Gaya Mekanik yang ditimbulkan pada Konduktor Berarus Listrik
151 Gambar 2-1.11c Arah gaya mekanik pada konduktor berarus listrik dalam medan
magnet, jika arah arus menjauhi pengamat
Garis-garis magnet pada bagian di atas konduktor terlihat lebih rapat dari semula, sedangkan di bagian bawah konduktor terlihat lebih renggang. Hal ini
disebabkan pada bagian atas konduktor, garis-garis gaya magnet konduktor dan garis-garis gaya magnet kutub, mempunyai arah yang sama sehingga
keduanya saling memperkuat. Lain halnya dengan garis-garis gaya magnet konduktor dan garis-garis gaya magnet kutub di bagian bawah yang
mempunyai arah berlawanan sehingga jelas keduanya saling melemahkan. Garis-garis gaya magnet mempunyai sifat analog dengan karet, dimana ada
kecenderungan dari padanya untuk menekan. Dengan demikian konduktor dalam gambar 2-1.11c akan dikenai suatu gaya mekanik yang arahnya ke
bawah. Apabila arah arus listrik pada konduktor dibalik seperti terlihat dalam gambar 2-1.11d di bawah ini maka arah gaya yang dikenai pada konduktor
tersebut akan terbalik juga.
Gambar 2-1.11d Arah gaya mekanik pada konduktor berarus listrik dalam medan magnet, jika arah arus menuju pengamat.
152 Berdasarkan uraian-uraian di atas, jelas bahwa suatu konduktor berarus listrik
ditempatkan secara tegak lurus dalam medan magnet homogen, maka pada konduktor tersebut akan dibangkitkan suatu gaya dengan arah tegak lurus
terhadap bidang yang dibentuk oleh arah arus listrik dan arah medan magnet dimaksud.Gaya mekanik yang dikenai pada konduktor berarus listrik ini akan
sebanding dengan kerapatan fluksi B, arus pada konduktor I dan panjang konduktor i. Dengan demikian secara matematis gaya mekanik dimaksud
dapat dituliskan sebagai berikut : F = B I i newton
Dimana B dinyatakan dalam satuan Wbm
2
, I dalam satuan ampere dan l dalam satuan meter.Secara umum, jika konduktor berarus liitrik ditempatkan
dalam medan magnet dengan sudut derajat terhadap kerapatan fluksi B tesla maka gaya mekanik yang ditimbulkan pada konduktor berarus dimaksud dapat
dinyatakan oleh persamaan sebagai berikut : F = BI l sin newton
Arah gaya dimaksud dapat ditentukan dengan menggunakan hukum tangan kiri Fleming sebagai berikut :
Gambar 2-1.12 Menentukan arah gaya mekanik pada konduktor berarus listrik dalam medan magnet, menggunakan metoda
tangan kiri. Ibu jari telunjuk dari jari tengah tangan kiri diatur sedemikian rupa
sehingga antaranya saling tegak lurus membentuk sudut 90
lihat gambar
153 2-1.12 di atas. Dalam kedudukan demikian arah jari telunjuk
menandakan arah medan magnet sedangkan arah jari tengah menandakan arah arus listrik pada konduktor dan arah ibu jari
menandakan arah gaya mekanik yang dikenai pada konduktor. Apabila arah arus listrik pada konduktor dibalik maka arah gaya pada
konduktor akan berbalik. Demikian pula jika arah medan dibalik maka arah gaya akan berbalik juga. Gaya mekanik dapat timbul diantara dua
buah penghantar lurus, paralel, berarus listrik. Misalkan arah arus pada kedua penghantar dimaksud sama lihat gambar 2-1.13 berikut ini.
Gambar 2-1.13 Gaya mekanik pada konduktor paralel berarus listrik Gambar 2-1.13 di atas memperlihatkan dua buah konduktor paralel A dan
B, masing-masing mengalirkan arus listrik I
1
dan I
2
ampere, dimana arah- arah tersebut sama.
Resultan intensitas medan magnet pada daerah antara kedua penghantar tersebut, harganya lebih kecil dari intensitas medan magnet yang
dibangkitkan salah satu penghantarnya.
154 Hal ini disebabkan oleh arah medan magnet yang dibangkitkan kedua
penghantar pada daerah antaranya mempunyai arah yang berlawanan, sehingga kedua penghantar akan saling tarik menarik.
Apabila arah arus listrik pada kedua penghantar paralel berlawanan arah, maka resultan intensitas medan magnet pada daerah antara kedua
penghantar mempunyai harga lebih besar dari intensitas medan magnet yang dibangkitkan salah satunya. Hal ini disebabkan arah medan magnet
yang dibangkitkan kedua penghantar tersebut pada daerah antaranya, mempunyai arah yang sama, sehingga kedua penghantar akan saling
tolak menolak. Setiap konduktor penghantar dari dua buah konduktor paralel, selalu
diliputi oleh garis-garis gaya magnet yang ditimbulkan salah satunya. Sebagai contoh konduktor A dalam gambar 1.12 di atas diliputi oleh
garis-garis gaya magnet medan magnet yang ditimbulkan oleh konduktor B. Demikian pula konduktor B akan diliputi oleh medan magnet yang
ditimbulkan konduktor A. Apabila jarak antara dua buah konduktor paralel adalah d meter maka
kerapatan fluksi B pada konduktor B yang dibangkitkan konduktor A
adalah sebagai berikut : Apabila 1 adalah panjang konduktor B yang diliputi garis-garis gaya
magnet dari konduktor A maka gaya mekanik yang ditimbulkan pada konduktor B adalah sebagai berikut :
F = B I
2
l newton Wbm
d 2
I B
2 1
r
newton d
2 I
2 r
1
1
I
155 Demikian pula pada konduktor A akan dibangkitkan suatu gaya mekanik
yang sama besarnya dengan gaya mekanik pada konduktor B di atas tetapi mempunyai arah berlawanan.
Contoh 2.5 : Tiga buah rel tembaga A, B dan C memiliki ukuran yang sama, tebal 5
mm, lebar 25 mm dan panjang 80 cm, ditempatkan dalam suatu panel hubung bagi pada jarak antaranya sejauh 5 cm. Ketiga rel ini masing-
masing diikat dengan baut pada ujung-ujungnya. Pada saat terjadi gangguan hubung singkat:
1. Pada rel A, mengalir arus hubung singkat sebesar 40.000 A, dengan
arah menjauhi pengamat. 2. Para rel B, mengalir arus hubung singkat sebesar 20.000 A, dengan
arah menuju pengama 3. Pada rel C, mengalir arus hubung singkat sebesar 20.000 A, dengan
arah menuju pengamat.
Hitunglah total gaya pada masing-masing Rel tersebut.
Jawab :
FAB = gaya pada rel A karena pengaruh medan magnet yang ditimbulkan rel B
156 FAC = gaya pada rel A karena pengaruh medan magnet yang ditimbulkan
rel C FA = gaya total yang dialami Rel A dan merupakan penjumlahan vektoris
FAB dan FAC. FBA = gaya pada rel B karena pengaruh medan magnet yang ditimbulkan
Rel A. FBC = gaya pada rel B karena pengaruh medan magnet yang ditimbulkan
Rel C. FB = gaya total yang dialami Rel B dan merupakan penjumlahan vektoris
FBA dan FBC FCA = gaya pada rel C karena pengaruh medan magnet yang ditimbulkan
Rel A. FCB = gaya pada rel C karena pengaruh medan magnet yang ditimbulkan
Rel B. FC = gaya total yang dialami Rel C dan merupakan penjumlahan
vektoris FCA dan FCB
d 2
1 I
I FAB
2 1
r
newton x
x x
x x
x FAB
05 ,
2 8
, 000
. 20
000 .
40 1
10 4
7
= 2560 newton
newton x
x x
x x
x FBA
05 ,
2 8
, 000
. 20
000 .
40 1
10 4
7
= 2560 newton
FBA = FAB tetapi arahnya terbalik
157 d
.
2 1
I I
FAC
2 1
r
newton x
x x
x x
x FAC
05 ,
05 ,
2 8
, 000
. 20
000 .
40 1
10 4
7
= 1280
d .
2 1
I I
FBC
2 1
r
newton x
x x
x x
x FBC
05 ,
2 8
, 000
. 20
000 .
20 1
10 4
7
= 1280
FCA = FAC tetapi arahnya terbalik; FCB = FBC tetapi arahnya terbalik
FA = FAB + FAC
= 2560 + 1280 = 3840 newton
FB = FBA + FBC
= 2560 + 1280 = 3840 newton
FC = FCA + FCB
= 1280 - 1280 = 0
Rel C tidak mengalami gaya mekanik selama harga arus hubung singkat seperti tersebut dalam soal.