Gaya Lorentz (F) adalah konsep sentral dalam elektromagnetisme yang mendeskripsikan gaya total yang dialami oleh suatu partikel bermuatan (q) yang berada dalam kombinasi medan listrik (E) dan medan magnet (B).

---

1. Komponen Gaya Listrik (FE​)

Gaya listrik adalah komponen gaya Lorentz yang paling mendasar.

• Definisi: Gaya ini bekerja pada partikel bermuatan (q) hanya karena adanya medan listrik (E).
• Persamaan: FE​=qE
• Arah: Arah FE​ adalah sejajar dengan arah E jika muatannya positif (q>0), dan berlawanan arah jika muatannya negatif (q<0).
• Sifat Kunci: Gaya listrik tidak bergantung pada kecepatan (v) partikel. Artinya, gaya ini bekerja pada muatan diam maupun bergerak.

Implikasi: Gaya listrik selalu cenderung mempercepat muatan ke arah yang sama dengan arah medan (jika positif) atau ke arah yang berlawanan (jika negatif), sehingga mengubah besar kecepatan (laju) partikel.

---

2. Komponen Gaya Magnetik (FB​)

Gaya magnetik adalah komponen yang memperkenalkan dinamika dan gerak.

• Definisi: Gaya ini hanya bekerja pada partikel bermuatan (q) yang bergerak dengan kecepatan (v) di dalam medan magnet (B).
• Persamaan: FB​=q(v×B)
  • Tanda silang (×) menunjukkan ini adalah perkalian silang (cross product) vektor, yang menghasilkan vektor gaya yang tegak lurus terhadap v dan B.
• Syarat Terjadinya Gaya Magnetik:
  1. Harus ada muatan (q).
  2. Muatan harus bergerak (v=0).
  3. Harus ada medan magnet (B=0).
  4. Vektor kecepatan (v) tidak sejajar dengan vektor medan magnet (B). Jika v sejajar atau berlawanan arah dengan B, gaya magnetiknya nol.
• Sifat Kunci: Karena FB​ selalu tegak lurus terhadap v, gaya ini tidak melakukan kerja dan tidak mengubah besar kecepatan (laju) partikel, melainkan hanya mengubah arah kecepatannya.

Implikasi: Gaya magnetik menyebabkan partikel bermuatan bergerak melingkar atau spiral. Ini adalah dasar dari siklotron atau spektrometer massa.

---

3. Kaidah Tangan Kanan (Arah Gaya Magnetik)

Untuk menentukan arah FB​, digunakan aturan tangan kanan, terutama untuk muatan positif.

Parameter	Representasi Tangan Kanan	Catatan Penting
Kecepatan (v)	Jari Telunjuk	Arah gerak muatan atau arah arus (I).
Medan Magnet (B)	Jari Tengah	Arah dari Kutub Utara ke Kutub Selatan.
Gaya Lorentz (FB​)	Ibu Jari	Arah gaya yang dialami partikel.

Ekspor ke Spreadsheet

• Untuk Muatan Negatif (seperti elektron), Anda menggunakan aturan tangan kanan dan kemudian membalikkan arah yang ditunjukkan oleh ibu jari, atau menggunakan aturan tangan kiri.

---

4. Aplikasi Detail Gaya Lorentz

Gaya Lorentz bukan hanya teori; ia adalah mesin penggerak banyak teknologi penting:

A. Motor Listrik

• Prinsip: Kawat yang membawa arus listrik (I) ditempatkan dalam medan magnet (B). Arus adalah sekumpulan muatan yang bergerak.
• Mekanisme: Gaya Lorentz (FB​=IL×B) bekerja pada segmen kawat, menghasilkan torsi yang menyebabkan kumparan kawat berputar. Motor mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

B. Mass Spectrometer

• Prinsip: Alat ini digunakan untuk memisahkan ion berdasarkan rasio massa terhadap muatan (m/q).
• Mekanisme: Ion dipercepat lalu memasuki medan magnet (B). Gaya Lorentz (FB​) menyebabkan ion bergerak dalam lintasan melingkar. Jari-jari lintasan melingkar (r) ion berbanding lurus dengan massa ion. Dengan mengukur r, massa ion dapat ditentukan.

C. Tabung Sinar Katoda (CRT)

• Prinsip: Digunakan di TV tabung lama dan monitor komputer.
• Mekanisme: Elektron ditembakkan dari katoda. Elektron tersebut (muatan bergerak) melewati kumparan magnetik eksternal (yang menghasilkan B). Gaya Lorentz digunakan untuk membelokkan berkas elektron secara tepat ke titik-titik pada layar, menghasilkan gambar.

D. Pilihan Kecepatan (Velocity Selector)

• Prinsip: Digunakan untuk hanya meloloskan partikel dengan kecepatan tertentu.
• Mekanisme: Medan listrik (E) dan medan magnet (B) diatur agar tegak lurus satu sama lain. Jika Gaya Listrik (FE​) dan Gaya Magnetik (FB​) saling meniadakan (FE​+FB​=0), partikel akan bergerak lurus. Kondisi ini hanya terpenuhi jika kecepatannya: v=BE​ Semua partikel dengan kecepatan v ini akan lolos, sementara yang lain akan dibelokkan.