PERCOBAAN GAYA LORENTZ

I. Tujuan: 1. Mahasiswa dapat menentukan besarnya gaya Lorenz.2. Mahasiswa dapat menentukan pengaruh besr kuat arus listrik terhadap gaya Lorenz3. Mahasiswa dapat menentukan pengaruh besar kuat medan magnet terhadap gaya

Lorenz.

II. Alat yang diperlukan1. Catu daya (2buah)2. Ampermeter (2 buah)3. Inti besi bercelah4. Katrol5. Beban

6. Statip7. Kawat8. Mistar/jangka sorong9. Kabel penghubung

III. Dasar Teori

Kalau suatu penghantar yang panjangnya l dan dialiri arus listrik sebesar i dan berada dalam medan magnet B, kawat akan mengalami gaya, yang disebut gaya Lorenz, sebesar:

F=i l × B

Gaya F tegak lurus i dan B, arah positifnya menuju arah maju sekrup kanan yang diputar menurut arah putar i ke B melalui sudut terkecil.Besar gaya F adalah :

F = i l B sin

Dengan sebagai sudut antara I dan B. bila I tegak lurus B, maka :

F = i l B

Susunan terakhir inilah yang dipakai dalam percobaan ini.

Bingkai

beban

Catu Daya

beban

Catu DayaTeras Inti Besi dan Kumparan

A A

θd

l

mgW W

θd

IV. Susunan AlatAlat dan peralatan disusun seperti gambar dibawah ini.

V. Langkah KerjaA. Pengukuran Pendahulu:

Karena kawat yang akan dilalui arus dalam medan B memiliki berat (=m.g) maka perlu ditentukan dulu nilai m.g, dalam keadaan kawat dan kumparan tak berarus.1. Mengatur posisi kawat agar panjang kawat disisi kiri (Lki) sama dengan panjang

kawat disisi kanan (Lka) untuk mempermudah perhitungan.2. Mengukur jarak d, yaitu posisi kawat kaku terhadap garis horizontal AB.3. Maka m.g dapat dihitung :

m.g = Wki sin θki + Wka sin θka

= 2W dL

, asal Wki = Wka = W

Lki = Lka = LDengan :

Wki = beban disisi kiriWka = beban disisi kanan

Pakailah nilai g = 9,8 m/s2

B. Menyelidiki pengaruh besarnya arus (i) terhadap gaya Lorentz (F).1. Setelah peralatan tersusun seperti gambar, memberi arus (ik) ke kumparan dengan

harga tertentu sehingga timbul medan magnet (B).2. Mengalirkan arus kawat (i) dan memperhatikan perubahan letak kawat ditengah-

tengah celah inti besi untuk beberapa macam harga i.3. Mencatat harga : massa beban (m), panjang kawat halus (Lki = Lka), panjang

kawat yang berada dalam medan magnet (l), kuat arus kumparan (ik), besar arus i dan simpangan kawat (d).

4. Mengulangi cara 1 s/d untuk arah kawat (i) yang sebaliknya, kemudia mencatat hasilnya pada tabel.

C. Menyelidiki pengaruh besarnya kuat medan magnet (B) terhadap besarnya gaya Lorentz (F).1. Menyusun peralatan seperti gambar di atas.2. Memberi aliran arus listrik (i) pada harga tertentu yang tetap pada kawat lurus.3. Mengalirkan arus kumparan (ik) dan memperhatikan perubahan letak kawat

ditengah-tengah celah besi untuk beberapa macam harga ik.4. Mencatat harga : panjang kawat halus disisi kiri dan kanan (Lki dan Lka), panjang

kawat dalam celah (l), kuat arus (i), kuat arus kumparan (ik) dan simpangannya (d).

5. Mengulangi cara 1 s/d 4 diatas untuk arus i yang sama tetapi arah arus dibalik, dan mencatat hasilnya dalam tabel berikut.

VI. Analisa dan Data Pengamatan

A. Menyelidiki pengaruh besarnya arus (i) terhadap gaya Lorentz (F)

Tabel Data Pengamatan

W = 5 × 10-3 N AB = 40,5 cm = 0,405 m l = 8,5 cmL = 16 cm = 0,16 m ik = 0,2 A

Simpangan ke BawahNo

I (Ampere) d (cm)

1 0,8 0,52 0,6 0,63 0,4 0,84 0,2 0,95 1 0,4

Berdasarkan data di atas untuk menghitung pengaruh besarnya arus (i) terhadap gaya Lorentz (F), yaitu :

a) Langkah PertamaMenghitung mgm . g=W ki sin θki+W ka sin θka

¿2 WdL

¿2 (5.10−3× 9,8 ) 1,2.10−2

0,16¿0,098 ×0,075

¿7,35 ×10−3 N

b) Langkah KeduaBerdarsaarkan data yang diperoleh terlihat bahwa simpangan kawat adalah ke bawah, sehingga untuk menghitung gaya lorenz (F) melalui :

F + mg + 2W sin q = 0

Dengan harga vektor FL, mg, dan W bernilai positif (+) bila berarah keatas dan negatif bila berarah ke bawah. Maka untuk simpangan ke bawah oleh FL, seperti percobaan b.2 dan c.3

FL = 2WdL

- mg……………………………(1)

(-) bila q dibawah garis AB(+) bila q diatas garis AB

Dimana g = 9.8m/s2 , sehingga diperoleh besar F untuk setiap harga i.

Dari persamaan (1) kita dapat menghitung besarnya gaya LorentzData 1

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,5 ×10- 2

0,16−7,35× 10-3

¿ - 4,2875 ×10- 3 N

Data 2

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,6 ×10 -2

0,16−7,35× 10-3

¿ -3,675 × 10-3 N

Data 3

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,8 ×10- 2

0,16−7,35× 10-3

¿ -2,45 × 10-3 N

Data 4

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,9 ×10- 2

0,16−7,35× 10-3

¿ -1,8375 ×10 -3 N

Data 5

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,4 ×10 -2

0,16−7,35 ×10- 3

¿ - 4,9 ×10- 3 N

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

No. I (Ampere) d (m) FL (N)

1 0,8 0,005 -4,2875 × 10-3

2 0,6 0,006 -3,675 × 10-3

3 0,4 0,008 -2,45 × 10-3

4 0,2 0,009 -1,8375 × 10-3

5 1 0,004 -4,9 × 10-3

Keterangan : tanda negatif (-) artinya simpangan ke bawah.

Dari data di atas kita dapat membuat grafik hubungan FL dengan i

No

i (Ampere) FL (N)

1 0,2 -1,83752 0,4 -2,453 0,6 -3,6754 0,8 -4,28755 1 -4,9

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-5-4.5

-4-3.5

-3-2.5

-2-1.5

-1-0.5

0

f(x) = − 3.98125 x − 1.04125

Grafik Hubungan FL dengan i

i (Ampere)FL

× 1

0-3

(dlm

N)

B. Menyelidiki pengaruh besarnya kuat medan magnet (B) terhadap besarnya gaya

Lorenz (F).

Tabel Data Pengamatan

W = 5 × 10-3 N AB = 40,5 cm = 0,405 m l = 8,5 cmL = 16 cm = 0,16 m i = 0,2 A

Simpangan ke BawahNo

ik(Ampere) d (cm)

1 0,4 0,72 0,5 0,83 0,6 0,9

Berdasarkan data di atas untuk menghitung pengaruh besarnya arus (i) terhadap gaya Lorentz (F), yakni :a) Langkah Pertama

Menghitung mgm . g=W ki sin θki+W ka sin θka

¿2 WdL

¿2 (5.10−3× 9,8 ) 1,2.10−2

0,16¿0,098 ×0,075

¿7,35 ×10−3 N

b) Langkah Kedua

Berdarsaarkan data yang diperoleh terlihat bahwa simpangan kawat adalah ke bawah, sehingga untuk menghitung gaya lorenz (F) melalui :

F + mg + 2W sin q = 0

Dengan harga vektor FL, mg, dan W bernilai positif (+) bila berarah keatas dan negatif bila berarah ke bawah. Maka untuk simpangan ke bawah oleh FL, seperti percobaan b.2 dan c.3

FL = 2WdL

- mg……………………………(1)

(-) bila q dibawah garis AB(+) bila q diatas garis AB

Dimana g = 9.8m/s2 , sehingga diperoleh besar F untuk setiap harga i.

Dari persamaan (1) kita dapat menghitung besarnya gaya LorentzData 1

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,7 ×10 -2

0,16−7,35× 10-3

¿ -3,0625 × 10-3 N

Data 2

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,8 ×10- 2

0,16−7,35× 10-3

¿ -2,45 × 10-3 N

Data 3

FL=2WdL

−mg

¿2(5.10- 3× 9,8 ) 0,9 ×10- 2

0,16−7,35× 10-3

¿ -1,8375 ×10 -3 N

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

No

ik(Ampere) d (m) FL (N)

1 0,4 0,007 -3,0625 × 10-3

2 0,5 0,008 -2,45 × 10-3

3 0,6 0,009 -1,8375 × 10-3

Keterangan : tanda (-) artinya simpangan ke bawah.

Dari data hasil percobaan tersebut kemudian kita menghitung besar B untuk masing-masing, yakni B = ik × k, dengan k = tetapan. Kemudian kita masukkan dalam tabel.

No

i

k(Ampere)

B = ik . k FL (N)

1 0,4 0,4 × k -3,0625 × 10-3

2 0,5 0,5 × k -2,45 × 10-3

3 0,6 0,6 × k -1,8375 × 10-3

Dari tabel di atas kita dapat menggambar grafik hubungan antara F dengan B

0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = 6.13749999999997 x − 5.51958333333332

Grafik F dengan B

B (× k)

FFL

× 1

0-3

(dlm

N)

Dari grafik tersebut maka kita dapat menghitung k (konstanta medan) dengan (B= ik . k) untuk masing-masing keadaan dengan i dan l yang sudah diketahui.Dari persamaan y = 6,137x – 5,519 kita bisa mendapatkan nilai k, sehingga jika dirumuskan secara matematis hasilnya.F=i l BF=i l ik k

F=i l k ik

y a x ; y = ax

Dari grafik di atas dapat kita misalkan F= y dan ik = x serta a=i l k sehingga jika ada persamaan y = 6,137x – 5,519 kita akan mendapatkan nilai k sebagai berikut :a=i l k

k= ai l

= 6,1370,2 × 0,085

=361

¿361 ×10- 3(karena nilai F-nya dalam 10-3)

Pembahasan

Dari hasil analisis data percobaan diatas baik percobaan pertama maupun

kedua nampak bahwa simpangan kawat yang dialiri arus menyimpang ke bawah. Hal

ini disebabkan karena arah aliran arus yang tegaklurus dengan medan magnet

kumparan dan arah datangnya arus berpengaruh terhadap simpangan.

Pada percobaan pertama tentang menyelidiki pengaruh besarnya arus terhadap

gaya lorenz terlihat dari grafik bahwa semakin besar arus yang dialirkan pada kawat

maka semakin besar pula gaya lorenz yang bekerja pada kawat tersebut dengan

catatan arus ke kumparan ik bernilai tetap.

Sedangkan pada percobaan kedua tentang menyelidiki pengaruh besarnya kuat

medan magnet (B) terhadap besarnya gaya Lorenz (F) dari grafik juga terlihat bahwa

semakin besar kuat medan yang dihasilkan oleh kumparan maka semakin bersar pula

gaya lorenz yang bekerja pada kumparan tersebut.

Kesimpulan

1. Besar kecilnya kuat arus sebanding dengan gaya lorenz.

2. Besar kecilnya kuat medan dalam kumparan sebanding dengan gaya lorenz.

3. Nilai konstanta medan selalu lebih besar dari kuat medan irtu sendiri.

4. Kesalahan dalam perhitungan disebabkan oleh kekurangtelitian praktikan dalam

mengamati dan mengukur pada waktu percobaan.

Daftar Pustaka

Halliday, D. dan R. resnick, 1996, Physics, John Wiley dan sons Inc., New York.

Praktikum listrik magnet 2010. USD.

LAPORAN PRAKTIKUM LISTRIK MAGNET

Percobaan gaya lorentz

Urbanus Bey ( 091424031)

Yphanes Prian Budi Purwanto

(091424008)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2011