Oersted Dan Gaya Lorenz 3z2o57

Nama : Siti Dhawiyah Kelas : XII IPA-7 No. Absen : 32 No. Peserta UN :

OERSTEDT DAN GAYA LORENZT

A. Landasan Teori 1. Hukum Oersted

Gambar 1.1 Han Christian Oersted

Hans Christian Oersted (1777 – 1851) fisikawan berkebangsaan Denmark. Setelah melakukan eksperimen cukup lama, pada tahun 1819 Oersted berhasil menemukan bahwa, ”Jika sebuah magnet jarum (kompas kecil) didekatkan pada suatu penghantar yang berarus listrik, magnet jarum akan menyimpang”. Hal ini menunjukkan bahwa di sekitar kawat berarus terdapat medan magnet. Hukum Oersted Jika muatan listrik mengalir melalui kawat penghantar konduktor, maka akan timbul pengaruh magnetik disekitar kawar berarus tersebut. Pengaruh magnetik ini mampu menarik bahan magnetik lainnya. Jika serbuk besi diletakkan disekitar kawat berarus maka serbuk besi tersebut akan berarah secara teratur. Untuk mengetahui hubungan antara arus, kuat arus, dan medan magnet yang timbul, dapat dilakukan percobaan berikut ini. Hans Christian Oersted, pada tahun 1820, mengadakan penelitian tentang pengaruh medanmagnet disekitar kawat berarus.Percobaan Oersted ini menggawali penelitian lanjutan mengenai bentuk medan magnet yang dihasilkan oleh energi listrik. Disekitar medan magnet permanen atau kawat penghantar berarus merupakan daerah medan magnet. Vektor dalam medan magnet tersebut dilambangkan dengan B atau disebut dengan induksi medan magnet. Dalam SI, satuan induksi magnet B adalah Tesla. Dari percobaan ini dapat diketahui: a. Dalam kawat penghantar yang dilewati arus listrik disekitarnya akan timbul garis gaya magnet.

b. Arus listrik menghasilkan gaya yang dapat memutar magnet yang ada di dekatnya. Kawat berarus akan menimbulkan jarum pada kompas bergerak. c. Simpangan jarum kompas tergantung arah arus pada kawat dan letaknya (1) Pada penghantar yang arah arus listriknya mengalir menurut arah selatan ke utara, jika magnet jarum diletakkan dibawah kawat maka kutub utara magnet jarum akan berputar ke kiri (2) Pada penghantar yang arah arus listriknya mengalir menurut arah selatan ke utara, jika magnet jarum diletakkan diatas kawat maka kutub utara magnet jarum akan berputar ke kanan (3) Efek ini akan berlaku kebalikan jika arah arus listrik pada penghantar mengalir menurut arah Utara ke Selatan. Jika diatas suatu kompas dibentangkan sebuah kawat secara sejajar, maka jika kawat tersebut dialiri arus listrik, maka jarum kompas akan menyimpang. Hal ini menunjukkan adanya medan magnetik di sekitar arus listrik. Arah garis-garis medan magnetik yang terdapat di sekitar kawat berarus sesuai dengan kaidah tangan kanan atau aturan sekrup putar kanan. Aturan tangan kanan ini dilakukan dengan menggenggam jari-jari dan ibu jari menunjuk keatas seperti terlihat pada gambar disamping. Hukum atau aturan tangan kanan berfungsi untuk mencari arah medan magnet. Bunyi hukum atau aturan tangan kanan adalah sebagai berikut :

Gambar 1.2 Kaidah tangan kanan

“Apabila arah ibu jari menyatakan arah aliran arus listrik, maka arah lipatan jari-jari yang lainnya menyatakan arah medan magnet.“ 

Medan magnet di dalam ruangan terjadi karena ada arus listrik disekitarnya. Arus listrik menyebabkan medan magnet disekitar kawat yang dialiri listrik. Apabila melalui penghantar itu dialirkan arus listrik, ruang di sekitar penghantar itu mengalami perubahan. Adanya perubahan itu hanya dapat diketahui secara tidak langsung, di antaranya dari menyimpangnya arah sebuah magnet jarum yang ada di ruangan itu, seperti pada percobaan Oersted. Penyimpangan kutub magnet utara menunjukkan adanya medan magnet di sekitar kawat beraliran arus listrik. Penyimpangan kutub utara magnet ini memberi petunjuk tentang arah medan magnet di sekitar kawat berarus.Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet. Garis-garis tersebut tidak pernah saling berpotongan. Kerapatan garis-garis gaya magnet menunjukkan kekuatan medan magnet.

Gambar 1.3 medan magnet



Hukum Biot-Savart Pada saat Hans Christian Oersed mengadakan percobaan untuk mengamati hubungan antara kelistrikan dan kemagnetan, ia belum sampai menghitung besarnya kuat medan magnet di suatu titik di sekitar kawat berarus. Perhitungan secara matematik baru dikemukakan oleh ilmuwan dari Prancis yaitu Jean Bastiste Biot dan Felix Savart. Berdasarkan hasil eksperimennya tentang pengamatan medan magnet di suatu titik P yang dipengaruhi oleh suatu kawat penghantar dl, yang dialiri arus listrik I diperoleh kesimpulan bahwa besarnya kuat medan magnet (yang kemudian disebut induksi magnet yang diberi lambang B) di titik P :

Gambar 1.4 Induksi magnetik dB akibat elemen penghantar dl berarus listri I

Hukum Biot-Savart yang secara matematik dapat dinyatakan dalam persamaan :

dengan : dB = Induksi magnet di titik P (Wb/m2 atau Tesla) I = kuat arus listrik (A) dl = panjang elemen kawat berarus (m) θ = sudut antara arah I dengan garis hubung P ke dl k=

= bilangan konstanta = 10-7 Wb A-1m-1r = jarak dari P ke dl (m)

2. Gaya Lorenzt Lorentz merupakan nama dari sebuah gaya dalam fisika modern yang diambil dari nama belakang seorang ahli fisika kelahiran Arnhem Belanda yang bernama Hendrik Anton Lorentz. Ahli fisika asal negeri kincir angin ini meneliti tentang sebuah interaksi penghantar berarus yang diletakkan di dalam sebuah medan magnet. Dan hasilnya ia berhasil menemukan sebuah gaya yang kemudian disebut dengan gaya lorentz. 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) Contoh penerapan gaya Lorentz pada kehidupan sehari-hari adalah alat ukur listrik, kipas dll. 

Penerapan Gaya Lorentz (1) Penerapan Gaya Lorentz untuk Galvanometer Galvanometer berperan sebagai komponen dasar pada beberapa alat ukur, antara lain amperemeter, voltmeter, serta ohmmeter. Peralatan ini digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus listrik lemah.

Gambar 2.1 Galvanometer

Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar, galvanometer berupa kumparan bergerak, terdiri atas sebuah kumparan terbuat dari kawat tembaga isolasi halus dan dapat berputar pada sumbunya yang mengelilingi sebuah inti besi lunak tetap yang berada di antara kutub-kutub suatu magnet permanen. Interaksi antara medan magnetik B permanen dengan sisi-sisi kumparan akan dihasilkan bila arus I mengalir melaluinya, sehingga akan mengakibatkan torka pada kumparan. Kumparan bergerak memiliki tongkat penunjuk atau cermin yang membelokkan berkas cahaya ketika bergerak, dimana tingkat pembelokan tersebut merupakan ukuran kekuatan arus. (2) Penerapan Gaya Lorentz untuk Motor Listrik Sebuah motor listrik merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin ini tidak bising, bersih, dan memiliki efisiensi tinggi. Alat ini bekerja dengan prinsip bahwa arus yang mengalir melalui kumparan di dalam medan magnet akan mengalami gaya yang digunakan untuk memutar kumparan.

Gambar 2.2 Motor Listrik

Pada motor induksi, arus bolak-balik diberikan pada kumparan tetap (stator), yang menimbulkan medan magnetik sekaligus menghasilkan arus di dalam kumparan

berputar (rotor) yang mengelilinginya. Keuntungan motor jenis ini adalah arus tidak harus diumpankan melalui komutator ke bagian mesin yang bergerak. Pada motor serempak (synchronous motor), arus bolak-balik yang hanya diumpankan pada stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar dan terkunci dengan medan rotor. Dalam hal ini magnet bebas, sehingga menyebabkan rotor berputar dengan kelajuan yang sama dengan putaran medan stator. Rotor dapat berupa magnet permanen atau magnet listrik yang diumpani arus searah melalui cincin geser. (3) Penerapan Gaya Lorentz untuk Relai

Gambar 2.3 Relai

Relai merupakan suatu alat dengan sebuah sakelar, untuk menutup relai digunakan magnet listrik. Arus yang relatif kecil dalam kumparan magnet listrik dapat digunakan untuk menghidupkan arus yang besar tanpa terjadi hubungan listrik antara kedua rangkaian. (4) Penerapan Gaya Magnet untuk Kereta Maglev

Gambar 2.4 kereta maglev

Maglev merupakan kereta api yang menerapkan konsep magnet listrik untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kata “Maglev” berasal dari magnetic levitation. Kereta api ini dipasangi magnet Kereta Maglevlistrik di bawahnya yang bergerak pada jalur bermagnet listrik. Magnet tolak-menolak sehingga kereta api melayang tepat di atas jalur lintasan. Gesekan kereta api dengan jalur lintasan berkurang sehingga kereta api bergerak lebih cepat. (5) Penerapan Gaya Magnet untuk Video Recorder

Gambar 2.5 camcorder

Pada video recorder, sinyal disimpan di dalam pita magnetik. Video recorder sangat tergantung pada magnetisme dan listrik. Ia menggunakan dorongan magnetik dari kawat yang membawa arus dalam motor listrik untuk memutar drum pada kecepatan tinggi dan menggerakkan pita yang melaluinya dengan lembut. Untuk merekam suatu program, arus yang mengalir melalui kumparan kawat di dalam drum digunakan untuk menciptakan pola magnetik pada pipa. Jika pita tersebut diputar ulang, alat perekam menggunakan pola magnetik ini untuk menghasilkan arus yang dapat diubah ke dalam gambar. 

Menentukan Arah Gaya Lorentz Dalam berbagai aplikasi soal fisika sering sekali kita menanyakan arah dari gaya lorentz. Untuk menentukan arah gaya lorentz kita bisa menggunakan dua alternatif cara/kaidah yakni dengan kaidah tangan kanan atau kaidah pemutaran sekrup. Lihatlah seperti gambar yang ada dibawah ini !

B

FL ii = arah ibu jari B = arah jari telunjuk F = arah ketiga jari (Gaya Lorentz) Besar gaya Lorentz sebanding dengan kuat medan magnet, arus listrik, dan panjang kawat. Bila kedudukan gaya, kuat medan magnet dan arus listrik saling tegak lurus, maka besarnya gaya Lorentz bisa dirumuskan seperti yang ada dibawah berikut ini. Rumus Gaya Lorentz : Florentz = B I L sin α Keterangan : B = kuat medan magnet (Tesla) I = kuat arus yang mengalir pada kawat (ampere) L = panjang kawat (meter) α = sudut yang dibentuk oleh B dan I B. Tujuan 1. Menentukan arah induksi magnet pada kawat lurus 2. Menentukan arah Gaya Lorentz

C. Alat dan Bahan 1. Kabel 2. Kawat tembaga 3. Dudukan Oerstedt

4. Power Supply 5. Kompas jarum 6. Magnet Ladam 7. Dudukan Oerstedt Gaya Lorentz D. Langkah Kerja 1. Rangkailah alat percobaan orted

Kompas Jarum Kabel

Kawat Tembaga

Power Supply/ baterai

2. Letakkan magnet jarum di bawah kawat tembaga 3. Sambungkan saklar 4. Amati yang terjadi pada kompas jarum 5. Catatlah hasil pengamatan pada data pengamatan 6. Tukarkan kutubnya (positif ke negatif dan negatif ke positif) 7. Amati yang terjadi pada kompas jarum 8. Catatlah hasil pengamatan pada data pengamatan 9. Rangkailah alat percobaan Gaya Lorentz

10. Letakkan magnet U seperti pada gambar rangkaian 11. Sambungkan saklar

12. Amati yang terjadi pada kawat tembaga 13. Catatlah hasil pengamatan pada data pengamatan 14. Tukarkan kutubnya (positif ke negatif dan negatif ke positif) 15. Amati yang terjadi pada kawat tembaga 16. Catatlah hasil pengamatan pada data pengamatan E. Data Pengamatan 1. Hukum Orsted No

Arah Arus

Arah Induksi Magnetik

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

2. Gaya Lorentz No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Arah Arus (i)

Arah Magnetik (B)

Arah Gaya Lorentz

F. Kesimpulan