92011-10-510764666778

Modul X GAYA LORENTZ

Bila telapak tangan dibuka dengan jempol menunjukkan arah arus I dan keempat jari

lainnya yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnetic B, maka arah dorong

telapak tangan angan anda menunjukkan arah gaya Lorentz

Gaya Lorentz pada penghantar lurus berarus

1. Seutas kawat yang panjangnya 2 m dialiri arus listrik sebesar 50 A. kawat

diletakkan dalam medan magnetik serba sama 0,003 tesla yang membuat sudut

30 terhadap kawat, seperti dilukiskan pada gambar di samping . Berapa gaya yang

bekerja pada kawat ?

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB YULIZA

FISIKA DASAR I I 1

L = 2 m

I = 50 A

B = 0,03 T

Sudut antara I dan B , = 30 = 0,5

Besar gaya pada kawat berarus I dalam medan magnetic B dihitung

dengan persmaan

1. Gaya Lorentz pada kawat mengimbangi berqat kawat

Seutas kawat lurus membentang kearah timur –barat. Kawat itu memiliki massa

persatuan panjang 0,175 g/m dan berarus I. Pada kawat itu bekerja medan magnet

sebesar 0,4 T dengan arah ke utara. Jika gaya magnetik digunakan untuk mendukung

berat kawa t dan 9 =10 m/s2 tentukan besar dan arah i!

Maka panjang m/L = 0,175 g/m= 1,75 x 10-4 kg/m . induksi magnetic B = 0,40 T

percepatan grafitasi g =10 m/s2.

Untuk dapat mendukung kawat maka arah gaya Lorentz F haruslah ke atas. Sesuai

dengan kaidah tangan kanan, untuk arah B ke utara, maka gaya F ke atas diperoleh

jika arah arus listrik ke timur.

Besar gaya Lorentz F dihitung dengan persamaan dan untuk mendukung kawat maka

berat kawat sama dengan berat kawat mg.

F =m.g = iL B sin 90 = m.g (sudut antara I dan B : = 90)

iLB = m.g sebab sin 90 = 1


FISIKA DASAR I I 2

B

30

B

i

B

U

S

T B

mg

Gaya antara dua penghantar lurus panjang sejajar dan berarus

Jika dua kawat penghantar lurus panjang sejajar dan berarus diletakkan berdekatan

maka akan timbul gaya antarkawat. Gaya antarkawat tarik menarik bila kedua arusnya

searah dan tolak-menolak bila kedua arusnya berlawanan arah.

a. tarik menarik b. tolak menolak


FISIKA DASAR I I 3

-F F -F F

I1I2I1

I2

B2

B1F1 F2Q

P

a

I2 I1Garis medan oleh I2Garis medan oleh I1

V

Dua kawat lurus panjang sejajar diliri arus. Kedua kawat itu menembus bidang

horizontal V di titik P dan Q.

Dua kawat lurus sejajar terpisah dan terpisah sejauh a satu sama lain maing-masing

di aliri arus listrik i1 dan i2 . P dan Q adalah adalah titik tembus kawat pada bidang V

yang tegak lurus kawat. Berapakah besar gaya tarik menarik antara dua kawat itu.

Kawat berarus i1 akan menimbulkan induksi magnetik B1 di titik P. Sesuai dengan

kaidah tangan pertama, arah B1 adalah tegak lurus dengan i1 dan besarnya sesuai

dengan persamaan :

Perhatikan kawat 2 terlihat kawat 2 yang dialiri arus i2 terletak dalam medan magnetic

B1. Akibatnya pada kawat 2 kan bekerja gaya Lorentz (F2) kemanakah arah gaya F2

bekerja dan berapa besarnya ? arah F2 kita tentukan dengan kaidah tangan kanan

kedua. Arahkan jempol sesuai dengan i2 arah ke atas dan arah empat jari sesuai

dengan arah induksi magnet B1 . kita peroleh telapak tangan adalah horizontal kekiri .

jadi arah gaya F2 adalah kekiri .Besar gaya F2 kita hitung dengan persamaa :

F = i L B sin Pada gambar terlihat yaitu sudut antara arah arus i2 dan B1 adalah

90, dan = Panjang kawat 2.

Jadi dapat kita tuliskan :

Biasanya yang ditentukan besar gaya per satuan panjang sehingga persamaan

di atas menjadi:

Bila arus melalui kedua kawat sama (i1 =i2 =I ) , maka gaya tarik menarik antar kedua

kawat lurus adalah .

gaya persatuan panjang (N.M-1)


FISIKA DASAR I I 4

I1,i2= kuat arus melalui penghantar 1 dan penghantar 2(A)

a =jarak anatara kedua penghantar

4 x 10-7 Wb.A-1m-1

Contoh soal :

1. Jiika pada persamaan kita ambil panjang kawat l= 1 m, kuat arus melalui

penghantar i= 1 A, dan jarak antar kedua kawat penghantar a = 1 m, kita

hitung gaya tarik menarik antar kedua penghantar, maka kita peroleh

2. Dua kawat panjang dan sejajar terpisah 0,3 m satu dan yang lainnya. Kedua

kawat dialiri arus yang searah masing-masing 30A dan 20A . tentukan gaya

yang bekerja pada kawat per 1 m panjang kawat.

Jawab :

Gaya yang bekerja per 1 m pajang kawat dihitung dengan persamaan

Untuk 1 meter panjang kawat (l = 1 m) maka:

F = (4 x 10-4 N/m) (1 m ) = 4 x 10-4 N

1. Dua penghantar lurus panjang dan sejajar terpisah 90 m satu sama lain di aliri

arus masing-masing 2 A dan 4 A dalam arah sama. Tentukan gaya yang dialami

tiap-tiap kawat per 0,2 m panjang kawat.

2. Tiga kawat yang lurus dan panjang diletakkan sejajar satu sama lain. ketiga kawat

tersebut ( kawat I, II dan III) dialiari arus 10A, 20 A , dan 30A, dengan arah

seperti dilukiskan pada gambar . Hitung besar dan arah gaya yang bekerja pada

25cm kawat II.


FISIKA DASAR I I 5

I1= 20A I2= 30AF F

I=0,3 m

Aplikasi gaya Lorentz antara dua kawat sejajar berarus

1. Keseimbangan gaya Lorentz dengan berat kawat

Dua penghantar sejajar dan panjang mengalirkan arus dalam arah yang sama

seperti ditunjukkan pada gambar berikut. Penghantar A mengalirkan arus 100 A

dan ditahan tetap pada posisinya . penghantar B mengalirkan arus ib. Penghantar

B dapat bergerak bebas ke atas dam ke bawah ( sejajar terhada A) di antara tiang-

tiang bukan penghantar.

Jika masa persatuan panjang penghantar B adalah 0,15 g/cm. Berapa nilai arus

iB agar penghantar B tetap berada pada 2cm dari penghantar A?

Tips :

Gaya Lorentz yang dialami kawat B berarus iB oleh kawat A berarus i sama

dengan berat kawat B.

Jawab :

Pertama, dua penghantar dengan arah arus listrik yang sama sejajar akan saling

tarik menarik dengan gaya persatuan panjang sesuai dengan persamaan .

Kedua arah gaya F penghantar B karena

tarikan kawat A adalah gaya ke atas. Gaya F

ini yang berfungsi menahan B agar tiak


FISIKA DASAR I I 6

10 cm 10 cm

IIIIII

iA

iB

A

B

bergerak ke bawah karena pengarauh gaya

gravitasi w =mg.

Ketiga agar terjadi keseimbangan maka

kedua gaya, F dan w harus sama besarnya.

F = w

Diketahui

Persamaan (a ) menjadi :


FISIKA DASAR I I 7

A

BiB

iA

a = 2 cm

F

W = m.g

Gaya pada simpal kawat akibat penghantar

lurus berarus

Sebuah simpal kawat ABCD yang berarus

i2 = 25A diletakkan pada jarak tertentu dari

suatu kawat lurus panjang berarus i1 = 10 A

seperti dilukiskan pada gambar di samping .

Berapa besar gaya yang bekerja pada simpal kawat dan kemanakan arahnya

Jawab :

i2 = 25A i1 = 10 A

a1= 25 cm =0,25 m

a2 = 25 + 50= 75 cm = 0,75 m

l = 30 cm = 0,30 cm

Arus pada kawat i1 akan menghasilkan induksi magnetik yang arahnya ditetnukan oleh

kaidah tangan kanan pertama : yaitu :

Jika anda mengarahkan jempol sesuai dengan darah arus i1 akan mendapatkan keempat

jari lainnya sebagai arah B1 yaitu bidang kertas menjasuhi arah kita.

Diberi tanda x

Adanya induksi magnetik B1 yang bekerja pada simpal kawat akan menyebabkan timbulnya

Gaya Lorentz .arah gaya Lorentz ini dapat kita tentukan dengan kaidah tangan kanan.

Gaya FAB dan FCD sama besarnya dan berlawanan arah sehingga saling meniadakan .

Besarnya FAD dan FBC dapatdihitung dengan rumus gaya tarikmenarik atau tolak menolak

antara dua kawat lurus berarus listrik.

atau


FISIKA DASAR I I 8

A

D

B 50 cm

C

30 cm

I1 I2

A

D

B 50 cm

C

30 cm

I1 I2

a2

a1

X

X

X

X

X

X

X

X

X X

X

X

FCD

FDA FAB

FBC

B1

Gaya FAD dan FBC berlawanan sehingga resultannya adalah selisih aljabar antara kedua

gaya itu dan searah dengan komponen gaya yang terbesar.

F = FAD – FBC

F= (6x10-5 )-(2 x 10-5)

F = 4 x 10-5 N dengan arah ke kanan

Latihan :

Hitung gaya yang dialami simpal kawat ABCD!


FISIKA DASAR I I 9

2,5 A 3 cm

5 cm

10 cm

2,5 A

A B

C D

92011-10-510764666778

Documents

Transcript of 92011-10-510764666778