Gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya yang dialami sebuah penghantar yang dialiri arus listrik dalam suatu medan magnetik yang sangat kuat. Nah, agar lebih paham tentang gaya Lorentz. Untuk memahami “gaya lorentz” dapat dilakukan percobaan sebagai berikut :

Percobaan Gaya Lorentz

Berikut adalah langkah-langkah percobaan gaya lorentz.

1. Letakkan pita aluminium foil di antara kutub utara-selatan magnet U, kemudian hubungkanlah ujung-ujung pita aluminium dengan kutub positif dan negatif baterai.
2. Tekan saklar sehingga arus listrik mengalir pada pita aluminium foil. Amatilah perubahan yang terjadi.
3. Ulangi kegiatan di atas dengan:

a. mengubah arah arus (kutub-kutub baterai ditukar)
b. mengubah arah medan magnet (kutub-kutub magnet ditukar)

Dari percobaan gaya lorentz diatas, kita dapat mengamati bahwa arah gaya Lorentz (F) selalu tegak lurus terhadap kuat arus (I) dan medan magnetik (B). Untuk memudahkan mengingat arah gaya lorentz yang dialami penghantar ketika dialiri arus listrik dalam medan magnet digunakanlah kaidah tangan kanan. Arah arus listrik (I) ditunjukkan oleh ibu jari, arah medan magnetik (B) ditunjukkan oleh jari telunjuk, dan gaya lorentz ditunjukkan oleh jari tengah.

Arah gaya Lorentz (F) terhadap kuat arus listrik (I) dan medan magnetik (B)

Besar gaya lorentz bergantung pada besar medan magnetik, besar arus listrik yang mengalir, panjang kawat penghantar, dan sudut yang terbentuk antara arus listrik dan medan magnetik. Secara matematis gaya Lorentz didefinisikan dengan persamaan sebagai berikut.

F = B × I × l × sin θ

Keterangan:

F = gaya Lorentz (Newton)
B = medan magnetik (tesla)
I = kuat arus listrik (ampere)
l = panjang kawat penghantar (meter)
θ = sudut antara arah arus listrik dan arah medan magnetik

Prinsip gaya Lorentz dimanfaatkan dalam motor listrik. Motor listrik adalah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Berikut adalah contoh motor listrik yang merupakan salah satu contoh penerapan gaya lorentz dan bagian-bagian motor listrik tersebut.

Ketika kumparan yang ada dalam daerah medan magnetik dialiri arus listrik, kumparan tersebut menghasilkan gaya lorentz yang menyebabkan kumparan berputar pada suatu sumbu. Setelah berputar setengah putaran atau sekitar 180o, komutator akan mengubah arah arus yang mengalir pada kumparan sehingga arahnya berlawanan dengan arah arus semula. Hal ini menyebabkan gaya Lorentz berubah sebesar 180o dan kumparan meneruskan putarannya hingga satu putaran penuh. Setelah berputar satu putaran penuh, komutator tersebut kembali mengubah arah arus dalam kumparan sehingga kumparan kembali berputar pada sumbunya. Proses ini terus berulang sehingga motor listrik pun terus berputar. Prinsip kerja motor listrik DC diatas merupakan salah satu contoh penerapan gaya lorentz dalam kehidupan sehari-hari.