Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Pengaruh Medan Magnet

MAGNETISME ( 2 )
Gaya Pada Muatan Dalam Pengaruh Medan Magnet : Gaya Lorentz
Seperti dalam kasus elektrostatik (kelistrikan), gejala magnetisme
(kemagnetan) dari sebuah benda yang mengandung medan magnet juga
bisa digambarkan melalui garis-garis gaya. Pada kelistrikan kita ingat
sebuah aturan bahwa untuk muatan negatif arah medan menuju muatan
dan untuk muatan positif arah medan listrik ditetapkan keluar menjauhi
muatan – muatan.
Dalam kemagnetan, medan magnet (dituliskan dengan vektor B)
digambarkan sebagai garis – garis gaya yg keluar dari kutub utara
menuju kutub selatan, seperti gambar 1.
Garis Gaya Magnet
U
Gambar - 1
S
Seperti halnya gaya elektrostatik (gaya Coulomb)
pada kasus medan listrik, dalam medan magnetik
pun terdapat gaya magnetik yg serupa dengan gaya
Coulomb. Gaya magnetik ini terjadi jika sebuah
partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan v
dalam pengaruh medan magnet B. Akibat
pergerakan muatan ini akan timbul gaya magnetik
Fm yg besarnya :
|Fm | = q ( v x B )
= q v B sin ø
Arah dari gaya magnetik ini, sesuai dengan aturan tengan kanan 2
adalah tegak lurus terhadap bidang yg dibentuk vektor v dan B. Kita
ingat jika muatan q berada dalam suatu medan listrik E,
maka akan timbul gaya elektrostatik ( Coulomb ) : F = q.E
F
B
Bidang : v x B
v
Arah Gaya Lorentz Tegak
Lurus Terhadap Bidang Yang
Dibentuk Vektor v dan B
Beberapa perbedaan penting antara kedua gaya diatas adalah :
1. Gaya listrik selalu sejajar dengan arah medan listrik,
sedangkan arah gaya magnetik selalu tegak lurus pada medan
magnetik
2. Akibatnya gaya listrik akan menghasilkan kerja, sedangkan
pada gaya magnetik tidak dihasilkan kerja
3. Gaya listrik tdk bergantung pd kecepatan muatan, sedangkan
gaya magnetik bergantung kecepatan. Ini berarti muatan
listrik diam, hanya gaya listrik (Coulomb) yg muncul
Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Pengaruh Medan Magnet
• Kawat yang dialiri listrik secara mikroskopis merupakan sejumlah
muatan yang bergerak, dengan demikian jika kawat tersebut berada
dalam pengaruh medan magnet (B) maka kawat listrikpun mengalami
gaya magnet (Fm) seperti halnya muatan bergerak. Tiap muatan pada
kawat mengalami gaya Lorentz, sehingga total gaya magnet pada kawat
berarus dengan banyak muatan : n , adalah :
Konsep vektor Vd searah vektor L, maka :
Fm = ( q .Vd. B ) n.A.L
F = 1 ( L. B )
Maka besarnya Fm pada kawat berarus sepanjang L adalah :
F = B. 1. L. sin Ø
Ø adalah sudut antara kawat terhadap arah B
Mesin / Motor Listrik
Jika kawat berarus listrik 1 dibentuk menjadi sebuah kumparan dengan
bergeraknya lilitan N dan luas penampang A dalam medan magnet
sebesar B maka akan timbul suatu Torsi ( r ) sebesar :
r = N. 1. A. B. sin Ø
Kumparan dalam pengaruh medan magnet akan berputar
karena timbulnya Torsi dengan Ø sudut antara medan
magnet terhadap garis normal pada lilitan
Prinsip berputarnya loop berarus dalam magnet ini digunakan
dalam motor (mesin listrik) salah satunya motor dc.
Motor dc digambar dalam banyak alat elektronik, misalnya
mobil mainan, kipas angin dll
Generator Listrik
Jika mesin (motor listrik) berfungsi untuk menghasilkan gerak
mekanik dari arus listrik searah yang dialirkan pada kumparan,
yang terjadi pada generator listrik adalah sebaliknya. Kumparan
diputar secara mekanik (oleh tenaga dari air terjun, bendungan
dll) sehingga terjadi perubahan fluks magnetik yang menembus
kumparan, sesuai dengan Hukum Faraday, jika terjadi
perubahan fluks magnetik maka akan timbul GGL
Perubahan fluks yang terjadi adalah :
Ô = N. B. A cos Ø = N. B. A cos ( 2 π. f. t )
N = jumlah lilitan pada kumparan
B = medan magnet
A = luas penampang lilitan
f = frekuensi
t = waktu
Ø = sudut vektor A tegak lurus permukaan kumparandengan
vektor B, sehingga GGL yang dihasilkan adalah :
dØ
€ = -------€ = N. B. A ( 2 π f ) sin (2 π f t )
dt
Jenis listrik yang dihasilkan adalah listrik ( tegangan / arus )
bolak balik dan bukan searah