Pertemuan 2 muatan dan medan listrik

Bab 1

Muatan dan Medan

Listrik

Tujuan Hari ini

Memahami

o

teori muatan dan atom

o

hukum Coulomb

o

medan listrik

Muatan (charge)

Dalam ilmu listrik, konsep

dasarnya adalah muatan.

Ilmu listrik hanya

Teori Muatan

o Ada dua jenis muatan: positif dan

negatif

o Dua muatan positif atau dua muatan

negatif saling tolak-menolak

o Sebuah muatan positif dan sebuah

muatan negatif saling tarik-menarik

o Muatan dinyatakan dengan q atau Q,

Teori Atom

Muatan elektron e = 1,602 X

10

-19

C

Massa elektron m

_e

= 9,1 X 10

-31

kg

Massa proton m

_p

= 1,67 X 10

-27

Perhatian



o

Muatan sejenis tidak berarti kedua

muatan tersebut identik, hanya

bahwa kedua muatan memiliki tanda

aljabar yang sama (keduanya positif

atau keduanya negatif)

o

Muatan berlawanan berarti kedua

Hukum Coulomb

Untuk muatan q

1

dan q

2

yang

terpisah sejauh r, besarnya gaya

Strategi

Penyelesaian Soal

Hukum Coulomb

o Jarak harus dinyatakan satuan dalam m,

muatan dalam C dan gaya dalam N

o Gaya listrik adalah sebuah vektor,

sehingga gaya total pada muatan adalah jumlah vektor dari gaya-gaya individu

o Dalam kasus distribusi kontinu dari

Contoh Soal

Gaya listrik versus gaya gravitasi

Sebuah partikel alpha mempunyai

masa m=6,64 X 10

-27

kg dan muatan

q=+2e. Bandingkanlah gaya tolak

listrik antara dua partikel alpha

Penyelesaian

Diketahui : m = 6,64 X 10-27 kg

q = +2e = 3,2 X 10-19 C

Ditanya : Fe /Fg = ?

Jawab : Fe = 1 q2 Fg = G m2

Medan Listrik

Medan listrik E adalah gaya listrik per

satuan muatan qo yang dikerahkan pada

muatan tsb.

E = Fo / qo

qo Fo

E

Perhatian



o

Gaya listrik pada sebuah benda

yang bermuatan dikerahkan oleh

medan listrik yang diciptakan oleh

benda bermuatan lainnya.

o

Persamaan

F

o

= q

o

E

dapat

Vektor Medan Listrik

E = 1 |q| ( besarnya medan listrik

4o r2 dari sebuah muatan titik )

E = 1 q r (medan listrik dari sebuah

Strategi

Penyelesaian Soal

Penghitungan Medan Listrik

o Satuan harus konsisten, jika diberi cm atau

nC, jangan lupa mengkonversikannya

o Medan listrik adalah sebuah vektor,

sehingga medan total adalah jumlah vektor dari medan individu

o Ingat bahwa vektor E yang dihasilkan oleh

muatan titik positif arahnya menjauhi muatan tersebut dan begitu juga

Contoh Soal

Elektron dalam sebuah Medan Homogen

Sebuah medan listrik di antara dua pelat konduktor sejajar adalah E=1,00 X 10-4

N/C dengan arah ke atas. a) Jika sebuah elektron dilepaskan dari keadaan diam di pelat sebelah atas, berapakah

percepatannya? b) Berapa laju dan energi kinetik yang diperoleh elektron waktu

berjalan 1,0 cm ke plat sebelah bawah. c) Berapa waktu yang dibutuhkan

elektron untuk menempuh jarak ini?

Penyelesaian

Diketahui : m

_e

= 9,11 X 10

-31

kg

-e =

-1,60 X 10

-19

C

E = 1,00 X 10

-4

N/C

Ditanya : a) a

_y

= ?

b) v

y

, K = ?

Penyelesaian

b) v0y = 0, y0 = 0 dan y = -1,0 X 10-2 m

Penyelesaian

c) v

y

= v

0y

+ a

y

t

Kita dapat juga mencari waktu itu

dengan memecahkan persamaan

untuk t.

Perhatian



o

Jika sebuah partikel bermuatan

bergerak dalam sebuah medan

listrik, maka lintasan partikel

tersebut tidak sama seperti garis

medan, kecuali garis-garis

medan tersebut adalah garis

Dipol Listrik

Sebuah dipol listrik adalah

sepasang muatan listrik yang

besarnya sama, tetapi tandanya

berlawanan dan terpisah sejauh

d

.

p F+= q E d E

F- = -q E  d sin 

Gaya pada Dipol

Listrik

Gaya

F

₊

dan

F

_-

pada kedua

muatan itu mempunyai besar

qE yang sama, tetapi arahnya

berlawanan, dan jumlah kedua

gaya itu sama dengan nol.

p F+= q E

d E F- = -q E  d sin 

Torsi pada Dipol

Listrik

Torsi dihitung terhadap pusat dipol. Jika



adalah sudut antara medan listrik dan

sumbu dipol, maka lengan tuas untuk

kedua

F

₊

dan

F

_-

adalah (

d

/2) sin



.

Torsi dari

F

+

dan

F

-

mempunyai besar

yang sama, (

qE)

(

d

/2) sin



, dan kedua

torsi merotasikan dipol itu dalam arah

perputaran jam. Maka besar torsi netto

sama dengan dua kali besar torsi

Momen Dipol Listrik

Hasil kali muatan q dan jarak d

dinyatakan sebagai momen dipol

listrik p mempunyai besar p = qd

Arah vektor

p

adalah dari muatan

negatif menuju muatan positif.

Torsi vektor



= p

X

E

Energi Potensial

Dipol Listrik

Kerja dW yang dilakukan oleh sebuah

torsi



selama pergeseran

d



yang

sangat kecil diberikan oleh

persamaan:

dW =



d



Karena torsi tsb adalah dalam arah

yang semakin berkurang,



= -pE sin



sehingga

Energi Potensial

Dipol Listrik

Dalam suatu pergeseran berhingga,

Saran

o

Kerjakan latihan bab 22 dari

soal-soal nomor ganjil

o

Mulailah dengan apa yang

diketahui dan apa yang

ditanyakan