Kegunaan Elektromagnet, Gaya Lorentz dan Penerapannya

By | April 5, 2020

Kegunaan Elektromagnet, Gaya Lorentz dan Penerapannya – Jika pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang elektromagnet, nah pada topik kali ini kalian akan belajar tentang kegunaan elektromagnet. Pada topik sebelumnya kalian telah mengenal kegunaan elektromagnet ini, yaitu pada motor listrik dan speaker. Ternyata banyak sekali perangkat elektronik di rumah kita yang kerjanya menggunakan speaker dan motor listrik. Contohnya adalah televisi, radio, blender, dan kipas angin. Dengan demikian, elektromagnet sangatlah berguna dalam kehidupan sehari-hari. Untuk membahas lebih jauh mengenai kegunaan elektromagnet, yuk kita pelajari materi ini.

Kegunaan Elektromagnet, Gaya Lorentz dan Penerapannya

Kegunaan Elektromagnet, Gaya Lorentz dan Penerapannya

Pertama, mari kita ulas kembali pengertian dari elektromagnet. Elektromagnet adalah magnet yang dibuat dengan melilitkan kawat listrik pada besi atau feromagnetik lain. Saat kumparan kawat listrik tersebut dialiri arus listrik, maka akan terbentuk magnet. Nah, magnet inilah yang disebut elektromagnet. Kutub utara dan kutub selatan magnet ditentukan oleh arah arus listrik. Jika arah arus listrik diubah, kutub magnet pun berubah. Nah, salah satu keuntungan dari elektromagnet ini adalah kita dapat mengubah posisi kutub utara dan selatan dari magnet.

Motor Listrik

Mari kita lihat bagaimana sebenarnya fungsi elektromagnet di dalam motor listrik ini. Elektromagnet di dalam motor listrik dapat berubah kutub saat arah arus listrik dirubah. Hal tersebut karena di dalam motor listrik terdapat magnet permanen. Kutub utara magnet permanen tersebut berdekatan dengan kutub utara elektromagnet, sehingga gerakan magnet permanen akan selalu mendorong elektromagnet. Dorongan ini membuat elektromagnet berputar sehingga posisi kutub selatannya mendekati kutub utara magnet permanen. Pada saat kutub selatan elektromagnet mendekati kutub utara magnet permanen, arah arus berubah. Hal Ini yang menyebabkan elektromagnet dapat berputar secara terus menerus. Inilah asal putaran pada motor listrik.

Motor listrik dan komponen di dalamnya

Gambar 1. Motor listrik dan komponen di dalamnya (Sumber: Wikipedia, gambar berada di bawah lisensi Creative Commons)

Selain motor listrik, alat lain yang memanfaatkan elektromagnet adalah speaker. Mari kita lihat cara kerja speaker ini.

♣ Speaker

Speaker merupakan alat yang digunakan untuk mengeluarkan suara di televisi, radio, dan telepon genggam. Cara kerja speaker adalah sebagai berikut.

Bagian dari speaker

Gambar 2. Bagian dari speaker 1. Magnet permanen, 2. Kumparan, 3 dan 4. Membran speaker (Sumber: Wikipedia, gambar di bawah lisensi Creative Commons)

Di dalam speaker terdapat kumparan yang berisi besi. Besi ini akan menjadi magnet saat kumparan dialiri arus listrik. Kekuatan dan arah aliran listrik di dalam kumparan selalu berubah-ubah. Perubahan ini sesuai dengan suara yang akan dikeluarkan melalui speaker. Akibat perubahan ini, elektromagnet dapat mengalami perubahan kutub dan kekuatan. Hal ini menyebabkan interaksi antara elektromagnet dan magnet permanen dapat berubah-ubah. Interaksi yang terjadi adalah tarik-menarik dan tolak-menolak. Gerakan tarik-menarik dan tolak-menolak inilah yang menggerakkan membran speaker. Gerakan membran speaker inilah kemudian menciptakan suara sesuai aslinya.

Gaya Lorentz dan Penerapannya

Pada topik ini kalian akan belajar tentang gaya Lorentz. Apakah sebenarnya Gaya Lorentz? Simak cerita berikut.

Kilas Ilmuwan

Hans Christian Oersted merupakan orang pertama yang membuktikan bahwa kawat penghantar dapat menghasilkan medan magnet ketika dialiri listrik. Penemuan Oersted tersebut dikembangkan lebih lanjut oleh Ilmuwan lain yaitu Hendrik Antoon Lorentz. Jika sebelumnya kawat tersebut telah berada di suatu medan magnet tertentu, maka peristiwa apa yang akan terjadi? Pemikiran tersebut mendorong Lorentz untuk melakukan eksperimen serupa tetapi dengan menambahkan medan magnet awal di sekitar kawat penghantar. Apakah efek yang akan terjadi jika garis-garis gaya magnet keduanya berinteraksi? Inilah cikal bakal terbentuknya rumusan gaya Lorentz.

Gaya Lorentz adalah gaya yang timbul akibat interaksi kawat berarus listrik di dalam medan magnet. Besarnya gaya ini ditentukan oleh 3 hal, yaitu besarnya arus yang mengalir pada kawat, panjang kawat, dan besarnya medan magnet yang berada di sekitar kawat. Secara matematis, gaya Lorent (F) dirumuskan sebagai berikut.

F = BIℓ

Keterangan:
F = gaya Lorentz (N)
I = besar arus (Ampere);
B = besarnya medan magnet (Tesla); dan
ℓ = panjang kawat (meter).

Pertanyaan selanjutnya adalah ke mana arah gaya ini? Nah, untuk menentukan arah Gaya Lorentz, gunakanlah prinsip tangan kanan. Apa itu prinsip tangan kanan? Prinsip tangan kanan adalah cara untuk mengetahui arah dari suatu besaran menggunakan bagian-bagian tangan kanan kita. Jadi, rentangkanlah tangan kanan kalian, lalu buka telapaknya seperti pada Gambar 1 berikut.

 Aturan tangan kanan

Gambar 1. Aturan tangan kanan (Sumber: Wikipeda, di bawah lisensi Creative Commons)

Prinsip tangan kanan ini biasa digunakan untuk mengoperasikan perkalian silang dua besaran vektor. Besaran vektor itu sendiri adalah besaran yang tidak hanya memiliki nilai tapi juga memiliki arah. Nah, arus listrik dan medan magnet adalah besaran vektor, sehingga dibutuhkan perinsip tangan kanan untuk mengalikan keduanya. Perkalian vektor akan mengahasilkan dua komponen utama yaitu besar (besar gaya Lorentz) dan arah (arah gaya Lorentz). Berdasarkan prinsip tangan kanan, arus listrik disimbolkan dengan ibu jari, sedangkan medan magnet disimbolkan oleh keempat jari lainnya. Jika arus listrik mengalir searah ibu jari dan medan magnet searah keempat jari lainnya, maka kawat listrik akan merasakan gaya Lorentz yang arahnya atas (tegak lurus dengan telapak tangan).

Penerapan Gaya Lorentz

Salah satu penerapan gaya Lorentz ini terdapat pada motor listrik. Kumparan dalam motor listrik akan berputar akibat adanya pengaruh gaya Lorentz. Kumparan inilah yang memutar sumbu motor. Medan magnet B dalam motor listrik berasal dari magnet permanen yang biasanya berbentuk melengkung. Perhatikan Gambar 2 berikut ini.

Motor listrik

Gambar 2. Motor listrik (Sumber: Wikipedia, di bawah lisensi Creative Commons)

Contoh Soal

Sebuah kawat yang panjangnya 1 meter dialiri arus sebesar 0,5 A. Jika besar medan magnet yang berada di sekitar kawat adalah 2 T, berapakah besar gaya Lorentz yang dirasakan oleh kawat?
Pembahasan
Diketahui:
ℓ = 1 m
I = 0,5 A
B = 2 T
Ditanyakan: F ?
Jawab:
F = BIℓ
F = (2)(0,5)(1)
F = 1 N
Jadi, besar gaya Lorentz yang dirasakan kawat adalah 1 N.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *