FISIKA LISTRIK. Esti Puspitaningrum, S.T., M.Eng.

(1)

(2)

MUATAN LISTRIK

& HUKUM COULOMB

(3)

Materi yg kelebihan elektron akan bermuatan negatif

Contoh: Plastik yang digosok dengan kulit akan

menerima sebagian kecil elektron, sehingga

bermuatan negatif & dapat menarik kertas2 kecil.

MUATAN LISTRIK MUATAN LISTRIKMUATAN LISTRIK MUATAN LISTRIK

Materi yang kekurangan/kehilangan elektron akan bermuatan positif

Contoh: Batang kaca yang digosokkan pada kain wol,

Muatan negatif akan berpindah dari kaca menuju kain wol. Gelas kaca menjadi bermuatan positif

(4)

Dua batang kaca bermuatan positif yang didekatkan akan saling tolak

menolak.

Batang kaca bermuatan positif yg didekatkan dgn batang plastik bermuatan

(5)

Dua partikel bermuatan positif akan saling tolak menolak

Dua partikel bermuatan negatif juga akan saling tolak menolak

Dua partikel yang bermuatan berlawanan tanda ( + & - ) akan saling

tarik menarik Jika muatannya sejenis maka akan saling tolak menolak.

Jika muatannya berlawanan tanda, maka akan saling tarik menarik.

(6)

+

A

B

C

D

E

A

C

E

D

B

A = (–) B = (+) C = (–) D = (–) E = (+) A = (–) B = (+) C = (–) D = (–) E = (+)

Apakah

Apakah tarik

tarik

tarik menarik

menarik atau

menarik

atau

atau tolak

tolak

tolak menolak

menolak

menolak????

+

_–

(7)

D

E

B

A

C

F

A = _(–) Tentukan Tentukan Tentukan

Tentukan jenisjenisjenisjenis muatan

muatan muatan

muatan daridaridaridari::::

B = C = D = E = F = (+) (+) (–) (–) (–)

E

(8)

B

C

A

C

D

E

B

A

D

E

Apakah

Apakah tarik

tarik

tarik menarik

menarik atau

menarik

atau

atau tolak

tolak

tolak menolak

menolak

menolak????

+

(9)

B

C

A

C

D

E

B

A

D

E

Apakah

Apakah tarik

tarik

tarik menarik

menarik atau

menarik

atau

atau tolak

tolak

tolak menolak

menolak

menolak????

+

(10)

(11)

CARA KERJA: CARA KERJA: Step 1 Drum dibuat bermuatan positif oleh corona Step 2

Drum selenium photosensitif. Jika cahaya pantulan dari kertas bertuliskan 3 sangat terang, drum menjadi netral. Jika kurang terang (karena pada tulisan 3 warnanya hitam), maka bagian drum tersebut masih bermuatan positif. Bagian positif ini berbentuk angka 3. Step 3 Saat bagian positif ini dilewatkan ke serbuk hitam yang bermuatan negatif, serbuk ini menempel. Step 4 Kemudian saat dilewatkan ke kertas yang telah dibuat bermuatan positif, serbuk yang menempel tersebut berpindah ke kertas dan menempel.

Step 4 Kertas dipanaskan sampai serbuk hitam meleleh dan menempel APLIKASI GAYA ANTAR PARTIKEL BERMUATAN:

(12)

HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB

apabila terdapat dua buah partikel bermuatan maka akan timbul GAYA elektrostatis pada keduanya,

Besar GAYA tersebut sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya

(13)

HUKUM COULOMB HUKUM COULOMBHUKUM COULOMB HUKUM COULOMBHUKUM COULOMB HUKUM COULOMBHUKUM COULOMB HUKUM COULOMB

q₁ & q₂ = besar muatan partikel 1 dan 2 (Coulomb)

r = jarak antar partikel (meter)

F₁₂ = gaya elegktrostatis pada partikel 1 akibat adanya partikel 2 (Newton)

ř = unit vektor, segaris dengan kedua partikel

k = _{konstanta = 8.99 × 10}9 _N∙m2_/C2

F₂₁ = gaya elegktrostatis pada partikel 2 akibat adanya partikel 1 (Newton)

(14)

ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel, menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j.

θ θ θ _sin cos j i r = +

θ adalah sudut kemiringan vektor terhadap sumbu-x positif i j 1 j

i

j −

i

−

1 -1 -1

(15)

ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel, menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j.

θ θ θ _sin cos j i r = + = r 45° 150° = r i j 2 1 2 3 + − j i 2 2 2 2 + 60° 30° = r i j 2 3 2 1 − − = r i j 2 1 2 3 −

θ adalah sudut kemiringan vektor terhadap sumbu-x positif

i j

(16)

j i 2 2 2 2 + θ θ θ _sin cos j i r = + = r 45° j i 2 2 2 2 +

θ adalah sudut kemiringan vektor terhadap sumbu-x positif x y -+ = r 45° + -j i 2 2 2 2 + = r 45° +

-ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel, menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j.

(17)

CONTOH 1:

Partikel 1 bermuatan positif terletak pada koordinat (0,0) dan partikel 2 bermuatan negatif terletak pada koordinat (2,4). (satuan dalam cm)

Muatan partikel 1 = 3.2 _{× 10}-19_{C dan}

partikel 2 = − 3.2_{× 10}-19_C.

Hitung arah dan besar gaya

elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2! Jawab: Gaya elektrostatisnya: r r q q k F1,2 = 1 ₂ 2 (0.45 0.89 ) ) 20 01 . 0 ( 10 2 . 3 10 2 . 3 / 10 99 . 8 2 19 19 2 9 j i m C C C m N + × − × ⋅ × = − − ) 89 . 0 45 . 0 ( 10 6 . 4 × 25 N i + j = − = 2 q = r = 1 q C 19 10 2 . 3 × − − cm 2 2 2 4 + C 19 10 2 . 3 × − 4 2 _θ ₌ ₎ 2 4 ( tan−1 = ₆₃_.₄° = r _i_cosθ + _j_sinθ ° + ° = _i_cos₆₃_.₄ _j_sin₆₃_.₄ j i 0.89 45 . 0 + = j N i N) (4.1 10 ) 10 07 . 2 ( × −25 + × −24 = = 2 q −3.2×10−19C 19_C 10 2 . 3 × − = Magnitude gaya Arah

Arah = 63.4° relatif terhadap sumbu-x positif. m 20 01 . 0 =

(18)

CONTOH SOAL:

Partikel 1 bermuatan negatif terletak pada koordinat (1,1) dan partikel 2 bermuatan positif terletak pada koordinat (4,2). (satuan dalam cm)

1. Gambar kedua partikel tsb pada bidang kartesius dan dapatkan arah gayanya (nilai sudut θ)!

2. Dapatkan magnitude dan unit vektor arah dari gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2!

3. Dapatkan magnitude dan unit vektor arah dari gaya elektrosatis pada partikel 2 akibat partikel 1!

(19)

CONTOH 2:

Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu-x terpisah sejauh 2 cm. (partikel 1 di sebelah kiri)

Muatan partikel 1 = 1.6 _{× 10}-19_{C dan}

partikel 2 = 3.2_{× 10}-19_C.

Hitung besar gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2!

Jawab: Gaya elektrostatisnya: r r q q k F1,2 = 1 ₂ 2 ( ) ) 02 . 0 ( 10 2 . 3 10 6 . 1 / 10 99 . 8 ₂ 19 19 2 9 i m C C C m N − × × ⋅ × = − − i N ) 10 15 . 1 ( × −24 − = Muatan sejenis tolak menolak Arah gaya:

arah sumbu x negatif.

Sehingga dalam koordinat i-j: = 2 q = r = 1 q C 19 10 2 . 3 × − m 02 . 0 C 19 10 6 . 1 × − = r −i i j

(20)

CONTOH SOAL:

Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu-y terpisah sejauh 5 cm. (partikel 1 di sebelah bawah)

Muatan partikel 1 = 3.2 _{× 10}-19_{C dan partikel 2 = 4.8} _{× 10}-19 _C.

1. Hitung besar gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2!

2. Hitung besar gaya elektrosatis pada partikel 2 akibat partikel 1!

r r q q k F1,2 = 1 ₂ 2

(21)

Jika terdapat sebanyak n partikel bermuatan yg berinteraksi secara bebas berpasang-pasangan, maka total gaya pada salah satu partikel tersebut

(misalnya partikel 1) adalah:

GAYA INTERAKSI ANTARA LEBIH DARI DUA PARTIKEL BERMUATAN

+ -q₁ q₃ q₂ q₅ q₄

(22)

CONTOH:

Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu x terpisah sejauh 2 cm.

Terdapat partikel ketiga bermuatan negatif 1.5 cm di sebelah kanan partikel 1.

Muatan partikel 1 = 1.6 _{× 10}-19 _C,

partikel 2 = 3.2_{× 10}-19_{C, dan partikel 3}

= – 3.2_{× 10}-19_C.

Hitung gaya total pada partikel 1 akibat adanya partikel 2 dan 3 !

= 2 q = 12 r = 1 q C 19 10 2 . 3 × − m 02 . 0 C 19 10 6 . 1 × − = 12 r −i = 3 q 19_C 10 2 . 3 × − − = 13 r 0.015m = 13 r i 12 2 12 2 1 12 r r q q k F = 13 2 13 3 1 13 r r q q k F = i N ) 10 15 . 1 ( × −24 − = i N ) 10 05 . 2 ( × −24 = 3 , 1 2 , 1 , 1 F F F net = + i N i N) (2.05 10 ) 10 15 . 1 ( × −24 + × −24 − = i N ) 10 9 ( × −25 =

(23)

CONTOH SOAL:

Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu x terpisah sejauh 2 cm.

Terdapat partikel ketiga bermuatan negatif 1.5 cm di sebelah kanan partikel 1.

Muatan partikel 1 = 1.6 _{× 10}-19 _C,

partikel 2 = 3.2_{× 10}-19_{C, dan partikel 3}

= – 3.2_{× 10}-19_C.

Soal:

1. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 2 akibat adanya partikel 1 & 3 !

2. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 3 akibat adanya partikel 1 & 2 !

Diketahui: C q₁ = 3.2×10−19 C q₂ =1.6×10−19 C q₃ = −1.6×10−19 cm r₁₂ = 5 cm r₁₂ = 3 ° = ₆₀ θ Soal:

1. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 1 akibat adanya partikel 2!

2. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 1 akibat adanya partikel 3 !

3. Dapatkan arah dan besar gaya elektrostatik total pada partikel 1 akibat adanya partikel 2 & 3 !