√ Gaya Magnet : Rumus, Contoh dan Penjelasannya

Jika sebuah penghantar yang ditempatkan pada medan magnet atau induksi magnetic maka akan mengalami gaya. Gaya yang dialami oleh penghantar yang berarus listrik disebut gaya Lorentz.

1. Gaya Magnetik pada Sebuah Kawat Berarus Listrik Gaya magnet dapat dialami oleh sebuah kawat berarus listrik dalam medan magnet. Untuk memahami gaya magnet tersebut, coba Anda lakukan eksperimen berikut ini.

Besaran-besaran yang mempengaruhi gaya magnet F pada sebuah kawat berarus listrik i dalam medan magnet B dengan cara mengamati besarnya penyimpangan pita aluminium. Semakin besar gaya magnet maka akan semakin besar pula penyimpangan pita aluminium.

Apabila Anda memperbesar kuat arus listrik i dengan cara menambah jumlah baterai, tanpa mengganti magnet U, ternyata penyimpangan pita menjadi semakin besar. Kita dapat simpulkan bahwa besarnya gaya magnet F bergantung pada magnet U yang semula dengan magnet U yang lebih kuat, tanpa menambah jumlah baterai, ternyata penyimpangan pita menjadi semakin besar.

Kita dapat simpulkan pula bahwa besarnya gaya magnet F bergantung pada induksi magnet B. Jika Anda mengganti pita aluminium yang semula dengan pita aluminium yang sedikit lebih panjang, tanpa menambah jumlah baterai ataupun mengganti magnet U, ternyata penyimpangan pita menjadi semakin besar.

Dapat disimpulkan bahwa besarnya gaya magnet F bergantung pada panjang kawat l . Kawat penghantar berarus listrik yang ditempatkan dalam induksi magnetic akan melengkung karena pengaruh gaya Lorentz.

Coba Anda perhatikan gambar berikut, tampak kawat melengkung ke kanan sebab induksi magnetik yang arahnya keluar tegak lurus bidang gambar.

Besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh penghantar dengan panjang l yang dialiri arus listrik I dalam medan magnet homogen B, memenuhi persamaan

Jadi, besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh kawat penghantar sebanding dengan induksi magnetik (B), arus listrik (i), panjang kawat (l ), serta bergantung pada sudut yang dibentuk oleh B dan i.

Gaya Magnetik pada Muatan Bergerak

Coba Anda perhatikan gambar di bawah ini, untuk muatan listrik yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet homogen B, penjelasannya adalah sebagai berikut

Untuk menentukan arah gaya Lorentz yang dialami oleh penghantar berarus listrik maupun muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet yang homogen, digunakan aturan sekrup. Jika arus listrik i diputar ke arah medan magnet B, F adalah arah sekrup. Coba Anda perhatikan gambar berikut.

Arah gaya Lorentz juga dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan. Untuk menentukan arah gaya Lorentz pada muatan positif dengan menggunakan aturan tangan kanan, coba Anda amati gambar berikut ini.

Jika sebuah partikel bermuatan listrik bergerak dengan kecepatan v, tegak lurus dengan medan magnet homogen yang mempengaruhinya. Lintasan partikel tersebut berupa lingkaran. Gaya Lorentz berfungis sebagai gaya sentripetal untuk bergerak melingkar ini. Selanjutnya, coba Anda perhatikan gambar berikut ini.

Partikel tersebut bergerak melingkar karena mendapatkan gaya sentripetal yaitu nilainya sama dengan gaya Lorentz. Menurut Hukum II Newton, pada gerak melingkar beraturan berlaku persamaan:

Jadi, jari-jari sebuah lintasan partikel yang bergerak dalam medan magnet homogen sebandingdengan momentum partikel (mv) serta berbanding terbalik dengan besarnya muatan partikel (q) dan induksi magnetik (B) yang mempengaruhinya.

Gaya Magnetik di Antara Dua Kawat Sejajar

Coba Anda perhatikan gambar berikut ini, dua kawat penghantar dipasang dan dialiri arus listrik.

Ternyata pada gambar (a) kedua kawat saling mendekati atau tarik-menarik, sedangkan pada gambar (b) kedua kawat saling menjauhi atau tolak-menolak. Ini menunjukkan bahwa antara kedua kawat timbul gaya Lorentz. Coba Anda perhatikan gambar berikut, besarnya gaya timbal balik antara satu kawat dan kawat yang lain dapat diturunkan sebagai berikut.

Kawat kedua (II) akan dipengaruhi oleh induksi magnetik yang ditimbulkan oleh i ₁ sebesar B₁ , dengan arah masuk bidang kertas sehingga arah gaya F₂₁ ke kanan. Dalam contoh ini, i ₁ dan i ₂ berlawanan arah sehingga kawat

(I) dan kawat (II) mengalami gaya tolak-menolak, yaitu F₁₂ pada kawat (I) ke kiri, sedangkan pada kawat (II) mendapat gaya F₂₁ ke kanan menjauhi kawat (II)

Penerapan Gaya Magnet

Gaya magnet dapat dimanfaatkan pada alat-alat yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak, misalnya motor listrik dan alat ukur listrik.

1. Motor Listrik

Motor listrik sederhana arus searah terdiri dari kumparan yang ditempelkan pada as roda sehingga dapat berputar di antara kutub-kutub magnet berbentuk ladam. Ujung-ujung kumparan (koil) dihubungkan dengan cincin belah yang disebut komutator. Dua blok karbon yang disebut sikat menekan komutator.

Arus listrik dialirkan masuk dan keluar dari kumparan/ kolil melalui sikat-sikat karbon. Komutator akan berpoutar bersamaan dengan kumparan, tetapi sikat-sikat karbon tidak ikut berputar sehingga kawat-kawat penghubung baterai tidak melintir (berpilin).

Dua sikat pada komutator mengubah arah arus sehingga mengubah-ubah gaya lorentz pada keempat sisi kumparan. Akibatnya, kumparan berputar di antara dua kutub magnet. Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

2. Alat Ukur Listrik

Salah satu jenis alat ukur listrik yang banyak digunakan adalah alat ukur jenis kumparan berputar. Bagian utama dari alat ukur jenis kumparan berputra adalah inti besi lunak berbentuk silinder yang dililiti kawat membentuk kumparan. Kumparan dengan inti besi lunak ini diletakkan di antara kutub-kutub sebuah magnet permanen.

Ketika arus listrik mengalir dalam kumparan maka di sisi kumparan yang dekat dengan kutub-kutub magnet mengalami gaya magnet yang berlawanan arah sehingga menyebabkan kumparan berputar. Karena putaran kumparan tersebut ditahan eoleh kedua pegas spiral maka kumparan mengambil kedudukan pada suatu sudut putaran tertentu. Makin besar arus listrik yang mengalir ke dalam kumparan, makin besar pula sudut putarannya.

Putaran dari kumparan diteruskan pegas ke jarum untuk menunjukkan angka dengan skala tertentu. Angka tersebut menyatakan besar kuat arus listrik atau besar tegangan listrik yang diukur. Alat ukur listrik dengan kumparan berputar banyak digunakan pada galvanometer, amperemeter, dan voltmeter.

demikianlah artikel dari dosenmipa.com mengenai Gaya Magnet, semoga artikel ini bermanfaat bagi anda semuanya.