Medan Magnet, Gaya Magnet (Gaya Lorentz)

A. MEDAN MAGNET DI SEKITAR ARUS LISTRIK

1. Defenisi Medan Magnet

Medan magnet didefenisikan sebagai daerah atau wilayah yang jika sebuah benda bermuatan listrik berada pada atau bergerak didaerah itu maka benda tersebut akan mendapatkan gaya magnetic. Adanya medan magnetic disekitar arus listrik dibuktikan oleh Hans Christian Oersted melalui percobaan.(GIANCOLLI Jilid 2). Gaya yang diberikan satu magnet terhadap yang lainnya dapat dideskripsikan sebagai interaksi antara suatu magnet dan medan magnet dari yang lain. Sama seperti kita menggambarkan garis-garis medan listrik, kita juga dapat menggambarkan garis-garis medan magnet.

Garis-garis ini dapat digambarkan, seperti garis-garis medan listrik, sedemikian sehingga:

1. Arah medan magnet merupakan tangensial (garis singgung) terhadap suatu garis dititik mana saja.

2. Jumlah garis persatuan luas sebanding dengan besar medan magnet. (GIANCOLLI, Jilid 2).  

Arah medan magnet pada suatu titik bisa didefenisikan sebagai arah yang ditunjuk kutub utara sebuah jarum kompas ketika diletakkan di titik tersebut. Gambar 1.1a menunjukkan bagaimana suatu garis medan magnet ditemukan sekitar magnet batang dengan menggunakan jarum kompas. Perhatikan bahwa karena defenisi kita, garis-garis tersebut selalu menunjuk dari kutub utara menuju kutub selatan magnet (kutub utara jarum kompas tertarik ke kutub selatan magnet).

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transformator&oldid=5250454"

Garis-garis medan magnet ditemukan sekitar magnet Gambar Garis-garis medan magnet diluar magnet batang.

Arah kuat medan magnet Selama abad kedelapan belas, banyak filsuf ilmu alam yang mencobamenemukan hubungan antara listrik dan magnet. Muatan listrik yang stasioner danmagnet tampak tidak saling mempengaruhi. Tetapi ketika pada tahun 1820, HansChritian Oersted adalah bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet. Ia telahmenemukan hubungan antara listrik dan magnet. (GIANCOLLI, Jilid 2) Arah kuat medan magnetic di sekitar arus listrik bergantung pada arah aruslistrik, dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Perhatikan gambar berikut.

penentuan medan magnetic disekitar arus listrik dengan kaidah tangan kanan Sesuai dengan aturan tangan kanan, bila ibu jari tangan . menunjukkan araharus listrik maka arah jari-jari yang lain (yang digenggamkan) menunjukkan arahgaris-garis medan magnet.

Induksi magnetik di sekitar kawat berarus listrik a. Untuk kawat lurus dan panjang Medan magnet yang disebabkan oleh arus listrik pada kawat lurus yangpanjang adalah sedemikian sehingga garis-garis medan merupakan lingkarandengan kawat tersebut sebagai pusatnya

Anda mungkin mengharapkan bahwa kuat medan pada suatu titik akan lebih besar jika arus yangmengalir pada kawat lebih besar, dan bahwa medan akan lebih kecil pada titik yanglebih jauh dari kawat. Hal ini memang benar. Eksperimen yang diteliti menunjukkan bahwa medan magnet B pada titik didekat kawat lurus yang panjang berbanding lurus dengan arus I pada kawat dan berbanding terbalik terhadap jarak r dari kawat,sehingga dirumuskan sebagai : B Hubungan ini valid selama r, jarak tegak lurus ke kawat, jauh lebih kecil dari jarak ke ujung-ujung kawat (yaitu, kawat tersebut panjang). Konstanta pembanding dinyatakan sebagai , dengan demikian B=Nilai Konstanta µ0, yang disebut permeabilitas ruang hampa, adalah µ0 = 4π x 10-7 Tm/A. (GIANCOLLI).

Kumparan Besar medan magnet dititik : P di tengah-tengah sumbu kumparan, berarti 1 = 0 dan 2 = 180 B = µ0 . n . I P di salah satu ujung kumparan, berarti 1 = 0 dan 2 = 90 : B= d. Untuk toroida Toroida dapat dipandang sebagai solenoida yang dilengkungkan hingga sumbuhnya berbentuk lingkaran (perhatikan gambar berikut ini).

Besar medan magnet didalam toroida :

B = µ0 . n . I

 n = Jumlah lilitan tiap satuan panjang n

 N = Jumlah lilitan toroida

 a = jari-jari kelengkungan sumbu toroida

B. GAYA MAGNET (GAYA LORENTZ)

1. Arah dan Besar Gaya Magnetik

Suatu penghantar arus listrik yang berada dalam medan magnetic akan mengalami gaya yang disebut gaya magnetic atau gaya Lorentz.Arah gaya Lorentz selalu tegak lurus dengan arah (I) dan arah induksi magnetic (B).Besar gaya Lorentz dinyatakan oleh : F=I B

a.     Gaya Lorentz pada kawat berarus listrik

Apabila kawat penghantar sepanjang L yang dialiri arus listrik I ditempatkan pada daerah medan magnet B, maka kawat tersebut akan mengalami gaya Lorentz yang besarnya dapat ditentukan oleh rumus : FL = B I sin α

Dengan :

FL = gaya magnetic / gaya Lorentz (N) B = kuat medan magnet (T) I = Kuat arus listrik (A) L = Panjang kawat (m).

b.    Gaya Lorentz pada kawat sejajar berarus listrik

Dua buah kawat lurus berarus listrik yang diletakkan berdekatan akan mengalami gaya Lorentz berupa gaya tarik – menarik bila bira arus listrik pada kedua kawat tersebut searah , dan berupa gaya tolak – menolak bila arus listrik padakedua kawat tersebut berlawanan arah. Besarnya gaya tarik – menarik atau tolak – menolak diantara dua kawat sejajar berarus listrik yang terpisah sejauh a seperti gambar diatas dapat ditentukan dengan rumus : F1 = F2 = F.

Dengan:

F1 = F2 = F = gaya tarik-menarik atau tolak -menolak (N) µ0 = Permeabilitas vakum ( 4π x 10-7 Wb/Am) I1 = kuat arus pada kawat pertama (A) I2 = Kuat     arus pada kawat kedua (A) = Panjang kawat penghantar (m) a = jarak antara kedua kawat (m)c.

Gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dalam medan magnet Apabila muatan listrik q bergerak dengan kecepatan v didalam medan magnet B,maka muatan listrik tersebut akan mengalami gaya Lorentz yang besarnya ditentukan dengan rumus : FL = q v B sin α

Dengan :

q = Muatan listrik (C)

V = kecepatan gerak benda (m/s)

B = Kuat medan magnet (T)

Α = Sudut yang dibentuk oleh v dan B.

Arah gaya Lorentz yang dialami sebuah partikel bermuatan q yang bergerak dalam sebuah medan magnet adalah tegak lurus dengan arah kuat medan magnetdan arah dari kecepatan partikel bermuatan tersebut.

Catatan :

Bila muatan q positif, maka arah v searah dengan arah I Bila muatan q negatif, maka arah v berlawanan dengan I Apabila besarnya sudut antara v dan B adalah 90o (v ┴ B), maka lintasan partikel bermuatan listrik akan berupa lingkaran, sehingga partikel akan mengalami gaya sentripetal yang besarnya sama dengan gaya Lorentz:  FL = FS q v B sin 90o = m R

Dengan :

R = jari – jari lintasan partikel (m)

m = massa partikel (Kg)

v = kecepatan partikel (m/s)

B = Kuat medan magnet (T)

2. Definisi satuan kuat arus listrik (Ampere)

Berdasarkan gaya antara dua kawat sejajar yang dialiri arus listrik, kita bisa mendefinisikan besar arus satu ampere. Misalkan dua kawat sejajar tersebut dialiri arus yang tepat sama, I1 = I2 = I. Maka gaya per satuan panjang yang bekerja pada kawat 2 adalah F ,Jika I = 1A dan a = 1m, maka : F = 2 x 10-7 N/m.

Dengan demikian kita dapat mendefinisikan arus yang mengalir pada kawat sejajar besarnya satu amper jika gaya per satuan panjang yang bekerja pada kawat adalah 2 x 10-7 N/m .

C. SIFAT KEMAGNETAN SUATU BAHAN

Sifat kemagnetan suatu bahan di alam ini dapat di golongkkan menjadi tiga, yaitu :

a. Bahan ferromagnetic, mempunyai sifat : Ditarik sangat kuat oleh medan magnetic Mudah ditembus oleh medan magnetic

b. Bahan paramagnetic, mempunyai sifat : Ditarik dengan lemah oleh medan magnetik Dapat ditembus oleh medan magnetik

c.Bahan diamagnetik, mempunyai sifat : Ditolak dengan lemah oleh medan magnetik Sukar, bahkan tidak dapat ditembus oleh medan magnetik  Sifat ferromagnetik bahan pada umumnya dimiliki oleh bahan itu jika berada dalam fase padat.  

Untuk fase cair, bahan-bahan seperti besi dan tembaga tidak menunjukkan sifat ferromagnetik. Bahkan dalam bentuk padat pun sifat ferromagnetik bahan bisa hilang jika suhunya dinaikkan melebihi suhu cair. Diatas suhu cair, bahan ferromagnetik berubah sifatnya menjadi bahan paramagnetik. Suhu cair untuk setiap bahan berbeda-beda, misalnya suhu cair besi 770.C dan suhu cair nikel 368.C

D. GAYA GERAK LISTRIK INDUKSI

1. Gejala induksi elektromagnetik dalam kumparan.

Jika sebuah magnet batang digerakkan mendekati dan menjauhi kumparan berulang-ulang, yang dihubungkan dengan galvanometer  secara seri maka garis- garis gaya magnet yang keluar masuk kumparan berubah-ubah. Karena adanya perubahan garis-garis gaya magnet pada kumparan membuat timbulnya arus listrik dalam rangkaian.

Adanya arus ini ditunjukkan oleh gerakan jarum galvanometer (G) yang naik turun. Arus dan gaya gerak listrik yang timbul disebut arus dan gaya gerak listrik induksi, sedangkan gejalanya disebut induksi elektromagnetik. Jadi, induksi elektromagnetik akan timbul kumparan mengalami perubahan garis-garis gaya magnet (fluks magnetic).

2.Terjadinya gaya gerak listrik induksi disekitar penghantar kawat penghantar ab bergerak kekanan dengan kecepatan v memotong tegak lurus medan magnetic B.

Gerakan kawat ab tersebut akan menggerakkan muatan-muatan listrik positif ke atas dan muatan-muatan negative kebawah. Akibatnya, dia akan terkumpul muatan positif dan b akan terkumpul muatan negative.

Kejadian ini mirip dengan kutub positif dan kutub negative baterai. Bila ujung a dan ujung b di hubungkan dengan rangkaian luar sehingga terbentuk suatu rangkaian luar sehingga terbentuk suatu rangkaian tertutup maka akan terjadi arus listrik (gerakan muatan positif) kearah keluar dari a dan masuk ke b. jadi, penghantar yang bergerak dalam medan magnetic dapat berfungsi sebagai sumber gaya gerak listrik ( seperti baterai ataupun akumulator).

Hukum faraday

Hubungan antara induksi magnetik (B), panjang kawat (l ), dan kecepatan gerak(v), dengan gaya gerak listrik (E), dapat dirumuskan sebagai berikut :

E = l . v . B Sin cos

Keterangan:

Sin  = sudut antara v dan B

Cos = sudut antara F dan £4.

Hukum  lenz

Hukum lenz tentang induksi elektromagnetik menyimpulkan bahwa gaya listrik induksi yang terjadi akan menghasilkan arus induksi yang arahnya sedemikian rupa,sehingga melawan penyebab timbulnya gaya gerak listrik itu.

E. PENGARUH PERUBAHAN FLUKS MAGNETIK  TERHADAP GGL INDUKSI

1. Hukum Faraday-Henry

Besarnya GGL induksi (E) bergantung pada cepatnya perubahan fluks  magnetic ( ) yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

a. Untuk satu lilitan :  E = -

b. Untuk N lilitan : E = -N

 Ket :

tanda negative (-) pada rumus di atas diambil sebagai upaya   penyesuaian hukum lenz.

2. Fluks Magnetik

Fluks magnetic yang melalui suatu bidang dapat didefenisikan sebagai besarnya induksi magnet (B) dikalikan dengan luas bidang (A) yang tegak lurusterhadap medan magnet .

secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

 F = B . A Cos

Ket :

cos = wt = sudut antara medan magnetic dengan garis normal bidang.

F. INDUKTANSI

        1. GGL induksi akibat laju perubahan arus

Perubahan GGL induksi (E) bergantung pada ceatnya perubahan fluks (Ɵ) yang dapat dirumuskan sebagai berikut : E = -L

Dengan:

 L = induktansi diri

Arti induktansi diri (L) merupakan konstanta kesebandingan antara perubahan fluks magnetic dan perubahan kuat arus dan dirumuskan sebagai berikut : E = -N = -L L=N

Satuan induktsi diri adalah henry (H) dan dirumuskan sebagai berikut: E = -L L=- N

Induktansi diri suatu penghantar dikatakan 1 henry (H) bila perubahan kuat arus 1 ampere tiap sekon menghasilkan GGL induksi diri sebesar1 volt pada penghantar tersebut. (Intisari fisika SMA. :193)

Energi yang tersimpan dalam konduktor Kerja total W untuk membangkitkan arus dalam rangkaian yang mengandug kumparan hingga kuat arusnya sebesar I sama dengan energy yang tersimpan dalam kumparan tersebut, yaitu sebesar : W = L I2 (Intisarifisika SMA. :194)

REFERENSI

Giancolli, Dauglas C.2001.Fisika Edisi v jilid II. Jakarta: ErlanggaHalliday dan Resnick dkk.1997. Fisika jilid 2 Edisi 3. Jakarta : Erlanggahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transformator&oldid=5250454”http//.www.google.sifat kemagnetan bahan.co.idZaelani, Ahmad. 2006. Fisika Until SMA/MA.Bandung: CV.YRAMAWIDYA.

Sumber.

Gaya magnetik (Gaya Lorentz)

Konsep Gaya Lorentz
Jika arus listrik mengalir dari A ke B ternyata pita dari alumunium foil  melengkung ke atas , ini berarti ada sesuatu gaya yang berarah keatas akibat adanya medan magnet homogen dari utara ke selatan. Gaya ini selanjutnya disebut sebagai gaya magnetic atau gaya Lorentz . Jika arus listrik dibalik sehingga mengalir dari B ke A, ternyata pita dari alumunium foil melengkung ke bawah. Jika arus listrik diperbesar maka alumunium foil akan melengkung lebih besar. Ini berarti besar dan arah gaya Lorentz tergantung besar dan arah arus listrik.
Karena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan BKarena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan BKarena gaya Lorentz ( FL ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran vector maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil perkalian vector ( cros-product ) dari I dan B.
FL  = I x B 

Besarnya gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus FL = I.B sinθ Rumus ini berlaku untuk panjang kawat 1 meter.Perhitungan diatas adalah gaya Lorentz yang mempengaruhi kawat tiap satuan panjang. Jadi jika panjang kawat = â„“ , maka besar gaya Lorentz dapat dihitung dengan rumus :FL  = I . â„“ . B . Sin θ

• FL = gaya Lorentz dalam newton ( N )

• I   = kuat arus listrik dalam ampere ( A )

• â„“   = panjang kawat dalam meter ( m )

• B  = kuat medan magnet dalam Wb/m² atau tesla ( T )

• θ  = sudut antara  arah I dan B

Dari rumus di atas ternyata jika besar sudut θ adalah :

• Θ =900 , arah arus listrik dan medan magnet ( I dan B ) saling tegak lurus maka FL mencapai maksimum

• Θ = 00 , arah arus listrik dan medan magnet  ( I dan B ) saling sejajar maka FL  = 0 atau kawat tidak dipengaruhi gaya Lorentz

Hubungan antara FL , I dan B dapat lebih mudah dipelajari dengan menggunakan kaidah tangan kiri. Yaitu dengan mengangan-angankan jika ibu jari, jari telunjuk dan jari tangah kita bentangkan saling tegak lurus, maka :

• Ibu jari          : menunjukan arah gaya Lorentz ( FL ) Arah gaya  Lorentz

• Jari telunjuk  : menunjukkan arah medan magnet ( B )

• Jari tengah    : menunjukkan arah arus listrik ( I )

Coba sekarang kalian terapkan kaidah ini pada percobaan diatas, mengapa alumunium foil melengkung keatas ? sesuaikah dengan kaidah tangan kiri ?
Catatan : Aturan ini dapat juga menggunakan kaidah tangan kanan, yaitu dengan mengangan-angankan jika Ibu jari, Jari Telunjuk dan Jari tengah kita bentangkan saling tegak lurus, maka : Jari tengah menunjuk arah gaya Lorentz, jari telunjuk menunjuk arah medan magnet dan Ibu jari menunjuk arah arus listrik.
Contoh Soal :

1. Sebuah kawat berarus listrik I = 2 A membentang horizontal dengan arah arus dari utara ke selatan, berada dalam medan magnet homogen B = 10 – 4  T dengan arah vertikal ke atas. Bila panjang kawatnya 5 meter dan arah arus tegak lurus arah medan magnet. Berapa besar dan arah   gaya Lorentz yang dialami oleh kawat ? ...

Jawab :
Diket :  I = 2 A
           B = 10 – 4  T
           â„“  = 5 m
Ditanya :  FL = ............... ?
Dijawab :
FL = I . â„“ . B . sin θ
    = 2 ampere . 5 meter . 10 ^-4  Tesla . sin 900
    = 10^-3  newton

Dengan arah gaya menunjuk ke Barat
    = 10^-3  newton
Dengan arah gaya menunjuk ke Barat
    = 10^-3  newton
Dengan arah gaya menunjuk ke Barat

1. Seutas kawat lurus yang terletak di equator diarahkan sejajar dengan bumi sepanjang arah timur-barat. Induksi magnetic dititik itu horizontal dan besarnya 6.10^-5  T. Jika massa persatuan panjang kawat 5.10^-3 kg/m dan g  = 10 m/s², berapa arus yang mengalir di dalam kawat supaya besar gaya yang dialaminya seimbang dengan berat kawat ? ….

Jawab :
Diket :  B =   6.10^-5  T
            m/L =  5 . 10^-3kg/m
            g  = 10 m/s²
Ditanya :  I = …….?  Supaya gaya Lorentz seimbang dengan gaya berat
Dijawab : 

FL  =  w
B. I. L  =  m . g    
B . I  =  m/L  . g
6 . 10 – 5  . I = 5 . 10 – 3 . 10
            m/L =  5 . 10^-3kg/m
            g  = 10 m/s²Ditanya :  I = …….?  Supaya gaya Lorentz seimbang dengan gaya berat
Dijawab : 
FL  =  w
B. I. L  =  m . g    
B . I  =  m/L  . g
6 . 10 – 5  . I = 5 . 10 – 3 . 10
            m/L =  5 . 10^-3kg/m
            g  = 10 m/s²Ditanya :  I = …….?  Supaya gaya Lorentz seimbang dengan gaya berat
Dijawab : 
FL  =  w
B. I. L  =  m . g    
B . I  =  m/L  . g
6 . 10 – 5  . I = 5 . 10 – 3 . 10
Sumber. Gaya Lorenz pada Dua Kawat Sejajar

Jika ada dua kawat saling sejajar dipasang saling berdekatan ternyata kedua kawat akan saling tarik-menarik  jika dialiri arus searah , dan akan saling tolak menolak jika dialiri arus berlawanan arah.
Dua kawat sejajar  terpisah sejauh a dialiri arus listrik  I₁ dan I₂ searah satu sama lain . Titik P adalah perpotongan antara kawat I₁ dengan bidang dan titik Q perpotongan antara I₂ dengan bidang.  B1 adalah medan dititik Q akibat dari kuat arus I₁sedangkan B2 adalah medan magnet dititik P akibat dari kuat arus I₂. Jika masing-masing titik ( P dan Q ) ditentukan arah gaya Lorentz yang dialaminya ( dengan menggunakan kaidah tangan kiri ) maka gaya F1 dan F2 akan seperti gambar. Gaya tersebut akan menyebabkan kedua kawat saling tertarik dan akan melengkung kedalam.
Bagaimana jika salah satu kawat dialiri arus listrik  dengan berlawanan arah dengan  kawat yang lainnya ?
Coba gambarkan sendiri , dengan I₁ atau I₂ dibalik arahnya ?
Besarnya gaya tarik atau tolak yang dialami kawat tiap satuan panjang setelah dijabarkan terdapat rumus :

• FL           = gaya Lorentz dalam newton ( N )

• I₁ dan I₂  = arus pada masing-masing kawat dalam ampere ( A )

• a             = jarak antara kedua kawat dalam meter ( m )

• μ0           = permeabilitas udara / ruang hampa = 4∏. 10^-7  Wb/ Am. m

catatan :Jika I₁ = I₂ = I  ,  dan â„“ = 1 meter maka  FL = μ0 I₂ / 2π.a
Jika I = 1  ampere dan a = 1 m  maka besarnya FL = 4∏. 10^-7  ( 1 )2 / 2π.1 =  2 . 10^-7  N 
Dari hasil penjabaran tersebut maka definisi 1 ampere ditentukan sebagai berikut :
Definisi : 
1 ampere adalah = besarnya arus listrik pada dua kawat sejajar yang berjarak satu meter  satu sama lain sehingga jika kedua arus itu searah maka tiap satu satuan panjang ( 1 m ) kawat akan saling tarik-menarik dengan gaya sebesar 2 . 10^-7 N
Contoh :

1. Dua kawat sejajar satu sama lain  berjarak 10 cm, pada kedua kawat mengalir arus listrik  yang sama besar yaitu 10 A  dengan arah arus yang sama. Bila panjang kawat 1 meter maka tentukan besar dan arah  gaya Lorentz yang dialami    kedua kawat !

1. Jawab :

1. Diketahui :  I1 = I2 = 10 A

1.                   a        =  10 cm = 0,1 m

1.                   â„“         =  1 meter

1. 
   

1. Ditanya    : FL  = …………………….?

1. Dijawab   :

1. 
   

1. FL  =  4∏. 10^-7  10.10 / 2∏.0,1

1.      =  2 . 10^-4  N                                                      

1. Dengan arah saling tarik menarik

2. Tiga Buah kawat sejajar dialiri arus listrik  dengan arah seperti      gambar ,  Jika Jarak masing- masing kawat adalah a = 4 cm dan   besar arus adalah masing-masing sama 8 A . Tentukan besar dan   arah gaya Lorentz  persatuan panjang yang dialami oleh kawat B ?     

Jawab :
FAB    =      
= 4∏. 10^-7 . 8 . 8 / 2∏. 4 . 10^-2=  3,2 . 10^-4  Newton dengan arah keatas
FBC  =     
        = 4∏. 10^-7  . 8 . 8 / 2∏. 4 . 10^-2 = 3,2 . 10^-4 Newton dengan arah keatas
     Karena FAB  dan FBC searah maka ,
     FB = gaya total yang dialami B adalah FAB  + FBC =  6,4 . 10^-4  N
     Dengan arah keatas.
     Dengan arah keatas.
     Dengan arah keatas.
Sumber.

Gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet, B. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet, B, seperti yang terlihat dalam rumus berikut:

di mana

F adalah gaya (dalam satuan/unit Newton)

B adalah medan magnet (dalam unit Tesla)

q adalah muatan listrik (dalam satuan Coulomb)

v adalah arah kecepatan muatan (dalam unit meter per detik)

× adalah perkalian silang dari operasi vektor.

Untuk gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh arus listrik, I, dalam suatu medan magnet (B), rumusnya akan terlihat sebagai berikut (lihat arah gaya dalam kaidah tangan kanan):

di mana

F = gaya yang diukur dalam unit satuan Newton

I = arus listrik dalam Ampere

B = medan magnet dalam satuan Tesla

 = perkalian silang vektor, dan

L = panjang kawat listrik yang dialiri listrik dalam satuan meter.

Sumber.

Wikipedia. 2013. Gaya Lorentz. Tersedia pada http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_Lorentz. diakses 9 Mei 2014.

Model, Teori, dan Prinsip Fisika

Tahukah anda apa yang dimaksudkan dengan model, teori dan hukum ? Ketika mempelajari fisika, kita selalu menggunakan istilah-istilah ini. Kata “model” yang digunakan dalam fisika berbeda pengertiannya dengan kata “model” yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti “model iklan” atau “foto model”. Mungkin hingga saat ini anda juga masih kebingungan atau bahkan tidak mengetahui pengertian model, teori dan hukum dari sudut pandang ilmu fisika. Oleh karena itu pada kesempatan ini GuruMuda ingin membantu anda untuk lebih memahami makna beberapa istilah tersebut.

Model

Ketika fisikawan ingin memahami suatu fenomena tertentu, mereka selalu menggunakan model. Dalam fisika, model adalah suatu analogi alias perbandingan mengenai suatu hal dengan sesuatu yang sudah kita ketahui dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, model juga merupakan sebuah bentuk sederhana dari suatu sistem yang sulit untuk dianalisis secara keseluruhan. Para fisikawan selalu menggunakan perbandingan mengenai suatu hal atau fenomena yang rumit tersebut dengan sesuatu yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari.

Misalnya model gelombang cahaya. Dalam kenyataannya cahaya bersifat sebagai gelombang dan hal ini telah dibuktikan melalui eksperimen di laboratorium. Walaupun demikian, cahaya yang kita lihat langsung dengan mata tidak menunjukkan bentuk sebagai gelombang. Untuk mengatasi hal ini, para fisikawan menggunakan analogi alias perbandingan gelombang cahaya dengan gelombang air, karena kita sudah mengetahui dan sering melihat gelombang air. Jadi kita bisa membayangkan bahwa cahaya seolah-olah terbuat dari gelombang-gelombang, karena dalam berbagai eksperimen di laboratorium para fisikawan mengamati bahwa cahaya juga berprilaku sebagai gelombang.

Selain contoh model gelombang cahaya, ada juga contoh lain yaitumodel partikel. Misalnya kita menganalisis bola yang melakukan gerak parabola di udara. Dalam kenyataannya, bola tersebut tidak benar-benar bulat, tetapi ada lapisan-lapisan di kulitnya (anda dapat mengamati bola sepak). Ketika bergerak di udara, gerakan bola tersebut dihambat oleh gesekan udara dan dipengaruhi oleh tiupan angin. Berat bola juga selalu berubah-ubah, sesuai dengan ketinggiannya dari permukaan bumi dan bumi juga sedang berotasi. Apabila kita memasukan semua hal itu dalam perhitungan maka akan menjadi persoalan yang sangat rumit. Oleh karena itu kita menganggap bola sebagai obyek atau partikel, di mana gerakannya seolah-olah dalam ruang hampa (gesekan udara diabaikan), beratnya dianggap tetap alias tidak berubah, dan rotasi bumi juga kita abaikan. Sekarang kita dengan mudah menganalisis gerakan bola menggunakan model ini. Walaupun banyak hal diabaikan dalam model di atas, tidak berarti kita juga mengabaikan semua hal yang mempengaruhi gerakan bola. Dalam menganalisis gerak parabola yang dilaukan bola, kita tidak bisa mengabaikan gravitasi yang membuat gerakan bola berbentuk parabola. jadi intinya, model yang kita pilih harus difokuskan aspek penting yang ingin kita analisis. Model yang baru dijelaskan secara panjang lebar ini dikenal dengan julukanmodel ideal. Tujuan adanya model adalah memberikan kita gambaran atau pendekatan.

Teori

Makhluk apakah teori itu ? jika anda pernah mendengar nama eyang Einstein maka anda mungkin mengetahui salah satu teorinya yang luar biasa, yakni teori relativitas khusus. Mengapa disebut teori, bukan model ? apakah perbedaan antara teori dengan model ?

Model relatif lebih sederhana dan mempunyai kesamaaan struktur dengan fenomena yang dipelajari, sedangkan teori lebih luas, lebih mendetail dan memberikan ramalan yang dapat diuji dan sering hasil pengujian memiliki ketepatan yang tinggi. Terkadang karena sebuah model dikembangkan dan mempunyai cakupan fenomena yang lebih luas maka dapat disebut sebagai teori. Contohnya dalah teori gelombang cahaya dan teori atom.

Hukum

Bagaimanakah dengan hukum, misalnya Hukum I Newton ?

Hukum merupakan pernyataan yang singkat tapi bersifat umum dalam menjelaskan perilaku alam. Terkadang pernyataan itu membentuk suatu persamaan atau hubungan, misalnya Hukum II Newton. Suatu pernyataan disebut hukum jika secara eksperimental berlaku secara luas. Hukum-hukum ilmiah bersifat deskriptif; menjelsakan bagaimana alam berprilaku, tidak menjelsakan bagaimana alam harus berprilaku. Berbeda dengan hukum politik yang preskriptif, di mana menjelaskan bagaimana manusia harus beprilaku. Suatu pernyataan disebut hukum jika validitasnya telah teruji secara luas. Walaupun demikian, jika terdapat informasi-informasi baru yang muncul maka hukum-hukum tertentu harus disesuaikan, bahkan harus dilenyapkan.

Prinsip

Jika hukum mempunyai cakupan yang luas, maka prinsip mempunyai cakupan yang terbatas, misalnya prinsip Archimedes atau prinsip Pascal. Prinsip dan hukum memiliki kemiripan, hanya pernyataan sebuah prinsip kurang umum, sedangkan pernyataan yang dikategorikan ke dalam hukum memiliki cakupan yang luas.

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Sumber.

Permana. 2008. Model, Teori, dan Prinsip Fisika. tersedia pada http://profesorpermana.blogspot.com/2008/09/model-teori-hukum-dan-prinsip-fisika.html. diakses 9 April 2014.

Fisika Medan Magnet

Jenis-jenis magnet berdasarkan bentuknya:
1. Magnet Batang
2. Magnet jarum
3. Magnet Tabung
4. Magnet Tapal Kuda

Magnet memiliki dua buah kutub magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan magnet.

Medan magnet adalah daerah atau ruang di sekitar magnet dimana magnet lain atau benda lain yang mudah dipengaruhi magnet akan mengalami gaya magnetik jika diletakkan dalam ruang tersebut.

Garis-garis gaya magnet adalah garis-garis yang menunjukkan arah dari gaya magnet dimana garis gaya menunjukkan arah keluar dari kutub utara magnet menuju masuk ke kutub selatan magnet.

2. Medan Magnetik di Sekitar Kawat Berarus Listrik

      Kita telah mempelajari bahwa di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik. Hans Christian Oersted pada tahun 1820 dalam percobaannya, ia menggunakan sebuah kompas jarum untuk menunjukkan bahwa ketika arus listrik mengalir pada seutas kawat, jarum kompas yang diletakkan pada daerah medan magnetik yang dihasilkan oleh kawat berarus menyebabkan jarum kompas menyimpang dari arah utara-selatan.

2.1. Arah Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Berarus Listrik

         Cara kita menentukan arah garis medan-medan magnet di sekitar kawat berarus listrik adalah dengan menggunakan kaidah putaran tangan kanan yaitu sebagai berikut:

           Genggam kawat lurus dengan tangan kanan sedemikian hingga ibu jari menunjukkan arah kuat arus listrik, maka arah putaran keempat jari yang dirapatkan akan menyatakan arah lingkaran garis-garis medan magnetik.

atau

           Apabila kawat berbentuk lingkaran maka arah putaran keempat jari yang dirapatkan akan menunjukkan arah putaran arus listrik, demikian sehingga ibu jari menyatakan arah garis-garis medan magnetik.

           Seperti pada kasus solenoida, arus i-nya berputar sehingga untuk memudahkan kaidah tangan kanan, arah putaran keempat jari yang dirapatkan menunjukkan arah putaran arus, sedang arah ibu jari menunjukkan arah garis-garis medan magnetiknya. Ketika sebuah solenoida dialiri arus listrik maka garis-garis medan magnetik yang dihasilkan mirip seperti magnet batang, dimana garis gaya magnet akan keluar dari ujung ibu jari (kutub utara) dan masuk ke pangkal ibu jari (kutub selatan).

2.2. Besar Induksi Magnetik

              Dua ilmuwan pertama yang menyelidiki besar induksi magnetik yang ditimbulkan oleh kawat berarus listrik adalah Biot dan Savart. Keduanya berhasil menemukan persamaan kuantitatif untuk menentukan besar induksi magnetik oleh kawat berarus, yang disebut hukum Biot-Savart. Hukum ini berbentuk persamaan sebagai berikut.

 

dengan  adalah sudut apit antara elemen arus i dl dengan vektor posisi r.
             adalah permeabilitas vakum, 
                   
 2.2.1. Besar Induksi magnetik di Sekitar Kawat Lurus Berarus 

Besar induksi magnetik untuk 
kawat lurus berarus 
dengan panjang tertentu

Besar induksi magnetik kawat lurus 
sangat panjang dan berarus

2.2.2. Besar Induksi Magnetik pada Kawat Lingkaran Berarus

Besar induksi magnetik di pusat 
kumparan kawat lingkaran berarus

jika kawat terdiri dari N lilitan, maka

dengan a adalah jari-jari lingkaran. 

3. Gaya Lorentz (F)

        Gaya Lorentz adalah gaya magnetik yang timbul apabila kawat berarus listrik diletakkan memotong garis-garis medan magnet yang dihasilkan oleh pasangan kutub utara-selatan suatu magnet tetap.

3.1 Gaya Lorentz pada Penghantar Berarus

              Jika anda melakukan percobaan meletakkan pita aluminium diantara dua buah kutub yang berlawanan jenis dan pita aluminium dihubungkan dengan sumber arus. Maka saat pita aluminium dialiri arus, pita aluminium akan melengkung ke atas. Ini menunjukkan bahwa gaya Lorentz (F) berarah vertikal keatas. Jika kita buka telapak tangan kanan kita dengan empat jari (selain ibu jari) dirapatkan, ternyata arah kuat arus listrik i, arah induksi magnetik (B), dan arah gaya Lorentz(F) yang dihasilkan mengarah ke atas. Jadi, arah gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah konduktor yang diletakkan dalam daerah medan magnetik dapat ditentukan dengan mudah dengan menggunakan kaidah telapak tangan yang berbunyi sebagai berikut.

Buka telapak tangan kanan dengan empat jari selain ibu jarai dirapatkan. Arahkan keempat jari yang dirapatkan sesuai dengan arah induksi magnetik B dan arahkan ibu jari hingga sesuai dengan arah kuat arus listrik i, maka arah gaya Lorentz F yang dialami oleh konduktor akan sesuai dengan arah dorongan telapak tangan.

Adapun besar gaya Lorentz dinyatakan oleh 

 

dengan L adalah panjang kawat konduktor dan

            adalah sudut apit terkecil antara arah arus i dan arah induksi magnet B.

Sumber.

Permana, A. 2013. Medan Magnet. tersedia pada http://andrypermana06.blogspot.com/2013/04/medan-magnet.html. Diakses 9 Mei 2014.