Gaya Lorentz. Disusun Oleh : 1. Deri Febrianto (A1E011053) 2. Esra Lenni Waty (A1E011057) 3. Faiza Maizora (A1E011073)

Transkripsi

1 Gaya Lorentz Disusun Oleh : 1. Deri Febrianto (A1E011053) 2. Esra Lenni Waty (A1E011057) 3. Faiza Maizora (A1E011073) Dosen Pembimbing : Sutarno,S.si M.si Asisten Dosen : 1. Jessika Dwi Rodesi (A1E009070) 2. Meky Saputra (A1E010026) UNIVERSITAS BENGKULU FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM LABORATORIUM PENGAJARAN FISIKA 2013

2 Kata Pengantar Puji syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmad-nyalah kami diberi kesempatan unutuk menyelesaikan buku siswa dan LKS ini guna memenuhi tugas kami dalam perkuliahan alat ukur ini. Kami juga berterima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu kami dalam penyelesaian tugas ini, terima kasih kepada dosen pembimbing dan asissten dosen yang telah membimbing kami dalam menyelesaikan perampungan tugas ini. Kami penulis berharap supaya buku ini dapat bermanfaat unntuk kita semua, bermanfaat karena dapat kita pelajari isi yang terkandung didalamnya, dan buku siswa beserta LKS ini dapat digunakan dalam pembelajaran kita. Tentunya dalam penyusunan buku ini terdapat banyak kekurangan serta jauh dari kata sempurna, karena kita masih sama-sama belajar sehingga kami penulis meminta saran dan kritik yang membangun dari para pembaca yang budiman sehingga dapat menutupi kekurangan dan kelemahan dari buku ini.sehingga dapat menyempurnakan hasil penulisan buku ini. Akhir kata kami para penulis berharap penulisan buku ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak. Dengan segala kerendaha hati, kami para penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Karena kami sadar bahwa penulisan buku ini jauh dari kata kesempurnaan. Tiada kesempurnaan dalam diri manusia, karena kesempurnaan adalah milik Tuhan Yang Maha Esa. Semoga penulisan buku siswa dan LKS ini bermanfaat untuk kita semua. Bengkulu, Maret 2013 Penulis

3 Gaya lorentz Standar Kompetensi : Mendemonstrasikan pengetahuannya pada pengukuran gejala-gejala alam dalam melakukan kerja ilmiah dalam pemecahan masalah sambil mengembangkan sikap ilmiah, dan berkomunikasi ilmiah. Kompetensi Dasar : Memformlasikan hasil percobaan tentang gaya magnet yang terjadi pada muatan listrik/kawat berarus. Indikator : 1. Mendeskripsikan induksi magnetik sekitar kawat berarus. 2. Mendeskripsikan gaya magnetik pada kawat berarus dan muatan bergerak. 3. Menerapkan prinsip induksi magnetik dan gaya magnetik dalam teknologi. Tujuan Pembelajaran Peserta didik dapat: 1. Menerangkan fenomena kemagnetan dalam kehidupan sehari-hari. 2. Menjelaskan gaya antar-kutub magnet. 3. Menganalisis pengaruh medan magnet terhadap kawat yang dialiri arus listrik dan terhadap muatan listrik yang bergerak. 4. Menjelaskan pengertian gaya Lorentz. 5. Menjelaskan aplikasi gaya Lorentz pada beberapa produk teknologi.. 6. Menganalisis fenomena munculnya medan magnet pada suatu konduktor berarus melalui hukum Biot-Savart. 7. Merumuskan besarnya medan magnet pada kawat berarus listrik dalam beragam bentuk geometri.

4 Magnetik 1. MEDAN MAGNET a. Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus Besarnya medan magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik dipengaruhi oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil kuat medan magnetnya seperti terlihat pada gambar 1.1. Gambar 1.1. kuat medan magnet terhadap jarak. Berdasarkan perumusan matematik oleh Biot-Savart maka besarnya kuat medan magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan dengan : B = Medan magnet dalam tesla ( T ) μo = permeabilitas ruang hampa I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A ) a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)

5 Arah medan magnet menggunakan aturan tangan kanan Gambar 1.2 arah medan magnet menggunakan arah tangan kanan Medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya menggunakan operasi vektor. Berikut ditampilkan beberapa gambar yang menunnjukkan arah arus dan arah medan magnet. Arah medan magnet didaerah titik P ( diatas kawat berarus listrik ) menembus bidang menjauhi pengamat sedang didaerah titik Q dibawah kawat berarus listrik menembus bidang mendekatipengamat. Tanda titik menunjukkan arah medan menembus bidang mendekati pengamat. Tanda silang menunjukkan arah medan menembus bidang menjauhi pengamat. Tanda anak panah biru menunjukkan arah arus listrik. Pada sumbu koordinat x, y, z kawat berarus listrik berada pada bidang xoz dan bersilangan dengan sb. Z negative. Arah arus listrik searah dengan sumbu x positif. Jarak antara kawat I dengan titik pusat koordinat (O) adalah a maka besarnya medan magnet dititik (O) tersebut searah dengan sumbu y negative, seperti terlihat pada gambar dibawah ini: Gambar 1.3 : arah arus dan arah medan magnet Keterangan gambar: I = arus listrik B = medan magnet Tanda panah biru menunjukkan arah arus listrik

6 b. Medan Magnet di Sekitar Kawat Melingkar Besar dan arah medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dapat ditentukan dengan rumus : Keterangan: BP = Induksi magnet di P pada sumbu kawat melingkar dalam tesla ( T) I = kuat arus pada kawat dalam ampere ( A ) a = jari-jari kawat melingkar dalam meter ( m ) r = jarak P ke lingkaran kawat dalam meter ( m ) θ = sudut antara sumbu kawat dan garis hubung P ke titik pada lingkaran kawat dalam derajad ( ) x = jarak titik P ke pusat lingkaran dalam mater ( m ) Besarnya medan magnet di pusat kawat melingkar dapat dihitung B = Medan magnet dalam tesla ( T ) μo = permeabilitas ruang hampa = 4п Wb/amp. m I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A ) a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m) r = jari-jari lingkaran yang dibuat

7 Arah ditentukan dengan kaidah tangan kanan Apabila kawat melingkar tersebut dialiri arus listrik dengan arah tertentu maka disumbu pusat lingkaran akan muncul medan magnet dengan arah tertentu. Arah medan magnet ini ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Dengan aturan sebagai berikut: Apabila tangan kanan kita menggenggam maka arah ibu jari menunjukkan arah medan magnet sedangkan keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik Keterangan gambar : Gambar 1.4 arah medan magnet pada kawat melingkar c. Medan Magnet pada Solenoida Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang selanjutnya disebut kumparan, apabila dialiri arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet batang. Kumparan ini disebut dengan Solenida Gambar 1.5 Medan Magnet pada Solenoida Besarnya medan magnet disumbu pusat (titik O) Solenoida dapat dihitung : Bo= μo I N Bo = medan magnet pada pusat solenoida dalam tesla ( T ) μ0 = permeabilitas ruang hampa = 4п Wb/amp. M I = kuat arus listrik dalam ampere ( A ) N = jumlah lilitan dalam solenoida L = panjang solenoida dalam meter ( m ) Bo= L μo I N L

8 Dengan arah medan magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Arah arus menentukan arah medan magnet pada Solenoida. Gambar 1.6 Besarnya medan magnet di ujung Solenida (titik P) dapat dihitung: Keterangan : BP= μ0 I N 2L BP = Medan magnet diujung Solenoida dalam tesla ( T ) N = jumlah lilitan pada Solenoida dalam lilitan I = kuat arus listrik dalam ampere ( A ) L = Panjang Solenoida dalam meter ( m ) μ0 = permeabilitas ruang hampa udara = 4п Wb/amp. M 2. GAYA LORENT Gaya Lorent adalah adalah gaya (dalam bidang fisika) 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: Dimana: F adalah gaya (dalam satuan/unit newton) B adalah medan magnet (dalam unit tesla) q adalah muatan listrik (dalam satuan coulomb) v adalah arah kecepatan muatan (dalam unit meter per detik) x adalah perkalian silang dari operasi vektor

9 Arah medan magnetik di sekitar kawat penghantar lurus berarus listrik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), maka arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat digunakan untuk menemukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk lingkaran yang dialiri listrik sepertiterlihat pada gambar berikut. Gambar 2.1 : kaidah tangan kanan Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik, dapat dilakukan dengan cara: 1. Perhatikan arah listrik yang mengalir pada kumparan. 2. Ujung kumparan yang pertama kali mendapat arus listrik dijadikan sebagai pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet. 3. Kemudian genggam ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawan pada inti besi. Gambar 2.2 :cara mengenggam ujung kumparan. 4. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggam kumparan yang berinti besi. 5. Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. 6. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tangan ke belakang, kemudian genggam kumparan kawat itu. 7. Dengan cara yang sama kita dapat juga menentukan letak kutub utara, dan kutub selatan magnet.

10 Ternyata penghantar berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet juga mengalami gaya magnet. Hal ini ditemukan pertama kali oleh Hendrik Antoon Lorentz. Gaya Lorentz terjadi apabila kawat penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnetik. Besar gaya Lorentz bergantung pada besar medan magnetik, panjang penghantar, dan besar arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar. Untuk arah aliran arus listrik tegak lurus terhadap arah medan magnet, gaya Lorentz dapat dinyatakan dengan: F = B x I x l Keterangan: F = gaya Lorentz pada kawat (N) B = medan magnet (Tesla) I = arus listrik (A) l = panjang kawat (m) LEMBAR KERJA SISWA A. Tujuan Percobaan Mengamati arah gaya lorent pada kawat berarus B. Alat dan Bahan 1. Magnet tapal kuda 2. Ampere meter 3. Batang statif pendek 2 buah 4. Dasar statif 2 buah 5. Balok pendukung 2 buah 6. Kabel penghubung 6buah 7. Resistor 47 Ω 8. Catu daya

11 9. Seutas kawat serabut 10. Papan rangkaian C. Rumusan Masalah 1. Bagaimana arah gaya lorent yang terjadi pada kawat berarus? 2. Bagaimana hubungan besar arus dengan gaya lorent? D. Hipotesis (Dugaan Sementara) E. Langkah-langkah percobaan Kegiatan 1.

12 1. Rangkai alat sesuai gambar diatas kawat sedikit dikendorkan 2. Kemudian buatlah saklar dalam posisi terbuka, untuk pertama arah medan magnet dari utara ke selatan, dan arah arus mengalir dari timur ke barat,amatilah arah gerak kawat. Catat hasil pengamatan. 3. Dalam posisi yang sama dengan rangkaian pertama, kita balik posisi magnet ( selatan ke utara), dan buka saklar, perhatikan arah gerak kawat, catat hasil pengamatan 4. Untuk posisi kedua, kita ubah arah arus dari barat ke timur, dengan cara memindahkan kabel penghubung positif ke negative, posisi magnet yaitu utara ke selatan, buka saklar dan amati gerak kawat. Catat hasil pengamatan 5. Dengan posisi kedua, kita ubah posisi magnet selatan ke utara, buka saklar, amati gerak kawat, dan catat hasil pengamatan.

13 PERTANYAAN Jawab: 1. Bagaimana arah gerak kawat dari hasil pengamatan kalian mulai langkah 2 sampai 4 Langkah Arah arus Arah medan magnet Arah gaya lorent 1 Timur ke Barat Utara ke Selatan 2 Timur ke Barat Selatan ke Utara 3 Barat ke Timur Utara ke Selatan 4 Barat ke Timur Selatan ke Utara 2. Apakah percobaan diatas, untuk menentukan arah gaya lorent sesuai dengan hipotesis anda? Jawab: Bagaimana kesimpulan yang anda dapat dari percobaan? Jawab :

14 kegiatan 2 langkah-langkah percobaan 1. Rangkailah alat- alat seperti gambar rangkaian pada kegiatan Ubahlah besarnya arus besar nya tegangan pada catu daya. yaitu 6V, 9V dan 12 V. 3. Amatilah gerak kawat dari setiap besarnya arus, amati besarnya simpangan gerak kawat. 4. Catat hasil pengamatan. PERTANYAAN 1. Bagaimana pengamatan anda dari gerak kawat pada setiap besarnya arus? Jawab : No Besar tegangan Simpangan gerak kawat 1 6V 2 9V 3 12 V 2. Bagaimana hubungan antara besar arus dengan simpangan gerak kawat (gaya lorent) Jawab :

15 Bagaimana kesimpulan anda? Jawab: DAFTAR PUSTAKA Giancoli, douglas.2001.fisika.jakarta:erlangga Yuliza.1999.fisika dasar 2.Jakarta: Pusat pengembangan bahan ajar-umb Anonim.2012.zakapedia.com. ( diakses 24 februari 2013)