);

Contoh soal gaya Lorentz dan pembahasannya

Postingan ini membahas contoh soal gaya Lorentz / gaya magnet pada kawat berarus listrik, proton dan dua kawat sejajar yang disertai pembahasannya atau penyelesaiannya. Gaya Lorentz adalah gaya yang diakibatkan oleh muatan listrik yang bergerak atau arus listrik dalam medan magnet.

Rumus gaya lorentz kawat berarus listrik sebagai berikut:
F = B . i . L . sin α
Keterangan:
F = gaya Lorentz (N), B = medan magnet (T), i = arus listrik (A), L = panjang kawat (m) dan α = sudut antara B dengan i.
Rumus gaya lorentz muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet sebagai berikut:
F = q . v . B. sin α
q = muatan listrik (C), v = kecepatan muatan (m/s), B = medan magnet (T) dan α = sudut antara v dengan B.

Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal gaya Lorentz dan pembahasannya dibawah ini.

Contoh soal 1

Diketahui sebuah kawat penghantar lurus mengalir arus listrik dengan arah ke timur berada dalam medan magnet berarah ke utara. Pada kawat tersebut akan timbul gaya Lorentz dengan arah…

A. Selatan

B. Barat

C. Timur laut

D. Atas

E. Bawah

Pembahasan / penyelesaian soal

Soal ini jika digambarkan sebagai berikut:

menentukan arah gaya lorentz
menentukan arah gaya lorentz dengan kaidah tangan kanan

Berdasarkan gambar diatas maka arah gaya lorentz keluar bidang kertas atau ke atas. Jadi soal ini jawabannya D.


Contoh soal 2

Diketahui kawat lurus berarus listrik i berada diantara kutub utara dan selatan sebuah magnet.

Kawat diantara 2 kutub magnet
Kawat diantara 2 kutub magnet

Arah gaya Lorentz pada kawat adalah…

A. Dari kutub Utara menuju selatan
B. Menuju kutub selatan magnet
C.Menuju kutub utara magnet
D. Keluar bidang kertaa
E. Masuk bidang kertas

Pembahasan / penyelesaian soal

Arah medan magnet pada magnet batang berasal dari kutub utara menuju kutub selatan. Jadi arah medan magnet gambar diatas adalah ke kanan. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan maka arah gaya Lorentz adalah masuk bidang kertas. Jawaban soal ini adalah E.


Contoh soal 3

Diketahui kawat lurus berarus listrik 2 A berada dalam medan magnet sebesar 0,5 T yang arahnya tegak lurus terhadap arus. Jika gaya Lorentz yang bekerja pada kawat sebesar 2 N maka panjang kawat adalah…

A. 1 m

B. 2 m

C. 3 m

D. 4 m

E. 5 m

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui i = 2 A, B = 0,5 T, F = 2 N dan α = 90° (karena tegak lurus). Maka cara menentukan panjang kawat menggunakan rumus dibawah ini.

→ F = B . I . L . sin α
→ L =
F
B . I . sin 90°

→ L =
2 N
0,5 T . 2 A . 1
= 2 m.

Jadi panjang kawat sebesar 2 m. Jawaban soal ini adalah B.


Contoh soal 4

Diketahui sebuah kawat dengan panjang 1 m berarus listrik 10 A. Jika kawat diletakkan dalam medan magnet 0,01 T yang arahnya membentuk sudut 30° terhadap arah arus maka gaya magnet yang dialami kawat sebesar …

Pembahasan / penyelesaian soal

A. 0,05 N

B. 0,5 N

C. 2 N

D. 4 N

E. 8 N

Pada soal ini diketahui L = 1 m, I = 10 A, B = 0,01 T dan α = 30°. Maka gaya magnet pada kawat dihitung dengan cara dibawah ini:

→ F = B . I . L sin α
→ F = 0,01 T . 10 A . 1 m . sin 30°
→ F = 0,05 N

Jadi jawaban soal ini adalah A.


Contoh soal 5

Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 3000 m/s memasuki medan magnet 1000 T. Jika arah kecepatan dan medan magnet membentuk sudut 30 maka gaya Lorentz yang dialami elektro sebesar …

A. 1,6 x 10-13 N
B. 1,8 x 10-13 N
C. 2,4 x 10-13 N
D. 3,6 x 10-13 N
E. 4,8 x 10-13 N

Pembahasan / penyelesaian soal

Pada soal ini diketahui q = – 1,6 x 10-19 C (muatan elektron), v = 3000 m/s, B = 1000 T dan α = 30°. Maka gaya Lorentz yang dialami elektron dihitung dengan rumus sebagai berikut:

→ F = q . v . B . sin α
→ F = 1,6 x 10-19 . 3000 m/s . 1000 .
1
2

→ F = 2,4 x 10-13 N

Jadi soal ini jawabannya C.


Contoh soal 6

Sebuah proton (mp = 1,67 x 10-27 kg dan qp = 1,6 x 10-19 C) bergerak melingkar dalam medan magnet sebesar 2000 T seperti gambar dibawah ini.

Lintasan proton
Lintasan proton dalam medan magnet B

Kecepatan proton adalah…

A. 1,4 x 109 m/s
B. 13,4 x 109 m/s
C. 13,4 x 109 m/s
D. 17,5 x 109 m/s
E. 20,6 x 109 m/s

Untuk menghitung kecepatan proton atau elektron yang bergerak dalam medan magnet dengan menggunakan rumus dibawah ini.

→ r =
m . v
B . q

→ v =
r . B . q
m

→ v =
0,07 m. 2000 T . 1,6 x 10-19 C
1,67 x 10-27 kg

→ v = 13,4 x 109 m/s.

Jadi soal ini jawabannya B.


Contoh soal 7

Diketahui dua kawat sejajar berjarak 1 m satu sama lain dialiri arus listrik 1 A dengan arah yang sama. Gaya lorentz per satuan panjang kedua kawat adalah…

A. 4 x 107 N/m
B. 2 x 107 N/m
C. 2 x 10-7 N/m
D. 4 x 10-7 N/m
E. 8 x 10-7 N/m

Pembahasan soal / penyelesaian

Untuk menjawab soal ini kita gunakan rumus gaya Lorentz dua kawat sejajar yaitu:

F
L
=
μo . i1 . i2
2 . π . a
.
F
L
=
4π 10-7 Wb/A.m. 1 A . 1A
2 . π . 1 m
.
F
L
= 2 x 10-7 N/m.

Jadi soal ini jawabannya C.


Contoh soal 8

Diketahui dua kawat sejajar A dan B mempunyai panjang 2 m dan terpisah sejauh 2 cm. Kuat arus yang mengalir pada kawat B = 1,5 A mengalami gaya magnetik dari kawat A sebesar 6 x 10-5 N. Kuat arus pada kawat A adalah…

A. 1 A

B. 2 A

C. 3 A

D. 4 A

E. 5 A

Penyelesaian soal / pembahasan

Untuk menjawab soal ini kita gunakan rumus seperti nomor 7 diatas yaitu:

F
L
=
μo . iA . iB
2 . π . a
.
6 x 10-5 N
2 m
=
4π . 10-7 Wb/A.m . iA . 1,5 A
2 . π . 0,02 m
.
→ 3 x 10-5 N/m = 1,5 x 10-5 Wb/m2. iA
→ iA =
3
1,2
A = 2 A.

Jadi soal nomor 8 jawabannya B.

You cannot copy content of this page