan Percobaan Oersted. Arah medan magnet dan arah arus dapat ditunjukkan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Arus listrik ditunjukkan dengan huruf I dan medan magnet ditunjukkan dengan huruf B. Perhatikan gambar di bawah.

 

Keterangan gambar: Arah panah yang mengelilingi kawat menunjukkan medan magnet di sekitar kawat berarus.

b. Konsep gaya Lorentz.

Mengapa jarum kompas dapat bergerak ketika arus listrik mengalir pada kabel? Gaya apakah yang membuat jarum kompas tersebut menjadi bergerak? 

Pada subbab ini akan dibahas hubungan antara arus listrik, magnet, dan gaya yang ditimbulkannya. Kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut dengan gaya Lorentz. 

Adanya gaya Lorentz dalam percobaan menimbulkan simpangan pada aluminium foil. Berdasarkan hasil percobaan tersebut dapat diketahui bahwa semakin besar arus listrik, gaya Lorentz yang dihasilkan semakin besar. 

Semakin besar medan magnet, gaya Lorentz yang dihasilkan semakin besar. 

Begitu pula dengan panjang kawat berarus. Semakin panjang kawat berarus yang ada dalam medan magnet, gaya Lorentz yang dihasilkan juga semakin besar. 

Untuk arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus, secara matematis, besarnya gaya Lorentz dituliskan sebagai berikut.

F = B ∙ I ∙ L

F = gaya Lorentz (newton).
B = medan magnet (tesla).
I = kuat arus listrik (ampere).
L = panjang kawat berarus yang masuk ke dalam medan magnet (meter). 

Penentuan arah gaya Lorentz dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Keterangan gambar: Menentukan arah gaya Lorentz dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

c. Contoh soal gaya Lorentz.

1. Kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus berada dalam medan magnet sebesar 8 tesla, berapakah gaya Lorentz yang timbul?

Diketahui: 

L = 10 m  
I = 5 mA = 0,005 A  
B = 8 tesla

Ditanya: Gaya Lorentz (F)?

Jawab:

F = B∙I∙L = 8 tesla. 0,005 A . 10 m = 0,4 N

Jadi, gaya Lorentz yang timbul sebesar 0,4 newton.

2. Jika gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh kawat tembaga sepanjang 2 m dan dialiri arus listrik sebesar 2 mA adalah 12 N, berapakah besar medan magnet yang melingkupi kawat tembaga tersebut?

Diketahui:

L = 2 m
I = 2 mA = 0,002 A = 2 × 10^-3 A
F = 12 N

Ditanya: Medan magnet?

Jawab:

F = B∙I∙L
 
B = F/I∙L

  = 12 N/2 × 10^-3 A . 2 m

  = 3 × 10³  

Jadi, besarnya medan magnet yang melingkupi kawat tembaga adalah 3 × 10³ tesla.

d. Penerapan gaya Lorentz pada motor listrik.

Apa kamu pernah melihat motor listrik? Motor listrik digunakan  untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Beberapa motor listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya motor listrik pada kipas angin  berfungsi untuk menggerakkan baling-baling.

 

Keterangan gambar: Motor listrik sederhana.

Motor listrik memiliki beberapa komponen, di antaranya magnet  tetap dan kumparan. Jika ada arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet, kumparan tersebut akan mengalami gaya Lorentz sehingga kumparan akan berputar. 

Agar kumparannya dapat berputar dengan stabil, kumparan dibuat seperti gambar di atas. Tiap-tiap ujungnya dibentuk melingkar. (Z-2)