Definisi, Jenis dan Contoh Perhitungan Rumus Gaya Lorentz

Sama seperti namanya, gaya Lorentz ditemukan dan dikembangkan oleh seorang fisikawan terkenal asal Belanda, yaitu Hendrik Antoon Lorentz.  Pada dasarnya, gaya Lorentz adalah energi yang dihasilkan dari muatan listrik dalam medan magnet dan mempunyai arah tegak lurus terhadap kecepatan dan magnet.

Energi tersebut dapat ditemukan dalam aliran listrik pada kawat berarus maupun sejajar. Dalam kehidupan sehari-hari, gaya Lorentz dapat ditemukan pada penggunaan mesin listrik di dalam motor, speaker, kipas angin, atau memori komputer.

Menurut buku Rumus Fisika & Matematika SMP oleh Redaksi Wahyu Media, ada beberapa faktor yang bisa memengaruhi besaran gaya Lorentz, seperti:

1. Kuat arus listrik yang mengalir, semakin tinggi kuat arus listrik yang dihasilkan, maka besar gaya Lorentz akan semakin besar.
2. Panjang penghantar, semakin panjang penghantar, semakin besar juga penghantar mengalami gaya Lorentz.
3. Kuat medan magnet, di mana semakin kuat medan magnet, gaya Lorentz yang dihasilkan menjadi semakin besar.

Berdasarkan buku Kumpulan Rumus Terlengkap: Matematika, Fisika, Kimia SMA Kelas X, XI, & XII yang disusun oleh Wahyu Untara, cara menentukan arah gaya Lorentz bisa dilakukan dengan menggunakan aturan tangan kanan seperti gambar di atas. Berikut adalah keterangannya:

• Ibu jari atau jempol menunjukkah arah arus listrik (i)
• Jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet (B)
• Jari tengah menunjukkan arah gaya Lorentz (F)

Gaya Lorentz dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, mulai dari muatan arus listrik, panjang kawat berarus, serta medan magnet. Dalam hal ini, semakin panjang kawat dan arus listrik yang mengaliri kawat, maka gaya Lorentz yang dihasilkan juga akan semakin besar.

Selain itu, arah muatan listrik dan medan magnet di sekitar kawat berarus juga perlu diperhatikan. Jika dilihat dari arah kuat arus listrik dan induksi magnet yang ada, pola dan arah gaya Lorentz akan selalu berada dalam posisi yang tegak dan lurus.

Secara matematis, rumus gaya Lorentz berdasarkan arahnya adalah sebagai berikut:

F = q (v × B)

Keterangan:

• F = Gaya (Newton/N)
• B = Medan magnet (Tesla/T)
• q = Muatan listrik (Coulomb/C)
• v = Kecepatan muatan (m/s)

Berikutnya, apabila gaya Lorentz yang dihasilkan karena muatan listrik dari sebuah magnet, maka rumusnya adalah:

F = B × I × L

Keterangan:

• F = Gaya (N)
• I = Arus listrik (A)
• B = Medan magnet (T)
• L = Panjang kawat listrik yang dialiri listrik (m)

Perlu diketahui, rumus gaya Lorentz dibagi menjadi dua macam, yaitu gaya Lorentz pada kawat berarus dan gaya Lorentz pada kawat sejajar. Adapun contoh rumus di antara keduanya yaitu: 

1. Rumus Gaya Lorentz Berarus

Jika kamu ingin menghitung gaya yang dialami oleh suatu kawat berarus dalam medan magnet, maka rumus gaya Lorentz yang digunakan adalah sebagai berikut:

F = B × I × L × sin α 

Keterangan:

• F = Gaya Lorentz yang dialami kawat berarus (N)
• I = Kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat (A)
• L = Panjang kawat yang terletak dalam medan magnet (m)
• B = Kuat medan magnet (T)
• α = Sudut antara panjang kawat (B) dan medan magnet (L)

2. Rumus Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar

Apabila kamu ingin menghitung besarnya gaya Lorentz dari dua kawat lurus yang ditempatkan sejajar dan dialiri arus listrik sama besar, maka rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

F/L = µ0 I1 I2 × L / 2πα 

Keterangan: 

• F = Gaya magnet (N)
• µ0 = Permeabilitas kawat (Wb/Am), 4π × 10 dalam satuan standar
• I1 = Arus listrik yang mengalir pada kawat 1 (A)
• I2 = Arus listrik yang mengalir pada kawat 1 (A)
• L = Panjang kawat
• α = Jarak antar kawat (m)

3. Rumus Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak

Untuk menghitung gaya Lorentz yang dihasilkan dari muatan listrik bergerak, maka rumus yang digunakan antara lain yaitu: 

FL = qvB × sin α 

Keterangan: 

• q = Muatan listrik (C)
• v = Kecepatan dari gerak muatan listrik (m/s)
• B = Medan magnet (T)
• α = Sudut yang dibentuk oleh B dan v 

Agar kamu bisa memahami lebih lanjut dalam menggunakan rumus gaya Lorentz, berikut adalah salah satu contoh perhitungannya. Simak baik-baik, ya!

Diketahui terdapat sebuah kawat yang dialiri oleh listrik dan mengarah ke atas sebesar 10 A. Kawat tersebut berada dalam medan magnet sebesar 0.5 T dan membentuk sebuah sudut 300 derajat.

Jika panjang kawat adalah sebesar 10 meter, maka berapakah gaya lorentz yang akan dialami oleh kawat tersebut?

Diketahui:

I = 10 A
B = 0.5 T
α = sin 300 (1/2)
L = 10 m

Maka, rumus gaya Lorentz yang akan digunakan adalah pada kawat berarus, yaitu:

F = B × I × L × sin α

F = 0.5 × 10 × 10 × sin 300 (½)

F = 50 (½)

F = 25 N.

Dengan demikian, gaya Lorentz yang dihasilkan dari kawat berarus adalah sebesar 25 Newton.

Itulah penjelasan mengenai rumus gaya Lorentz beserta contoh perhitungannya. Jangan lupa untuk dipraktikkan contoh perhitungan di atas menggunakan rumus gaya Lorentz, ya!

Penulis: Muti'ah Nur Rahmah