Penggunaan Konsep Gaya Lorentz (Gaya Magnet) – Adanya gaya magnet pada penghantar berarus listrik di dalam medan magnet memungkinkan berputarnya kumparan penghantar berarus listrik di dalam medan magnet.
Konsep Gaya Lorentz adalah salah satu prinsip penting dalam fisika yang digunakan untuk menjelaskan interaksi antara partikel bermuatan dengan medan elektromagnetik. Gaya Lorentz ditemukan oleh fisikawan Belanda bernama Hendrik Lorentz pada akhir abad ke-19 dan menjadi bagian integral dari teori relativitas dan elektrodinamika.
Gaya Lorentz dinyatakan sebagai jumlah dari dua komponen, yaitu gaya listrik dan gaya magnetik. Gaya listrik (F_listrik) terjadi ketika partikel bermuatan bergerak dalam medan listrik, sementara gaya magnetik (F_magnetik) terjadi ketika partikel bermuatan bergerak dalam medan magnetik. Keduanya digabungkan dalam persamaan gaya Lorentz:
F = q(E + v × B)
Di mana:
- F adalah gaya Lorentz total yang bekerja pada partikel bermuatan.
- q adalah muatan partikel bermuatan.
- E adalah medan listrik yang dialami partikel.
- v adalah kecepatan partikel.
- B adalah medan magnetik yang dialami partikel.
Komponen gaya listrik diberikan oleh produk muatan partikel dengan medan listrik. Jika medan listrik arahnya sejajar dengan kecepatan partikel, maka partikel akan mengalami gaya listrik yang sebanding dengan muatannya. Namun, jika medan listrik tegak lurus terhadap kecepatan partikel, maka partikel akan mengalami gaya listrik yang tegak lurus terhadap keduanya. Ini dikenal sebagai hukum tangan kanan.
Komponen gaya magnetik diberikan oleh produk muatan partikel dengan hasil perkalian vektor antara kecepatan partikel dan medan magnetik. Jika partikel bermuatan bergerak sejajar dengan medan magnetik, tidak ada gaya magnetik yang dialami partikel. Namun, jika partikel bergerak tegak lurus terhadap medan magnetik, partikel akan mengalami gaya magnetik yang tegak lurus terhadap keduanya. Ini dikenal sebagai hukum tangan kiri.
Gaya Lorentz memiliki beberapa konsekuensi penting dalam fisika. Salah satunya adalah perubahan lintasan partikel bermuatan dalam medan magnetik. Ketika partikel bermuatan masuk ke dalam medan magnetik yang kuat dan bergerak tegak lurus terhadap medan tersebut, partikel akan mengalami gaya magnetik yang membelokkannya menjadi lintasan melingkar. Hal ini digunakan dalam akselerator partikel seperti LHC (Large Hadron Collider) untuk mempercepat partikel-partikel subatom.
Beberapa contoh penerapan atau penggunaan konsep gaya Lorentz ini antara lain motor listrik dan alat ukur listrik.
Motor listrik
Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi kinetik. Dasar kerja motor listrik ini hampir sama dengan dasar kerja sebuah galvanometer. Apabila arus listrik dialirkan melalui kumparan, permukaan kumparan yang bersifat sebagai kutub utara bergerak menghadap selatan magnet. Permukaan yang bersifat sebagai kutub selatan bergerak menghadap ke kutub utara magnet.
Setelah itu maka kumparan berhenti berputar. Untuk melanjutkan putaran, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus dalam kumparan dibalik. Dengan terbaliknya arah arus maka kutub utara kumparan berubah menjadi kutub selatan, kutub selatannya menjadi kutub utara. Sekarang kutub utara kumparan berhadapan dengan kutub utara magnet.
Kutub selatan kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet. Kutub-kutub itu menolak kumparan berputar setengah putaran sampai kutub utara kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet dan kutub selatan kumparan berhadapan dengan kutub utara magnet, pada saat itu arus dalam kumparan dibalik lagi. Akibat kumparan itu berputar setengah putaran lagi, demikian seterusnya, kumparan berputar terus, lihat Gambar 12.16!
Gambar Cara kerja motor listrik
Alat pengukur listrik
Jenis alat pengukur listrik yang banyak digunakan adalah pengukur jenis kumparan berputar. Pada dasarnya alat pengukur ini terdiri atas:
- Sebuah magnet tetap berbentuk U
- Ruang di antara kutub-kutubnya berbentuk silinder.
Di antara kutub-kutub itu terdapat sebuah inti besi lunak berbentuk silinder. Inti besi ini terpasang tetap pada tempatnya, tidak dapat berputar. Di antara inti besi dan kutub-kutub magnet terdapat sebuah kumparan, K, yang dapat berputar bersama dua batang poros. Pada tiap poros itu dipasang sebuah pegas spiral.
Gambar Pengukur jenis kumparan Berputar
Pegas spiral, P, ini mengatur agar jarum penunjuk, J menunjukkan angka nol, kalau tidak ada arus melalui K. Apabila kumparan dialirkan arus, maka kumparan itu berputar sebab salah satu permukaan kumparan bersifat sebagai kutub utara dan sebagai kutub selatan. Kumparan tidak dapat berputar terus karena ditahan oleh pegas spiral. Besar putarannya tergantung pada besarnya arus, di mana makin besar arus makin besar sudut putarnya. Prinsip kerja seperti ini banyak digunakan pada peralatan seperti: amperemeter, galvanometer, dan voltmeter.
Demikianlah contoh penerapan atau penggunaan konsep gaya Lorentz ini kami sajikan. Semoga bermanfaat (maglearning.id).