Alat-alat yang menggunakan prinsip gaya Lorentz pada kehidupan sehari hari

Berikut ini merupakan pembahasan tentang pengertian gaya lorentz serta aplikasi gaya lorentz dalam kehidupan sehari-hari atau penerapan dan penggunaan gaya lorentz dalam kehidupan.

Pengertian Gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya yang terjadi pada sebuah penghantar berarus listrik di dalam medan magnet. Untuk menentukan arah gaya Lorentz dapat digunakan kaidah tangan kanan sebagaimana terlihat pada Gambar di bawah ini!

Dengan ketentuan sebagai berikut:

a. Ibu jari menunjukkan arah arus listrik, huruf I.

b. Telunjuk menunjukkan arah medan magnet, huruf B.

c. Jari tengah menunjukkan arah gaya Lorentz, huruf F.

Gambar: Kaidah tangan kanan pada gaya Lorentz

Besar gaya Lorentz sebanding dengan kuat medan magnet, arus listrik, dan panjang kawat. Jika kedudukan gaya, kuat medan magnet dan arus listrik saling tegak lurus, maka besarnya gaya Lorentz dapat dirumuskan:

Dengan F adalah gaya Lorentz dinyatakan dalam newton, medan magnet dinyatakan dalam satuan (N/Am), (weber/m2) atau tesla (T), dan l adalah panjang kawat penghantar dinyatakan dalam meter (m).

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.

Beberapa contoh penerapan konsep ini antara lain motor listrik dan alat ukur listrik.

a. 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 di bawah ini!

Gambar: Cara Kerja Motor Listrik

b. Alat pengukur listrik

Jenis alat pengukur listrik yang banyak digunakan adalah pengukur jenis kumparan berputar. Pada dasarnya alat pengukur ini terdiri atas:

1) Sebuah magnet tetap berbentuk U

2) Ruang di antara kutub-kutubnya berbentuk silinder.

Gambar: Pengukur Jenis Kumparan Berputar

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.

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.

Lihat Foto

HowStuffWorks

Sebuah penerapan gaya magnet adalah dalam railguns.

KOMPAS.com - Pastinya kita semua pernah menggunakan alat-alat yang berkaitan dengan listrik. Kira-kira apa contoh alat listrik atau alat ukur listrik yang pernah kalian gunakan? Pernahkah kalian memerhatikan bagaimana prinsip kerja dari alat listrik tersebut?

Pada pembahasan kali ini kita akan mempelajari penerapan gaya magnetik atau gaya Lorentz dalam industri, yang salah satu contohnya yaitu motor listrik.

Mungkin motor listrik sudah terdengar tidak asing lagi bagi kita. Motor listrik merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau disebut juga energi gerak.

Melansir dari Electrical Drivers oleh Jens Weidauer dan Richard Messer tahun 2014, hal utama yang paling penting dalam penerapan motor listrik adalah mengenai efek fisika yang ketika muatan listrik digerakkan dalam medan magnet maka ia akan mengalami gaya.

Baca juga: NASA Selidik Anomali Medan Magnet Misterius di Bumi yang Makin Melemah

Gaya ini dikenal dengan gaya Lorentz.

Motor listrik terdiri dari bagian stator dan bagian rotor. Bagian stator merupakan bagian motor listrik yang tidak bergerak. Sedangkan bagian rotor merupakan bagian motor listrik yang bergerak.

Bagian strator umumnya terdiri dari magnet tetap. Sedangkan bagian rotor umumnya terdiri dari kumparan kawat yang dililitkan pada jangkar.

Pada prinsipnya motor listrik memiliki kumparan dalam medan magnet tetap. Jika kumparan tersebut kita aliri arus listrik, maka kumparan tersebut akan bekerja suatu gaya magnetik atau disebut juga dengan gaya Lorentz.

Baca juga: Medan Magnet Bumi Bergeser 10 Kali Lebih Cepat dari Seharusnya

Gaya tersebut dialami oleh setiap batang konduktor pada rotor, serta gaya magnetiknya memiliki arah yang berbeda antara kumparan kanan dan kiri, sehingga membentuk torsi (momen gaya). Hal tersebut yang akan menyebabkan kumparan dapat berputar.

Dapatkan update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari Kompas.com. Mari bergabung di Grup Telegram "Kompas.com News Update", caranya klik link https://t.me/kompascomupdate, kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.

Baca berikutnya

This is a question and answer forum. In order to see other responses to these questions, you must first post your answer

Dalam kehidupan sehari-hari banyak peralatan rumah tangga yang dapat dijalankan oleh listrik secara otomatis, seperti kipas angin, bor listrik, blender, kompresor, pompa air, dan lain-lain. Semua peralatan tersebut bekerja menggunakan motor listrik. Gerak putaran motor listrik dikonversi menjadi berbagai gerakan sesuai dengan kebutuhan pada peralatan tersebut melalui suatu sistem mekanik. Berikut ini adalah contoh bagaimana sistem mekanik pada kipas angin untuk menyalakan atau mematikan motor listrik, dan bagaimana putaran motor listrik diubah menjadi berbagai gerakan yang diperlukan pada kipas angin.

Terdapat berbagai jenis motor listrik , seperti motor listrik DC atau motor listrik induksi, yang semuanya bekerja berdasarkan gaya Lorentz. Video berikut ini dalah contoh bagaimana motor listrik DC bekerja.

Gaya Lorentz adalah gaya yang dialami oleh muatan yang bergerak memotong medan magnet. Secara matematis, ganya Lorentz pada sebuah partikel bermuatan q yang bergerak dengan kecepatan v di dalam medan magnet B diekspresikan seperti berikut :

(1)

Ekspresi matematis tersebut menunjukkan bahwa gaya Lorentz selalu tegak lurus kecepatan dan medan magnet. Ini berarti gaya tersebut memberikan percepatan tangesial (tegak lurus arah ecepatan) pada partikel. Seperti diketahui bahwa percepatan tangensial mengubah arah kecepatan sehingga partikel bergerak berputar-putar di dalam medan magnet. Hal ini menyebabkan partikel yang bergerak di dalam medan magnet terperangkap di dalam medan magneti. Berikut ini adalah video yang menunjukkan bagaimana muatan terperangkap di dalam medan magnet, baik medan magnet buatan maupun medan magnet yang secara alamiah ada di alam, seperti medan magent bumi.

Arus listrik adalah muatan yang bergerak. Oleh karena itu ketika terdapat penghantar yang dialiri arus litrik di dalam medan magnet maka muatan-muatan yang bergerak di dalamnya akan mengalami gaya Lorentz. Proses ini diperlihakan oleh terjadinya penyimpangan penghantar dari posisi awalnya. Gaya Lorentz yang terjadi pada penghantar berarus yang berada di dalam medan magnet diekspresikan dengan perumusan seperti berikut :

(2)

Dalam hal ini arah gaya dapat ditetapkan sesuai dengan kaidah tangan kanan seperti pada gambar. Berikut ini video animasi interaksi penghantar berarus dengan medan magnet. Uraian tentang konsep-konsep fisika terkait dengan gaya Lorentz di uraikan pada video di bawah ini. Pada video tersebut juga diuraikan bagaimana gaya lorentz pada unti arus dapat menimpbulkan momen gaya yang menyebabkan untai tersebut berputar. Proses ini yang kemudian mendasari prinsip dasar motor listrik.