Gaya Lorentz

LAPORAN PRAKTIKUM LISTRIK MAGNET PERCOBAAN GAYA LORENTZ

Disusun oleh : Magdalena Lolita oktavia 091424010

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

1

PERCOBAAN GAYA LORENTZ A. Tujuan: 1. Mahasiswa dapat menentukan besarnya gaya lorenz. 2. Mahasiswa dapat menentukan pengaruh besr kuat arus listrik terhadap gaya lorenz 3. Mahasiswa dapat menentukan pengaruh besar kuat medan magnet terhadap gaya lorenz

B. Alat – alat yang diperlukan: Catu daya (2buah), ampermeter (2 buah), inti besi bercelah, katrol, beban, statip, kawat, mistar/jangka sorong, kabel penghubung.

C. Dasar teori: Kalau suatu penghantar yang panjangnya l dialiri arus listrik sebesar I dan berada dalam medan magnet B, kawat akan mengalami gaya, yang disebut gaya lorenz, sebesar :

Gaya F tegak lurus I dan B, arah positifnya menuju arah maju sekrup kanan yang diputar menurut arah putar I ke B melalui sudut terkecil. Besar gaya F adalah : F = i l B sin θ Dengan θ sebagai sudut antara I dan B. bila I tegak lurus B, maka : F=ilB Susunan terakhir inilah yang dipakai dalam percobaan ini

D. Susunan alat : Alat dan peralatan disusun seperti gambar dibawah ini.

Dengan pengukuran pendahulu

2

Karena kawat yang akan dilalui arus dalam medan B memiliki berat (=m.g) maka perlu ditentukan dulu nilai m.g, dalam keadaan kawat dan kumparan tak berarus. 1. Atur posisi kawat agar panjang kawat disisi kiri (Lki) sama dengan panjang kawat disisi kanan (Lka) untuk mempermudah perhitungan. 2. Ukur jarak d, yaitu posisi kawat kaku terhadap garis horizontal AB. 3. Maka m.g dapat dihitung : m.g = Wki sin θki + Wka sin θka = 2W , asal

Wki = Wka = W Lki = Lka = L

Dengan : Wki = beban disisi kiri Wka = beban disisi kanan Pakailah nilai g = 9,8 m/s2

E. DATA DAN ANALISIS

1.

Pengukuran pendahuluan  Mengambil data dari massa beban yang digunakan(m), panjang kawat(L),panjang yang berada dalam medan magnet(l),dan selanjutnya mencari besarnya simpangan kawat(d), dan mencari besarnya m.g kawat. Massa beban: 5 gram = 5x10-3 kg Wkiri = Wkanan = W = 5x10-3 kg ×9.8m/s2 = 4,9x10-2N Wtotal = 2(4,9x10-2N) = 9,8x10-2 N L kiri= Lkanan = L = 18 cm= 18x10-2 m Ltotal= 2(18x10-2 m) = 36x10-2 m l =4,5 cm = 45x10-2 m d= 3mm =3x 10-3 m I,ik = 0,5 A  Mencari besarnya massa kawat dan menghitung m.g kawat: m.g = Wki sin θki + Wka sin θka

3

m.g = 2W m.9,8 m/s2 = 2.(4,9x10-2N.

)

m= 8,33x10-5 jadi F =m.g F= 8,33x10-5 . 9,8 m/s2 F= 8,17 x 10-4 N

2.

Menyelidiki pengaruh besarnya arus (i) terhadap gaya lorenz (F).  Dengan merubah variasi besarnya arus kawat (I), maka diperoleh simpangan kawat (d) Wtotal = 9,8x10-2 N

l= 45x10-2 m

Ltotal= 36x10-2 m

ik = 0,5 A

No

Simpangan ke bawah

Simpangan ke atas

I(A)

d(mm)

I(A)

d(mm)

1

0,2

0,2

0,2

0,2

2

0,3

0,3

0,3

0,3

3

0,4

0,4

0,4

0,4

Berdarsaarkan data yang diperoleh terlihat bahwa simpangan kawat adalah ke bawah, dan ke atas sehingga untuk menghitung gaya lorenz (F) melalui : F + mg + 2W sin q = 0 Dengan harga vektor FL, mg, dan W bernilai positif (+) bila berarah keatas dan negatif bila berarah ke bawah. Maka untuk simpangan ke bawah oleh FL, FL = 2

- mg……………………………(1)

Maka simpangan ke atasnya : FL = 2

+ mg……………………………(2)

(-) bila q dibawah garis AB (+) bila q diatas garis AB Dimana g = 9.8m/s2 , sehingga diperoleh besar F untuk setiap harga i.

4

 Mencari besarnya gaya Lorentz (F) simpangan ke bawah Data pertama: d=2x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

– mg

– (8,17 x 10-4 N)

FL = -7,08 x10-4

Data kedua : d=3x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

– mg

– (8,17 x 10-4 N)

FL = -6,54 x10-4

Data ketiga : d=4x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

– mg

– (8,17 x 10-4 N)

FL = -5,599x10-4

5

 Mencari besarnya gaya Lorentz (F) simpangan ke atas Data pertama: d=2x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

+ mg

+(8,17 x 10-4 N)

FL = 9,26 x10-4

Data kedua : d=3x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

+mg

+(8,17 x 10-4 N)

FL = 9,8 x10-4

Data ketiga : d=4x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

–+mg

+ (8,17 x 10-4 N)

FL = 1,03x10-3 N

6

 Selanjutnya didapatkan data simpangan ke bawah dan ke atas : Simpangan ke bawah NO

I(A)

FL (N)

1

0,2

-7,08 x10-4

2

0,3

-6,54 x10-4

3

0,4

-5,599x10-4

Simpangan ke atas NO

I(A)

FL (N)

1

0,2

9,26 x10-4

2

0,3

9,8 x10-4

3

0,4

1,03x10-3

Grafik hubungan F dengan I simpangan ke bawah

Grafik hubungan F dengan I 0.5 y 0.4 = 123.33x + 0.333 R² = 0.7819 0.3

I

0.2

Linear (I)

0.1 0 -0.001

-0.0005

0

0.0005

0.001

7

Grafik hubungan F dengan I simpangan ke atas

Grafik hubungan F dengan I 0.5 0.4 0.3

y = -170.35x + 0.4141 R² = 0.701

0.2

I Linear (I)

0.1 0 0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

3. Menyelidiki pengaruh besarnya kuat medan magnet (B) terhadap besarnya gaya Lorenz (F). Dengan merubah variasi besarnya kuat arus kumparan (ik) dan kuat arus listrik(i) konstant. Wtotal = 9,8x10-2 N

l= 45x10-2 m

Ltotal= 36x10-2 m

i = 0,5 A

No

Simpangan ke bawah

Simpangan ke atas

Ik(A)

d(mm)

Ik(A)

d(mm)

1

0,1

0,2

0,1

0,2

2

0,2

0,35

0,2

0,3

3

0,3

0,45

0,3

0,4

Dengan menggunakan rumus yang telah ditetapkan , maka besrnya gaya lorentz dapat dicari :  Mencari besarnya gaya Lorentz (F) simpangan ke bawah Data pertama: d=2x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

– mg

– (8,17 x 10-4 N)

FL = -7,08 x10-4

8

Data kedua : d=3,5x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

– mg

– (8,17 x 10-4 N)

FL = -6,26 x10-4

Data ketiga : d=4,5x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

– mg

– (8,17 x 10-4 N)

FL = -5,72x10-4  Mencari besarnya gaya Lorentz (F) simpangan ke atas Data pertama: d=2x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

+ mg

+(8,17 x 10-4 N)

FL = 9,26 x10-4

Data kedua : d=3x10-4 m

9

W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

+mg

+(8,17 x 10-4 N)

FL = 9,8 x10-4

Data ketiga : d=4x10-4 m W=4,9x10-2N L = 18x10-2 m m.g = 8,17 x 10-4 N menggunakan rumus : FL = 2 FL = 2

(

)( (

) )

–+mg

+ (8,17 x 10-4 N)

FL = 1,03x10-3 N  Selanjutnya didapatkan data simpangan ke bawah dan ke atas : Simpangan ke bawah NO

Ik(A)

FL (N)

1

0,1

-7,08 x10-4

2

0,2

-6,26 x10-4

3

0,3

-5,72x10-4

Simpangan ke atas NO

Ik(A)

FL (N)

1

0,1

9,26 x10-4

2

0,2

9,8 x10-4

3

0,3

1,03x10-3

10

Grafik hubungan F dengan I simpangan ke bawah

Grafik hubungan F dengan I 0 0

-0.0002

0.1

0.2

0.3

0.4 Y-Values

-0.0004

Linear (Y-Values)

y = 0.0007x - 0.0008 R² = 0.9861

-0.0006 -0.0008

Grafik hubungan F dengan I simpangan ke atas

Grafik hubungan F dengan I 0.002

0 0



Y-Values

y = -0.0041x + 0.0015 R² = 0.701

0.001

0.1

0.2

Linear (Y-Values) 0.3

0.4

Dari data hasil percobaan tersebut kemudian kita menghitung besar B untuk masing-masing harga I sebagai berikut B = ik × k, dengan k = tetapan. NO

Simpangan ke bawah

Simpangan ke atas

B = ik × k

F (newton)

B = ik × k

F (newton)

1

0.2 × k

-7,08 x10-4

0,2 X k

9,26 x10-4

2

0.3× k

-6,26 x10-4

0,3 x k

9,8 x10-4

3

0.4 × k

-5,72x10-4

0,4 x k

1,03x10-3

Menghitung k (konstanta medan) dengan mencari dulu kuat medan (B) untuk masing-masing keadaan dengan ik dan l yang sudah diketahui. Rumus F = il ×B maka:  Simpangan ke bawah Data pertama : B = =(

)(

)

-3,15 x 10-3 Tesla

11

Setelah B diperoleh maka k dapat dihitung dengan B = ik × k maka, k=

-3,15 x 10-2

=

Data kedua : B = =(

)(

)

-2,78 x 10-3 Tesla

Setelah B diperoleh maka k dapat dihitung dengan B = ik × k maka, k=

1,39x 10-2

=

Data ketiga : B = =(

)(

)

-2,54 x 10-3 Tesla

Setelah B diperoleh maka k dapat dihitung dengan B = ik × k maka, k=

8,47x 10-3 Tesla

=

 Simpangan ke atas Data pertama : B = =(

)(

)

4,12 x 10-3 Tesla

Setelah B diperoleh maka k dapat dihitung dengan B = ik × k maka, k=

4,12 x 10-2

=

Data kedua : B = =(

)(

)

4,35 x 10-3 Tesla

Setelah B diperoleh maka k dapat dihitung dengan B = ik × k maka, k=

2,158x 10-2

=

Data ketiga : B = =(

)(

)

4,58x 10-3 Tesla

Setelah B diperoleh maka k dapat dihitung dengan B = ik × k maka, k=

=

1,53 x 10-2

12

Jika di masukkan didalam tabel : NO

Simpangan ke bawah B (tesla)

k

1

-3,15 x 10-3

-3,15 x 10-2

2

-2,78 x 10-3

1,39x 10-2

3

-2,54 x 10-3

8,47x 10-3 k rata-rata = 0,0018

Simpangan ke atas NO

B(Tesla)

k

1

4,12 x 10-3

4,12 x 10-2

2

4,35 x 10-3

2,158x 10-2

3

4,58x 10-3

1,53 x 10-2 k rata-rata = 0,026

Grafik hubungan B dengan F simpangan ke bawah

Grafik hubungan B dengan F -0.004

-0.003

-0.002

0 -0.001 0 -0.0002 -0.0004

y = 0.2228x - 6E-06 R² = 1

B Linear (B)

-0.0006 -0.0008

13

Grafik hubungan B dengan F simpangan ke atas

Grafik hubungan B dengan F 0.05 0.04

y = 17.776x + 0.0141 R² = 0.4182

0.03

B

0.02

Linear (B)

0.01 0 0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

F. KESIMPULAN  Pada pengukuran pendahuluan didapatkan besarnya mg sebesar: 8,17 x 10-4 N  Besarnya gaya lorentz masing-masing simpangan diperoleh dengan rumus : FL = 2 +mg  Besarnya nilai konstanta (k) diperoleh dari : B =

dan dimasukkan ke dalam rumus : k =

 Dari percobaan gaya lorentz terjadi simpangan kawat ke atas dan ke bawah hal ini disebabkan karena arah aliran arus yang tegak lurus dengan medan magnet kumparan  Arah datangnya arus juga mempengaruhi simpangan kawat.  Untuk mendapatkan data simpangan ke bawah maka arah arus di rubah pada arah sebaliknya  Dari hasil grafik hubungan F dengan I simpangan ke bawah dapat di simpulkan semakin besar arus listrik yang mengalir makan gaya lorentz juga akan semakin besar nilainya.  Pada pnyelidikan besarnya kuat medan magnet dengan gaya lorentz terlihat pada grafik semakin besar kuat medan magnet yang dihasilkan kumparan maka gaya lorentz yang bekerja pada kumparan tersebut juga semakin besar.  Dari grafik bagian F vs b maka didapatbesarnya k : rata-rata k simpangan ke bawah sebesar 0,0018 dan k rata-rata simpangan ke atas sebesar 0,026

14

G. DAFTAR PUSTAKA Petunjuk Praktikum Listrik Magnet, 2011-2012, USD

15