BAB I - Aqu dan Fisika

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Apabila kawat dialiri arus listrik maka akan menimbulkan medan magnet
disekitarnya. Bila penghantar berarus diletakkan di dalam medan magnet , maka pada
penghantar akan timbul gaya.
Dalam penyelidikan Lorentz menyimpulkan bahwa besar gaya yang ditimbulkan
berbanding lurus dengan kuat arus (I), kuat medan magnet (B), panjang kawat (L) dan
sudut yang dibentuk oleh arah arus listrik dengan arah medan magnetnya (α). Untuk
menghargai jasa penemuan Hendrik Anton Lorentz, gaya tersebut disebut dengan
Gaya Lorentz.
Hukum gaya Lorentz menggambarkan pengaruh E dan B di atas titik muatan, tapi
kekuatan elektromagnetik tersebut tidak seluruh gambar. Dibebankan partikel yang
mungkin digabungkan dengan pasukan lain, khususnya gravitasi dan kekuatan nuklir.
Respons suatu titik muatan hukum Lorentz adalah salah satu aspek; generasi E dan B
dengan arus dan biaya lain.
Dalam bahan nyata gaya Lorentz tidak cukup untuk menggambarkan perilaku dari
partikel, baik dalam prinsip dan sebagai masalah perhitungan. Partikel-partikel
bermuatan dalam media bahan baik menanggapi E dan bidang B dan menghasilkan
bidang-bidang ini.. Kompleks persamaan transportasi harus dipecahkan untuk
menentukan waktu dan respon ruang muatan.
1.2 Pembatasan Masalah
Sesuai dengan praktikum yang telah kami lakukan tentang gaya Lorentz maka
kami hanya membatasi pada:
1.2.1
Menggunakan teori-teori yang berhubungan dengan gaya Lorentz.
1.3 Tujuan Percobaan
Adapun tujuan percobaan dalam praktikum gaya Lorentz adalah :
1.3.1
Mengamati adanya gaya Lorentz pada penghantar kawat lurus di sekitar
medan magnet.
1.3.2
Menentukan arah gaya Lorentz dengan kaidah tangan kanan.
1
1.3.3
Menghitung besarnya gaya Lorentz.
1.3.4
Menghitung besarnya hambatan pada kawat yang dialiri arus listrik.
1.4 Metodologi
Metodologi adalah cara atau teknik yang digunakan seseorang dalam mencapai
tujuan. Adapun dalam penyusunan laporan akhir ini, kami menggunakan beberapa
metode, metode tersebut antara lain:
1.4.1
Metodologi Langsung
Metode langsung yang kami lakukan yaitu dengan melakukan praktikum
langsung di laboratorium fisika dasar dengan menggunakan alat dan bahan
yang telah disediakan, untuk mendapatkan data-data untuk menghitung
langsung modulus Elastisitas dengan benar.
1.4.2
Metodologi Tak Langsung
Kami menggunakan buku sebagai refrensi dalam menulis laporan akhir
ini. Dan kami juga mengambil beberapa contoh data untuk menyesuaikan
lagi dalam perhitungan hasil akhir.
1.5 Sistematika
Dalam penyusunan laporan akhir ini, kami menggunakan sistematika sebagai berikut:
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1.2
Pembatasan Masalah
1.3
Tujuan Percobaan
1.4
Metodologi
1.5
1.4.1
Metodologi Langsung
1.4.2
Metodologi Tak Langsung
Sistematika
BAB II KERANGKA TEORI
2.1
Teori
2.2
Hipotesis
BAB III PELAKSANAAN DAN PENGOLAHAN DATA
2
3.1 Persiapan
3.1.1 Alat-alat
3.2 Pelaksanaan
3.2.1 Cara Kerja
3.3 Pengolahan Data
3.3.1 Data Ruangan
3.3.2 Lembar Data
3.3.3 Data Hasil Pengamatan
BAB IV PEMBAHASAN DAN HASIL
BAB V
4.1 Kesimpulan
4.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN LAPORAN PENDAHULUAN
3
BAB II
KERANGKA TEORI
2.1 Teori
Gaya Lorentz adalah gaya 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:
Keterangan: F = gaya (Newton)
B = medan magnet (Tesla)
q = muatan listrik ( Coulomb)
v = arah kecepatan muatan (m/t)
Sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet
homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga
dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel akan
menyimpang searah dengan gaya lorentz yang
mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan
yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah
tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus
listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz .
Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan
arah arus listrik ( I ). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus,
sedang untuk muatan negatif arah gerak
berlawanan dengan arah arus.
Jika besar muatan q bergerak dengan
kecepatan v, dan I = q/t maka persamaan
gaya
Lorentz
untuk
kawat
dapat
dituliskan :
4
F  B  I  L sin
 B  q  L  sin
t
 B  q  L  sin
t
 B  q  v  sin
Karena L  v
t
Sehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan yang
bergerak dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan menggunakan rumus :
F  B  q  v  sin
Keterangan: F = gaya Lorentz dalam newton ( N )
q = besarnya muatan yang bergerak dalam coulomb ( C )
v = kecepatan muatan dalam meter / sekon ( m/s )
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
θ = sudut antara arah v dan B
Bila sebuah partikel bermuatan listrik bergerak tegak lurus dengan medan
magnet homogen yang mempengaruhi selama geraknya, maka muatan akan
bergerak dengan lintasan berupa lingkaran. Sebuah muatan positif bergerak
dalam medan magnet B (dengan arah menembus bidang) secara terus menerus
akan membentuk lintasan lingkaran dengan gaya Lorentz yang timbul menuju ke
pusat lingkaran. Demikian juga untuk muatan negativ. Persamaan-persamaan
yang memenuhi pada muatan yang bergerak dalam medan magnet homogen
sedemikian sehinga membentuk lintasan lingkaran adalah :
Gaya yang dialami akibat medan magnet : F = q . v . B
Gaya sentripetal yang dialami oleh partikel : Dengan menyamakan kedua
persamaan kia mendapatkan persamaan :
mv
R
Bq
5
Keterangan: R = jari-jari lintasan partikel dalam meter ( m )
m = massa partikel dalam kilogram ( kg )
v = kecepatan partikel dalam meter / sekon ( m/s )
B = kuat medan magnet dalam Wb/m2 atau tesla ( T )
q = muatan partikel dalam coulomb ( C )
2.1 Hipotesis
Sebelum melakukan percobaan ini, kami menduga untuk menghitung gaya
Lorentz dipengaruhi oleh semakin besar tegangan (V) yang diberikan, maka
getaran pada kawat semakin cepat sehingga kuat arus listrik (I) yang terlihat pada
amperemeter menujukkan angka yang tinggi pula. Selain itu adanya sepasang
batang magnet menyebabkan gaya tarik pada medan magnet tersebut.
6
BAB III
PELAKSANAAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1 Persiapan
3.1.1
Alat-alat
Dalam melakukan percobaan ini kami menggunakan peralatan sebagai
berikut:
1. Sumber arus (baterai/power supply)
2. Kawat kumparan
3. Switch on/off
4. Sepasang magnet batang
5. Kabel penghubung
6. Amperemeter
7. Papan penampang
3.2 Pelaksanaan
3.2.1
Cara Kerja
1. Menyusun alat- alat.
2. Mengaliri kawat penghantar dengan arus listrik dari sumber
arus/tegangan (baterai/power supply) dengan besar tegangan tertentu.
3. Mengamati arah dari gaya Lorentz yang terjadi.
4. Menentukan jarak magnet dari kawat berarus.
5. Mencatat besar arus listrik yang mengalir yang ditunjukkan
ampermeter, lakukan hingga beberapa kali.
6. Mengulangi langkah diatas untuk arah arus listrik dan besar tegangan
berbeda.
3.3 Pengolahan Data
3.3.1
Data Ruangan
Percobaan
Suhu
Kelembaban
Sebelum
27° C
27 %
Sesudah
26° C
26 %
7
3.3.2
Lembar Data
Nama Praktikum
: Gaya Lorentz
Tanggal Percobaan
: 6 Juli 2010
Nama Praktikan
: 1. Anita Ferotika
2. Ardi Saputra
3. Dewi Ratna Ningsih
3.3.3
Data Hasil Pengamatan
L = 56.6 cm =0.566 m
a = 2 cm = 0.02 m
ө = 90o
Voltmeter (v)
2
4
I1
3.3
4.4
I2
3.4
4.6
I3
3.4
4.5
Amperemeter (A)
8
Perhitungan Statistik
Untuk 2 Volt
Diketahui: L = 56.6 cm =0.566 m
a = 2 cm = 0.02 m
ө = 90o
0 I1
2 a
4   107  3.3 A

2   2  10 2 m
B1 
F1  B  I1  L  sin 
 3.3  105 T  3.3 A  0.566 m  sin 90
 6.16  105 N
2  107  3.3 A

2  102 m
 3.3  105 T
0 I 2
2 a
4   10 7  3.4 A

2   2  102 m
B2 
F2  B  I 2  L  sin 
 3.4  105 T  3.4 A  0.566 m  sin 90
 6.54  105 N
2  107  3.4 A

2  102 m
 3.4  10 5 T
0 I 3
2 a
4   107  3.4 A

2   2  102 m
B3 
F3  B  I 3  L  sin 
 3.4  105 T  3.4 A  0.566 m  sin 90
 6.54  105 N
2  107  3.4 A
2  102 m
 3.4  105 T

9
X
X
6.16  105
0.24  105
6.54  105
0.14  105
6.54  105
0.14  105
X  19.24  105
 X  0.52 105
X n
n
19.24  10 5

3
 6.4  10 5
X 
 X 1  X1  X
 X
n
0.52  105

3
 0.17  105
Ka  SR 
Ka
X
0.17  10 5

6.4  10 5
 0.027
Kr 
 6.16  105  6.4  10 5
 0.24  105
X 2  X2  X
 6.54  105  6.4  10 5
 0.14  10
5
Kp  Kr  100%
 0.027  100%
 2.7%
 X 3  X3  X
 6.54  105  6.4  105
 0.14  105
 X
n
0.52  105

3
 0.17  105
SR 
10
Perhitungan Statistik
Untuk 4 Volt
Diketahui: L = 56.6 cm =0.566 m
a = 2 cm = 0.02 m
ө = 90o
0 I1
2 a
4   107  4.4 A

2   2  102 m
B1 
F1  B  I1  L  sin 
 4.4  105 T  4.4 A  0.566 m  sin 90
 10.96  105 N
2  107  4.4 A

2  102 m
 4.4  105 T
0 I 2
2 a
4   10 7  4.6 A

2   2  102 m
B2 
F2  B  I 2  L  sin 
 4.6  105 T  4.6 A  0.566 m  sin 90
 11.98  105 N
2  107  4.6 A

2  102 m
 4.6  10 5 T
0 I 3
2 a
4   107  4.5 A

2   2  102 m
B3 
F3  B  I 3  L  sin 
 4.5  105 T  4.5 A  0.566 m  sin 90
 11.46  105 N
2  107  4.5 A
2  102 m
 4.5  105 T

11
X
X
10.96  105
0.51  105
11.98  105
0.51  105
11.46  105
0.01  105
X  34.4  105
 X  1.03  105
X n
n
34.4  10 5

3
 11.47  10 5
X 
 X 1  X1  X
 X
n
1.03  105

3
 0.34  105
Ka  SR 
Ka
X
0.34  105

11.47  105
 0.03
Kr 
 10.96  105  11.47  105
 0.51  105
X 2  X2  X
 11.98  105  11.47  105
 0.51  10
5
Kp  Kr  100%
 0.027  100%
 3%
 X 3  X3  X
 11.46  105  11.47  105
 0.01  105
 X
n
1.03  105

3
 0.34  105
SR 
12
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari praktikum yang telah kami lakukan, kami dapat menyimpulkan bahwa dalam
praktikum gaya Lorentz ini jika penghantar berarus di letakkan di dalam medan
magnet, maka pada penghantar tersebut akan timbul gaya. Dan gaya ini disebut
dengan Gaya Lorentz. Jika arus listrik diperbesar maka kawat akan melengkung lebih
besar. Ini berarti besar dan arah gaya Lorentz tergantung besar dan arah arus listrik.
Karena gaya Lorentz ( F ) , arus listrik ( I ) dan medan magnet ( B ) adalah besaran
vektor maka peninjauan secara matematik besar dan arah gaya Lorentz ini hasil
perkalian vektor ( cros-product ) dari I dan B. Jadi Gaya Lorentz adalah gaya yang
dialami kawat berarus listrik yang terletak di dalam medan magnet. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa Gaya Lorentz dapat timbul dengan syarat: Adanya kawat
penghantar yang dialiri arus listrk dan penghantar berada di dalam medan magnet.
4.2 Saran
Dengan adanya laporan akhir ini, kami ingin menyampaikan beberapa saran agar
para praktikan dalam melakukan percobaan ini harus memperhatikan ketelitian
terhadap alat ukur yang digunakan. Para praktikan harus cermat dan teliti dalam
membaca amperemeter. Karena ketepatan dalam membaca amperemeter dapat
mempengaruhi data yang akan didapat.
Karena ketelitian dan kehati-hatianlah yang menentukan hasil yang sesuai dengan
data yang kita peroleh, dan sebaiknya untuk para praktikan menggunakan alat yang
masih bagus. Karena kelayakan alat sangat menentukan dalam praktikan ini. Selain
itu juga sebaiknya sebelum melakukan praktikum alat sudah disiapkan terlebih dahulu
agar tidak banyak waktu yang terbuang hanya untuk mempersiapkan alat. Begitu juga
dengan pembimbing, agar dapat memberikan arahan yang benar-benar jelas dan
melakukan praktikum sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
13