Bab. 6 Kemagnetan dan Pemanfaatannya (Materi 2 : Medan Magnet dan Gaya Lorentz)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.6. Menerapkan konsep kemagnetan, induksi elektromagnetik, dan pemanfaatan medan magnet dalam kehidupan sehari - hari.

Keterampilan

4.6. Membuat rancangan karya sederhana yang memanfaatkan prinsip elektromagnet dan/ atau induksi elektromagnetik.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan konsep medan magnet dengan benar.

2. Menganalisis medan magnet di sekitar arus listrik dengan benar.

3. Menentukan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus sesuai kaidah tangan kanan dengan benar.

4. Menjelaskan konsep gaya Lorentz dengan benar.

5. Menentukan arah gaya Lorentz sesuai kaidah tangan kanan dengan benar.

6. Menerapkan perhitungan gaya Lorentz dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

A. Medan Magnet

• Medan magnet adalah ruang/daerah di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet tersebut. Medan magnet digambarkan dengan garis–garis gaya magnet, dan dinyatakan dengan anak panah. 
• Hal-hal yang perlu diperhatikan tentang garis-garis gaya magnet adalah: 
• Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.
• Garis-garis gaya magnet selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet. 
• Tempat yang garis-garis gaya magnetnya rapat menunjukkan medan magnetnya kuat, sebaliknya tempat yang garis-garis magnetiknya renggang menunjukkan medan magnetnya lemah.
  

B. Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

• Dari definisi medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih terpengaruh oleh gaya magnet. Ternyata medan magnet juga dapat dihasilkan dari arus listrik.
• Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukan secara tidak sengaja oleh Hans Christian Oersted (1770-1851).
• Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akan bergerak (menyimpang). 
• Penyimpangan magnet jarum kompas akan makin besar jika kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat diperbesar. 
• Arah penyimpangan jarum kompas bergantung arah arus listrik yang mengalir dalam kawat. Gejala itu terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidak dialiri arus listrik, medan magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi.
• Perubahan arah arus listrik ternyata juga mempengaruhi perubahan arah penyimpangan jarum kompas. Perubahan jarum kompas menunjukkan perubahan arah medan magnet.

  

  Percobaan Oersted

  
  
• Gambar (a) Kawat belum dialiri arus listrik, sehingga jarum magnet tidak menyimpang.
• Gambar (b). Kawat dialiri arus listrik dengan arah ke bawah, jarum magnet menyimpang ke kanan.
• Gambar (c). Kawat dialiri arus listrik dengan arah ke atas, jarum magnetik menyimpang ke kiri.


• Untuk menentukan arah medan magnet, kita gunakan aturan tangan kanan seperti gambar berikut:
  
  Keterangan :
• Ibu jari menunjukkan arah arus (I)
• Keempat jari tangan menunjukkan arah medan magnet (B)

 = masuk bidang/menjauhi pengamat

= keluar bidang/mendekati pengamat

C. Gaya Lorentz 

• Interaksi medan magnet dari kawat berarus dengan medan magnet tetap akan menghasilkan gaya magnet. Pada peristiwa ini terdapat hubungan antara arus listrik, medan magnet tetap, dan gaya magnet. Hubungan besaran-besaran itu ditemukan oleh fisikawan Belanda, Hendrik Anton Lorentz (1853-1928) sehingga gaya magnet tersebut dinamakan Gaya Lorentz.
• Gaya lorentz adalah gaya yang timbul pada kawat berarus ketika berada dalam medan magnet.
• Perhatikan ilustrasi berikut!
  
  
  
• Pada ilustrasi percobaan tersebut, terdapat sebuah benda konduktor berupa kawat yang diletakkan di antara dua buah magnet. Kedua magnet ini memiliki kutub yang berbeda, yaitu kutub Selatan (South/S) dan kutub Utara (North/N). Kemudian, kawat tersebut dialiri dengan arus listrik.
• Tanda panah merah menunjukkan arah medan magnet, sedangkan garis kuning menunjukkan arah arus listrik yang mengalir pada kawat.
• Coba perhatikan baik-baik. Apa yang terjadi pada kawat? Yup! Kawat tersebut ternyata membengkok ke atas. Hal ini terjadi akibat adanya Gaya Lorentz yang timbul. 
• Besar gaya Lorentz dapat ditentukan dengan rumus:
  

Keterangan :
F = gaya Lorentz (N)
B = kuat medan magnet (T)
I = kuat arus listrik (A)
L= panjang kawat penghantar (m)


• Berdasarkan rumus di atas, tampak bahwa apabila arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, besar gaya Lorentz bergantung pada panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet. Gaya Lorentz yang ditimbulkan makin besar, jika panjang kawat, kuat arus listrik, dan kuat medan magnet makin besar.
• Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. 
• Ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I) 
• Keempat jari menunjukkan arah medan magnetik (B)

 = masuk bidang/menjauhi pengamat

= keluar bidang/mendekati pengamat

• Telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz (F)
  

Kaidah Tangan Kanan

Perhatikan video berikut untuk penjelasan tentang arah Gaya Lorentz!

Contoh Soal :

1. Tentukan arah gaya Lorentz pada gambar berikut!

2. Sebuah kawat tembaga sepanjang 10 m dialiri arus listrik sebesar 5 mA. Jika kawat tembaga tersebut tegak lurus terhadap medan magnet sebesar 8 Tesla. Tentukanlah gaya Lorentz yang timbul ?

Penyelesaian :

Diketahui :

L = 10 m

I = 5 mA = 5/1000 A = 0,005 A = 5 .10⁻³ A 

B = 8 T

Ditanyakan : F = ?

Jawab :

F = B.I.L

F = 8 . 0,005 . 10 

F = 0,4 N

Jadi, gaya Lorentz yang timbul adalah 0,4 N.

3. Sebuah kawat penghantar memiliki panjang 200 cm berada dalam medan magnetik sehingga menghasilkan gaya Lorentz sebesar 48 N. Jika kawat tersebut dialiri arus listrik sebesar 800 𝛍A. Berapakah kuat medan magnet di sekitar kawat tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :

L = 200 cm = 200/100 m = 2 m

F = 48 N

I = 800 𝛍A = 800/1.000.000 A = 0,0008 A = 8 .10⁻⁴ A

Ditanyakan : B = ?

Jawab :

B = F / I.L

B = 48 N / ( 8 .10⁻⁴ . 2 )

B = 3 .10⁴ T = 30.000 T

Jadi, kuat medan magnet di sekitar kawat tersebut  adalah 30.000 T.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan :

1. Tentukan arah gaya Lorentz dari gambar berikut!

2. Apabila gaya Lorentz yang ditimbulkan oleh kawat tembaga sepanjang 5 m dan dialiri arus listrik sebesar 2 mA adalah 10 N, maka berapakah besar medan magnet yang melingkupi kawat tembaga tersebut?

3. Gaya lorentz pada sebuah kawat penghantar adalah 50 N. Jika panjang kawat 2 m dan medan magnetnya 5 T, maka tentukan besar kuat arus yang mengalir pada kawat tersebut!

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~