Teori, Kemagnetan Bumi, Konsep, Menentukan Besar, Arah, dan Pemanfaatan Gaya Lorentz

Teori, Kemagnetan Bumi, Konsep, Menentukan Besar, Arah, dan Pemanfaatan Gaya Lorentz

Berikut ini akan dibahas masalah Teori Kemagnetan Bumi, Kemagnetan Bumi, Konsep Gaya Lorentz, Menentukan Besar Gaya Lorentz, Arah gaya Lorentz, dan Pemanfaatan Gaya Lorentz.

A. Teori Kemagnetan Bumi

Bumi adalah magnet raksasa. Bumi memiliki kutub utara dan selatan. Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, dan kutub selatan magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi. Mengapa demikian? 

Ketidaktepatan kutub utara dan kutub selatan magnet bumi disebut deklanasi. Selain adanya ketidak tepatan penunjukan arah kutub utara dan kutub selatan magnet bumi, ternyata medan magnet bumi juga membentuk sudut dengan horizontal bumi, atau yang disebut dengan sudut inklinasi.

Medan Magnet Bumi

Medan magnet bumi berfungsi untuk melindungi penduduk bumi dari radiasi kosmik (partikel listrik yang dihasilkan oleh matahari atau benda-benda langit lainnya) yang mengancam kesehatan. 

Namun, karena adanya medan magnet bumi, partikel listrik tidak dapat masuk ke seluruh permukaan bumi, tetapi hanya akan masuk ke kutub-kutub bumi. 

Saat menabrak atmosfer bumi, partikel listrik tersebut diionisasi (peristiwa le pasnya elektron dari nukleon) dan membentuk plasma lemah (gas super yang dipanaskan agar elektron ter lepas dari nukleon). Tampilan indah cahaya plasma inilah yang kemudian dikenal sebagai aurora. Tahukah kamu di mana sajakah kita dapat melihat aurora?

B. Konsep Gaya Lorentz

Menentukan Besar dan Arah Gaya Lorentz

Apa yang kamu perlukan?

1. Kawat atau batang penyangga,

2. kawat kabel berukuran kecil,

3. 2 buah magnet,

4. 3 buah baterai,

5. lempengan alumunium foil (kertas alumunium foil), dan

6. alas (triplek/ kardus/ styrofoam).

Apa yang harus kamu lakukan?

1. Susunlah alat seperti gambar berikut!
   
2. Sambungkan baterai pada rangkaian yang telah kamu buat untuk mengalirkan arus listrik. Ukurlah besar simpangan (panjang simpangan) yang ditimbulkan oleh alumunium foil yang dialiri arus listrik ketika didekatkan pada magnet! 
3. Cobalah menambah jumlah baterai dan ukurlah besar simpangan yang dihasilkan. 
4. Cobalah lakukan penambahan magnet untuk beberapa magnet jika tersedia. 
5. Tuliskan hasil pengamatanmu

Bahwa kawat berarus yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut dengan Gaya Lorentz. Adanya Gaya Lorentz dalam percobaan menimbulkan simpangan pada alumunium foil. 

Semakin banyak baterai yang dipasang pada rangkaian, maka semakin besar arus listrik dan besar Gaya Lorentz-nya. Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik sebanding dengan gaya yang ditimbulkan, demikian juga dengan perubahan medan magnet yang diberikan. 

Akibat dari arah arus (I) dan arah medan magnet (B) saling tegak lurus, maka secara matematis, besarnya Gaya Lorentz dituliskan sebagai berikut.

Penentuan arah Gaya Lorentz, dapat dilakukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Perhatikan gambar berikut.

Contoh Soal dan Penyelesaiannya Gaya Lorentz

1. Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus berada dalam medan magnet sebesar 8 Tesla, berapakah Gaya Lorentz yang timbul?

Diketahui:
L = 10 m
I = 5 mA = 0,005 A
B = 8 T
Ditanya: Gaya Lorentz (F)?
Jawab:
F = B I L = 8 . 0,005 . 10 = 0,4 N
Jadi, Gaya Lorentz yang timbul sebesar 0,4 N

2. Jika gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh kawat tembaga sepanjang 2 m dan dialiri arus listrik sebesar 2 mA adalah 12 N, maka berapakah besar medan magnet yang melingkupi kawat tembaga tersebut?

Diketahui:
L = 2 m
I = 2 mA = 2 x 10-3 A
F = 12 N
Ditanya: medan magnet?

Jawab:
F = B I L

C. Penerapan Gaya Lorentz pada Motor Listrik

Apa kamu pernah melihat motor listrik? Motor listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. 

Beberapa motor listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, misalnya motor listrik pada kipas angin untuk yang berfungsi untuk menggerakkan baling-baling.

Motor Listrik Sederhana

Motor listrik memiliki beberapa komponen, diantaranya magnet tetap dan kumparan. Jika ada arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terletak dalam medan magnet maka kumparan tersebut akan mengalami Gaya Lorentz sehingga kumparan akan berputar. 

Agar kumparannya dapat berputar dengan stabil, maka kumparan yang masing-masing ujungnya dibentuk melingkar.

Silahkan Baca Juga : Induksi, Menyelidiki, Medan Magnet dan Kegunaannya