Dalam kesempatan ini, kami menyajikan materi Fisika mengenai " Aplikasi Listrik dan Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari", materi ini kami buat dalam rangka memenuhi tugas Fisika sebagai salah satu persyaratan penilaian raport Mid Semester. Dalam hal ini, kami mengambil subbab 'Gaya Lorentz' sebagai materi yang akan kami jelaskan lebih lanjut. Kami berharap materi ini akan bermanfaat bagi pembaca sekalian.

1. Gaya Lorentz

   Menurut http://id.wikipedia.org, "Gaya Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet".

    Arah Gaya Lorentz dapat ditentukan dengan telapak tangan kanan yang disebut "Kaidah telapak tangan kanan" yang berbunyi :

"Buka telapak tangan kanan dengan 4 jari selain jempol dirapatkan. Arahkan keempat jari yang dirapatkan sesuai dengan arah induksi magnetik B dan arahkan jempol hingga sesuai dengan arah kuat arus listrik i, maka arah gaya Lorentz, F , yang dialami oleh konduktor akan sesuai dengan arah dorongan telapak tangan".

 Penemuan pertama dari gaya Lorentz umumnya dikaitkan dengan Oliver Heaviside pada tahun 1889, meskipun sejarawan lain menyarankan asal sebelumnya dalam sebuah kertas 1865 oleh James Clerk Maxwell. Lorentz berasal beberapa tahun setelah Heaviside. 

Gaya lorentz adalah gaya yang dialami kawat berarus listrik di dalam medan magnet. Sehingga dapat disimpulkan bahwa gaya Lorentz dapat timbul dengan syarat sebagai berikut :

(a) ada kawat pengahantar yang dialiri arus
(b) penghantar berada di dalam medan magnet, perhatikan gambar di bawah ini;

Bagaimana gaya lorentz berfungsi, maka lakukan percobaan dengan mengamati bentuk medan magnet atau garis gaya magnet selama percobaan.
Bila pengamatan dilakukan dengan benar maka akan diperoleh :
(a) Makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar pula gaya yang bekerja dan makin cepat batang penghantar bergulir.
(b) Bila polaritas sumbu dirubah, maka penghantar akan bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerak sebelumnya.

Adapun besar gaya Lorentz dinyatakan oleh :

F = i L B sin 0

L = panjang konduktor
0 = Sudut apit terkecil antara arah arus i dan arah arus induksi magnetik B

2. Aplikasi Gaya Lorentz

 Adanya gaya magnet pada penghantar berarus listrik di dalam medan magnet memungkinkan berputarnya kumparan penghantar berarus listrik di dalam medan magnet. Beberapa contoh penerapan konsep ini antara lain motor listrik, galvanometer dan speaker.

a. Motor listrik  

       Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.(http://id.wikipedia.org/wiki/Motor_listrik, )

       Dasar kerja motor listrik ini hampir sama dengan dasar kerja sebuah galvanometer. Apabila arus listrik dialirkanmelalui kumparan, permukaan kumparan yang bersifat sebagai kutub utara bergerak menghadapselatan magnet. Permukaan yang bersifat sebagai kutub selatan bergerak menghadap ke kutubutara magnet. Setelah itu maka kumparan berhenti berputar.Untuk melanjutkan putaran, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet,arah arus dalam kumparan dibalik. Dengan terbaliknya arah arus maka kutub utara kumparan berubah menjadi kutub selatan, kutub selatannya menjadi kutub utara. Sekarang kutub utarakumparan berhadapan dengan kutub utara magnet. Kutub selatan kumparan berhadapan dengankutub selatan magnet. Kutub-kutub itu menolak kumparan berputar setengah putaran sampaikutub utara kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet dan kutub selatan kumparan berhadapan dengan kutub utara magnet, pada saat itu arus dalam kumparan dibalik lagi. Akibat kumparan itu berputar setengah putaran lagi, demikian seterusnya, kumparan berputar terus, lihat gambar dibawah ini.

Berikut ini kami tampilkan video aplikasi Gaya Lorentz pada motor listrik.

b. Galvanometer

          Galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakn untuk mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang relatif kecil. Galvanometer tidak dapat digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang relatif besar, karena komponen-komponen internalnya yang tidak mendukung . Galvanometer bisa digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang besar, jika pada galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada voltmeter disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut hambatan shunt.

- Prinsip Kerja Galvanometer
Saat melalui sebuah gulungan magnetis di lapangan, Jika gulungan dari gerakan yang berlawanan dengan coil spring, maka jumlah defleksi dari jarum yang melekat pada lilitan mungkin proporsional, yang sedang melewati yang berliku-liku. Seperti "meter gerakan" telah di jantung yang bergerak berlingkar meter seperti voltmeters dan ammeters sampai mereka besar digantikan dengan solid state meter.

      Pengukuran arus searah pada mulanya menggunakan galvanometer suspensi dengan sistem gantungan, instrumen ini merupakan pelopor instrumen kumparan putar yang merupakan dasar dari alat penunjuk arus searah. Keakuratan gerakan gulungan meter adalah tergantung homogenitas dan konstan magnetis lapangan. Ilustrasi menunjukkan satu konfigurasi permanen magnet yang banyak digunakan dalam meter.
      Menurut hukum dasar gaya elektro, magnetik kumparan akan berputar didalam medan magnet bila dialiri arus listrik. gantungan kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan ke kumparan,keelastisan serabut yersebut akan membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. kumparan ini akan terus berdefleksi sampai gaya elektro magnetiknya mengimbangi torsi mekanis lawan dari gantungan. dengan demikian penyimpangan kumparan merupakan ukuran bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. sebuah cermin yang dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya dan menyebabkan gintik yang telah diperkuat bergerak diatas sekala pada suatu jarak dari instrumen. efek optiknya adalah suatu jarus penunjuk yang panjang tetapi massanya nol.
Walaupun galvanometer suspensi portabel, namun prinsip yang mengatur kerjanya diterapkan secara sama terhadap jenis yang relatif lebih baru, yaitu : PMMC(Permanent Magnet Moving-coil Mechanism).
Terdapat kumparan yang bergantung di dalam medan magnet permanent yang berbentuk sepatu kuda. kumparan digantung sedemikian rupa sehingga dapat berputar bebas di dalam medan magnet. bila arus mengalir di dalam kumparan, torsi elektromagnetik yang dibankitkannya akan menyebabkan perputaran kumparan tersebut. torsi ini diimbangi oleh torsi mekanis pegas pengatur yang diikat pada kumparan. keseimbangan torsi-torsi ini dan posisi sudut kumparan putar dinyatakan oleh jarus penunjuk terhadap referensi yang dinamakan sekala. 

Persamaan pengembangan torsi dinyatakan dalam persamaan.

T = B . A . I . N
dimana : T = torsi dalam newton (N-m)
B = kerapatan fluksi di dalam senjang udara (Wb/m2)
A = luas efektif kumparan (m2)
I = arus didalam kumparan putar (A)
N = jumlah lilitan kumparan

3. Pengeras Suara (Speaker)

Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip gaya lorentz. Komponen dasar pengeras suara terdiri dari tiga bagian yaitu sebuah krucut yertas yang bersambungan dengan sebuah kumparan suara (silinder yang dikitari oleh kawat tembaga) dan sebuah magnet hermanen berbentuk silinder (kutub utara di tengah dan dikelilingi kutub selatan). Ketika arus dilewatkan pada lilitan kumparan , maka padanya akan bekerja gaya lorentz yang disebabkan oleh magnet permanen. Besar kecilnya gaya bergantung pada arua yang dihasilkan oleh terminal pengeras suara sehingga akan menyebabkan maju mundurnya kerucut kertas yang menumbuk udara sehingga dihasilkan gelombang-gelombang bunyi sesuai dengan frekuensi pengeras suara. akan mengalir arus dari terminal pengeras suara menuju kumparan suara , sehingga didalam kumparan akan ada aliran elektron yang berada di dalam medan magnet. Elektron yang berada di medan magnet akan mengalami gaya lorentz yang dapat menimbulkan maju atau mundurnya kerucut kertas, sehingga elektron-elektron yang ada disekitar kerucut bertumbukan dengan udara yang mengakibatkan gelombang bunyi.

 

Daftar Pustaka

 

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika. Jakarta: Erlangga.

http://id.wikipedia.org, 2012. “ Gaya Lorentz”, 9 Oktober 2012: 17.00 WIB.

http://id.wikipedia.org/wiki/Motor_listrik, 2012. "Motor Listrik", 9 Oktober 2012: 17.30 WIB

http://youtube.com, 2012. "Aplikasi galvanometer", 9 Oktober 2012:17.30 WIB

Nama Anggota:

1. Dora Palupi

2. Fitri Handayani

3. Nesti Apriza

4. Talitha Amalia Zafirah

5. Tifani Viandra Devi

6. Trissia Rumanakusuma