Gaya Lorentz
Medan magnet bisa mendorong muatan yang bergerak, tetapi hanya ke samping — tegak lurus terhadap kecepatannya dan medan itu sendiri. Dorongan menyamping ini tidak pernah mempercepat atau memperlambat muatan itu; ia hanya membelokkan lintasannya, melengkungkannya menjadi lingkaran jika medannya tetap konstan.
Rumus
F = q · v · B
- F — gaya (N): dorongan magnet menyamping pada muatan itu
- q — muatan (C): besarnya muatan listrik yang dibawa partikel itu
- v — kecepatan (m/s): seberapa cepat muatan itu bergerak, di sini tegak lurus terhadap medan
- B — medan magnet (T): kekuatan medan magnet yang dilalui muatan itu
Contoh yang diselesaikan
Sebuah partikel bermuatan dengan muatan 2 coulomb bergerak pada 3 meter per detik, tegak lurus terhadap medan magnet 5 tesla. Berapa gaya yang dirasakannya?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Uji diri Anda
Muatan 2 coulomb yang sama kini bergerak pada 3 meter per detik melalui medan yang lebih kuat, 10 tesla. Berapa gaya padanya?
- 30 N
- 15 N
- Jawaban benar: 60 N
Benar! Menggandakan medan menggandakan gaya: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Sebuah muatan positif bergerak ke kanan melalui medan magnet yang mengarah ke dalam halaman. Ke arah mana gaya magnet mendorongnya?
- Jawaban benar: Ke atas
- Ke bawah
- Ke depan, searah dengan gerakannya
Benar! Dengan kaidah tangan kanan, muatan positif yang bergerak ke kanan dalam medan yang mengarah ke dalam halaman merasakan gaya yang mendorongnya ke atas.
Di mana Anda melihatnya
Televisi CRT lama mengarahkan berkas elektronnya dengan medan magnet, melukis layar dengan membelokkan partikel bermuatan ribuan kali per detik. Aurora di kutub utara adalah fisika yang sama pada skala planet: partikel bermuatan dari matahari berpilin di sepanjang garis-garis medan magnet Bumi, bersinar saat mereka berbelok.
Kesalahan umum
Sisi halus yang paling penting adalah bahwa gaya magnet tidak melakukan usaha: F = q · v · B mendorong tegak lurus terhadap kecepatan, sehingga ia dapat membelokkan lintasan tetapi tidak pernah mempercepat atau memperlambat muatan itu. Salah menentukan arah adalah kekeliruan lainnya — gaya itu tegak lurus terhadap kecepatan sekaligus medan (tangan kanan: jari-jari sepanjang kecepatan, lengkungkan ke arah medan, ibu jari sepanjang gaya). Muatan positif yang bergerak pada 3 m/s melintasi medan 10 T merasakan 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N ke samping.
Bagaimana ini terhubung
Arus membuat medan dan medan mendorong muatan yang bergerak — dua separuh dari pasangan umpan balik elektromagnetisme, terpisah satu pelajaran. Hukum Faraday, berikutnya, menambahkan yang ketiga: medan yang berubah menciptakan tegangan yang menggerakkan arus dengan sendirinya. Dorongan menyamping yang menjaga kecepatan inilah alasan motor berputar dan alasan partikel bermuatan berputar melingkar dalam akselerator.