Induksi Magnet dan Gaya Lorentz

 

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?

Bagaimana hubungan antara medan magnet dan kawat berarus listrik? Kegiatan dan hasil yang kamu temukan sebenarnya 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 di tunjukkan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Perhatikan Gambar di bawah! Arus listrik ditunjukkan dengan huruf I dan medan magnet ditunjukkan dengan huruf B.

Gambar Arah Panah yang Mengelilingi Kawat Menunjukkan Medan Magnet di Sekitar Kawat Berarus

Jika pada kawat lurus, medan magnet terbentuk melingkari arah arus, bagaimana dengan kabel yang dibentuk melingkar dan kumparan?  Coba perhatikan Gambar di bawah! Pada kumparan (Gambar a) medan magnet tampak melingkari kabel, tetapi pada kumparan (Gambar b) medan magnetnya seolah-olah membentuk kutub utara dan selatan pada ujung-ujungnya, persis seperti pada magnet batang.

Gambar Arah 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 

dengan:

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. Perhatikan Gambar berikut.

Gambar Menentukan Arah Gaya Lorentz dengan Menggunakan Kaidah Tangan Kanan

Contoh Soal 

1. Sebuah 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, maka 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

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

 

c. 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.

Motor listrik memiliki beberapa komponen, diantaranya magnet tetap dan kumparan. Jika ada arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet, maka kumparan tersebut akan mengalami gaya Lorentz sehingga kumparan akan berputar. Agar kumparannya dapat berputar dengan stabil, maka kumparan dibuat seperti Gambar di bawah yang tiap-tiap ujungnya dibentuk melingkar.

Gambar Motor Listrik Sederhana

Sumber:

Ilmu Pengetahuan Alam. SMP/MTs Kelas IX Semester 2. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Edisi Revisi Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, 2017

Baca juga:

KEMAGNETAN DAN PEMANFAATANNYA
01	Kemagnetan dan Pemanfaatannya
02	Pemanfaatan Medan Magnet pada Migrasi Hewan
03	Konsep Gaya Magnet
04	Sifat Magnet Bahan
05	Percobaan Cara Membuat Magnet
06	Menyelidiki Pola Medan Magnet
07	Penerapan Elektromagnet dalam Kehidupan Sehari-hari
08	Teori Kemagnetan Bumi
09	Induksi Magnet dan Gaya Lorentz
10	Menyelidiki Medan Magnet di Dekat Kawat Berarus Listrik
11	Menentukan Besar dan Arah Gaya Lorentz
12	Induksi Elektromagnetik
13	Menyelidiki Peristiwa Induksi Elektromagnetik
14	Kemagnetan dalam Produk Teknologi
15	Induksi Elektromagnetik pada Kartu Kredit