1. Gaya Lorentz"Gaya Lorentz adalah gaya (dalam bidang fisika) yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang

bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet". Arah Gaya Lorentz dapat ditentukan dengan telapak tangan kanan yang disebut "Kaidah

telapak tangan kanan" yang berbunyi :"Buka telapak tangan kanan dengan 4 jari selain jempol dirapatkan. Arahkan keempat jari yang

dirapatkan sesuai dengan arah induksi magnetik B dan arahkan jempol hingga sesuai dengan arah kuat arus listrik i, maka arah gaya Lorentz, F , yang dialami oleh konduktor akan sesuai dengan arah dorongan telapak tangan".

Penemuan pertama dari gaya Lorentz umumnya dikaitkan dengan Oliver Heaviside pada tahun 1889, meskipun sejarawan lain menyarankan asal sebelumnya dalam sebuah kertas 1865 oleh James Clerk Maxwell. Lorentz berasal beberapa tahun setelah Heaviside.

Gaya lorentz adalah gaya yang dialami kawat berarus listrik di dalam medan magnet. Sehingga dapat disimpulkan bahwa gaya Lorentz dapat timbul dengan syarat sebagai berikut:(a)ada kawat pengahantar yang dialiri arus.(b) penghantar berada di dalam medan magnet, perhatikan gambar di bawah ini;

Bagaimana gaya lorentz berfungsi, maka lakukan percobaan dengan mengamati bentuk medan magnet atau garis gaya magnet selama percobaan. Bila pengamatan dilakukan dengan benar maka akan diperoleh :(a) Makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar pula gaya yang bekerja dan makin cepat batang penghantar bergulir.(b) Bila polaritas sumbu dirubah, maka penghantar akan bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerak sebelumnya.

Adapun besar gaya Lorentz dinyatakan oleh :F = i L B sin 0

Aplikasi Gaya Lorentz Adanya gaya magnet pada penghantar berarus listrik di dalam medan magnet

memungkinkan berputarnya kumparan penghantar berarus listrik di dalam medan magnet. Beberapa contoh penerapan konsep ini antara lain motor listrik, galvanometer dan speaker.

Motor listrik a.

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu. Dasar kerja motor listrik ini hampir sama dengan dasar kerja sebuah galvanometer. Apabila arus listrik dialirkanmelalui kumparan, permukaan kumparan yang bersifat sebagai kutub utara bergerak menghadapselatan magnet. Permukaan yang bersifat sebagai kutub selatan bergerak menghadap ke kutubutara magnet. Setelah itu maka kumparan berhenti berputar.Untuk melanjutkan putaran, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet,arah

arus dalam kumparan dibalik. Dengan terbaliknya arah arus maka kutub utara kumparan berubah menjadi kutub selatan, kutub selatannya menjadi kutub utara. Sekarang kutub utarakumparan berhadapan dengan kutub utara magnet. Kutub selatan kumparan berhadapan dengankutub selatan magnet. Kutub-kutub itu menolak kumparan berputar setengah putaran sampaikutub utara kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet dan kutub selatan kumparan berhadapan dengan kutub utara magnet, pada saat itu arus dalam kumparan dibalik lagi. Akibat kumparan itu berputar setengah putaran lagi, demikian seterusnya, kumparan berputar terus, lihat gambar dibawah ini.

Galvanometer

Galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakn untuk mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang relatif kecil. Galvanometer tidak dapat digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang relatif besar, karena komponen-komponen internalnya yang tidak mendukung . Galvanometer bisa digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang besar, jika pada galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada voltmeter disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut hambatan shunt.

-PrinsipKerjaGalvanometer.Saat melalui sebuah gulungan magnetis di lapangan, Jika gulungan dari gerakan yang berlawanan dengan coil spring, maka jumlah defleksi dari jarum yang melekat pada lilitan mungkin proporsional, yang sedang melewati yang berliku-liku. Seperti "meter gerakan" telah di jantung yang bergerak berlingkar meter seperti voltmeters dan ammeters sampai mereka besar digantikan dengan solid state meter. Pengukuran arus searah pada mulanya menggunakan galvanometer suspensi dengan sistem gantungan, instrumen ini merupakan pelopor instrumen kumparan putar yang merupakan dasar dari alat penunjuk arus searah. Keakuratan gerakan gulungan meter adalah tergantung homogenitas dan konstan magnetis lapangan. Ilustrasi menunjukkan satu konfigurasi permanen magnet yang banyak digunakan dalam meter. Menurut hukum dasar gaya elektro, magnetik kumparan akan berputar didalam medan magnet bila dialiri arus listrik. gantungan kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan ke kumparan,keelastisan serabut yersebut akan membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. kumparan ini akan terus berdefleksi sampai gaya elektro magnetiknya mengimbangi torsi mekanis lawan dari gantungan. dengan demikian penyimpangan kumparan merupakan ukuran bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. sebuah cermin yang dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya dan menyebabkan gintik yang telah diperkuat bergerak diatas sekala pada suatu jarak dari instrumen. efek optiknya adalah suatu jarus penunjuk yang panjang tetapi massanya nol. Walaupun galvanometer suspensi portabel, namun prinsip yang mengatur kerjanya diterapkan secara sama terhadap jenis yang relatif lebih baru, yaitu : PMMC(Permanent Magnet Moving-coil Mechanism).Terdapat kumparan yang bergantung di dalam medan magnet permanent yang berbentuk sepatu kuda. kumparan digantung sedemikian rupa sehingga dapat berputar bebas di dalam medan magnet. bila arus mengalir di dalam kumparan, torsi elektromagnetik yang dibankitkannya akan menyebabkan perputaran kumparan tersebut. torsi ini diimbangi oleh torsi mekanis pegas pengatur yang diikat pada kumparan. keseimbangan torsi-torsi ini dan posisi sudut kumparan putar dinyatakan oleh jarus penunjuk terhadap referensi yang dinamakan sekala.

Persamaan pengembangan torsi dinyatakan dalam persamaan.T=B.A.I.Ndimana:T=torsi dalam newton (N-m)B=kerapatan fluksi di dalam senjang udara (Wb/m2) A=luas efektif kumparan (m2)I=arus di dalam kumparan putar(A)N = jumlah lilitan kumparan

Pengeras Suara (Speaker)

Pengeras suara bekerja berdasarkan prinsip gaya lorentz. Komponen dasar pengeras suara

terdiri dari tiga bagian yaitu sebuah krucut yertas yang bersambungan dengan sebuah kumparan

suara (silinder yang dikitari oleh kawat tembaga) dan sebuah magnet hermanen berbentuk

silinder (kutub utara di tengah dan dikelilingi kutub selatan). Ketika arus dilewatkan pada lilitan

kumparan , maka padanya akan bekerja gaya lorentz yang disebabkan oleh magnet permanen.

Besar kecilnya gaya bergantung pada arua yang dihasilkan oleh terminal pengeras suara

sehingga akan menyebabkan maju mundurnya kerucut kertas yang menumbuk udara sehingga

dihasilkan gelombang-gelombang bunyi sesuai dengan frekuensi pengeras suara. akan mengalir

arus dari terminal pengeras suara menuju kumparan suara , sehingga didalam kumparan akan

ada aliran elektron yang berada di dalam medan magnet. Elektron yang berada di medan

magnet akan mengalami gaya lorentz yang dapat menimbulkan maju atau mundurnya kerucut

kertas, sehingga elektron-elektron yang ada disekitar kerucut bertumbukan dengan udara yang

mengakibatkan gelombang bunyi.

2 HUKUM FARADAY

Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju

perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Artinya, makin cepat terjadinya perubahan

fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul. Adapun yang dimaksud Fluks Magnetikadalah

kerapatan garis-garis gaya dalam medan magnet, artinya fluks magnetik yang berada pada

permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan kuat medan magnetik (B) lebih lemah,

sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluks magnet akan kuat dan kuat medan

magnetik (B) lebih tinggi.

Satuan internasional dari besaran fluks magnetik diukur dalam Weber, disingkat Wb dan

didefinisikan dengan:

”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluks magnetik sebesar 1 weber bila sebatang

penghantar memotong garis-garis gaya magnetik selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak

listrik (ggl) sebesar satu volt”.

Dari prinsip dasar listrik magnet tadi dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang

berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang

dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat

menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi.

Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu

dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum

ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.

(James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik)

Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan

medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan

pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama

Hukum Ampere-Maxwell.

Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola

dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga

berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat

menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan

medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara

serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala

gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari

medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.

Pada mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang dengan

intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan kemagnetan, sebagaimana telah

dibahas di atas.Kenyataan ini menjadikan J C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus

dasar-dasar gelombang elektromagnetik.

Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya.Eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik.

3 Hukum Lenz

“ Arah arus induksi adalah sedemikian sehingga medan magnetic yang ditimbulkannya berlawanan dengan arah medan magnetic yang menimbulkan arus induksi itu”

GGL induksi pada penghantar yang digerakan dalam medan magnetik

Hukum Lenz

Arah arus induksi selalu melawan sebab/penyebab yang menimbulkannya. Bila arus tersebut berubah-ubah, maka fluks magnet yang timbul juga akan berubah-ubah, sehingga menimbulkan GGL induksi sebesar:

e = - L dI/dt

L = induksi diri (satuan SI = Henry)dI/dt = perubahan arus pada selang waktu dt

Hubungan hukum Faraday dengan hukum Lenz, menghasilkan:

L = N dF/dI

L = mo AN²/l

L = Induksi diri A = penampangToroida/Solenoidal = panjang Toroida/Solenoida

Energi (W) yang tersimpan pada induktor: W = ½ L I²

Perubahan I1 akan menimbulkan F1, selanjutnya menimbulkan perubahan F2, akibatnya timbul GGL induksi pada kumparan 2.Begitu pula sebaliknya.

e1 = M dI2/dt e2 = M dI1/dt

dengan M = induksi bolak-balik.Michael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, membuat hipotesis

(dugaan) bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan arus listrik.

Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam kumparan menyebabkan

jarum galvanometer menyimpang.Jika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum

galvanometer menyimpang ke kanan.Jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidak

menyimpang.

Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke

kiri.Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparan

terdapat arus listrik.Peristiwa timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi

elektromagnetik. Adapun beda potensial yang timbul pada ujung kumparan disebut gaya gerak

listrik (GGL) induksi.

Terjadinya GGL induksi dapat dijelaskan seperti berikut.Jika kutub utara magnet didekatkan ke

kumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak. Perubahan jumlah garis gaya

itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum galvanometer.

Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan keluar dari kumparan. Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer berlawanan dengan penyimpangan semula.Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab timbulnya GGL induksi adalah perubahan garis gaya magnet yang di lingkupi oleh kumparan.

4 Hukum I Kirchoff

Dengan menggunakan hukum Ohm kita dapat menemukan besarnya arus yang mengalir pada

suatu rangkaian gabungan seri-paralel. Meskipun demikian, kadang-kadang kita menjumpai

rangkaian yang sulit untuk dianalisis. Sebagai suatu contoh, kita tidak dapat menemukan aliran arus

pada setiap bagian rangkaian sederhana dengan kombinasi hambatan seri dan paralel. Menghadapi

rangkaian yang sulit seperti ini, kita menggunakan hukum-hukum yang ditemukan oleh G. R.

Kirchhoff (1824-1887) pada pertengahan abad 19. Terdapat dua hukum Kirchooff, dan hukum-

hukum ini adalah aplikasi sederhana yang baik sekali dari hukum-hukum kekekalan muatan dan

energi. Hukum pertama Kirchhoff atau hukum persambungan (junction rule) didasarkan atas

hukum kekekalan muatan, dan kita telah menggunakannya pada kaidah untukhambatanhambatan

paralel.

Hukum I Khircoff berbunyi: Pada suatu titik cabang, jumlah kuat arus yang masuk sama dengan

jumlah kuat arus yang keluar.

Misalkan pada titik cabang P

Maka sesuai dengan Hk I Khircoff adalah:

I1 + I2 = I3 + I4

Hukum II Khircoff

Hukum II Kirchhoff atau kaedah loop (loop rule) didasarkan atas kekekalan energi.

Hukum II Khircoff berbunyi:

Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( ) dengan

penurunan tegangan (IR) adalah sama dengan nol.

Secara matematis:

Perjanjian tenda untuk ggl ε dan kuat arus I dalam persamaan di atas adalah sbb.

(1) pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dg arah tertentu, namun jika

memungkinkan usahakan searah arah arus.

(2) Kuat arus bertanda positif jika searah dengan arah loop dan negatif jika berlawanan arah

dengan arah loop.

(3) Bila ketika mengikuti loop sesuai dengan arah loop, kutub positif dijumpai lebih dulu dari

kutub negatifnya, maka ggl bertanda positif, dan negatif jika sebaliknya.

Beda potensial (tegangan jepit) antara dua titik pada suatu cabang, misalnya antara titik a dan b,

dihitung dengan persamaan:

5 Hukum Ohm Dan Penerapannya pada rangkaian listrik

Hukum Ohm menyatakan: “Besarnya kuat arus (I) yang melalui konduktor antara dua titik berbanding lurus dengan beda potensial atau tegangan(V) di dua titik tersebut, dan berbanding terbalik dengan hambatan atau resistansi(R) di antara mereka”

Dengan kata lain bahwa besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah hambatan (R) selalu berbanding lurus dengan beda potensial(V) yang diterapkan kepadanya.

Gambaran Hukum Ohm

Hukum Ohm dikemukakan oleh Georg Simon Ohm, fisikawan dari Jerman pada tahun 1825. Hukum Ohm kemudian dipublikasikan pada tahun 1827 melalui sebuah paper yang berjudul “The Galvanic Circuit Investigated Mathematically“.

Berikut ini contoh penerapan Hukum Ohm untuk menghidupkan lampu LED.

penerapan hukum ohm pada lampu LED

Menghitung Resistor Seri

Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri, maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlah semua resistor yang disusun seri tersebut. Hal ini mengacu pada pengertian bahwa nilai kuat arus disemua titik pada rangkaian seri selalu sama.

rangkaian resistor seri

Menghitung Resistor Paralel

Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun secara paralel, perhitungan nilai resistor totalnya mengacu pada pengertian bahwa besar kuat arus yang masuk ke percabangan sama dengan besar kuat arus yang keluar dari percabangan (I in = I out). Dengan mengacu pada perhitungan Hukum Ohm maka dapat diperoleh rumus sebagai berikut.

rangkaian resistor paralel

Menghitung Kapasitor Seri

Pada rangkaian kapasitor yang disusun seri maka nilai kapasitor totalnya diperoleh dengan perhitungan berikut.

rangkaian kapasitor seri

Menghitung Kapasitor Paralel

Pada rangkaian beberapa kapasitor yang disusun secara paralel maka nilai kapasitor totalnya adalah penjumlahan dari semua nilai kapasitor yang disusun paralel tersebut.