Fisika: Potensial Listrik

(1)

(2)

(3)

(4)

Gaya Gravitasi vs Listrik

Gaya Gravitasi Gaya Listrik

(5)

Energi Potensial Listrik

Sama seperti gaya gravitasi, gaya elektrostatik merupakan

gaya konservatif sehingga perubahan energi potensial

listrik dapat didefinisikan sebagai negatif dari kerja yang

dilakukan oleh gaya listrik:

(6)

Perubahan Energi Potensial

(7)

Perubahan Energi Potensial

(8)

(9)

Potensial Listrik

Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial listrik per muatan listrik sehingga beda potensial listrik sama dengan perubahan energi potensial listrik dan memenuhi :

Karena energi potensial listrik merupakan besaran skalar maka potensial listrik dan beda potensial listrik juga merupakan besaran scalar.

(10)

Beda Potensial Listrik

Beda potensial listrik dapat didefinisikan sebagai usaha

atau kerja yang diperlukan untuk membawa muatan sebesar 1 C dari suatu titik

ke titik lain, untuk kasus pada gambar di samping berarti dari titik a ke titik b

sehingga dipenuhi :

(11)

Satuan Potensial

•

Satuan potensial listrik dan beda

potensial adalah Joule/Coulomb, tetapi yang lebih sering digunakan adalah satuan Volt untuk menghormati Alessandro Volta (1745–1827), penemu baterai.

•

Karena satuan Volt ini, beda potensial biasa disebut sebagai Voltase.

•

Dalam Volt, muatan listrik 1 N/C = 1 V/m – dapat diinterpretasikan sebagai perubahan potensial (beda potensial) per jarak.

Alessandro Volta

(12)

Elektron Volt

•

Elektron Volt (eV) merupakan satuan energi yang biasa digunakan untuk menyatakan energi sistem pada level atomik

•

1 eV didefiniskan sebagai energi yang dibutuhkan untuk memindahkan

partikel bermuatan e (elektron atau elektron) pada beda potensial sebesar 1 Volt.

(13)

(14)

Penurunan

Jika medan listrik akibat muatan titik q adalah

maka beda potensial antara titik referensi dan titik pengamatan P memenuhi

(15)

Penurunan

Ketika suatu titik berjarak tak terhingga dari muatan maka potensial listrik di titik tersebut akan sama dengan nol. Sehingga jika titik

referensi diambil di jarak tak berhingga akan didapat

atau , kemudian dengan memasukkan nilai jarak ref didapat:

Potensial coulomb

(16)

Kurva Potensial

•

Nilai positif atau negatif dari potensial Coulomb

bergantung dari apakah titik sumber bermuatan positif atau negatif

•

Kurva potensial terhadap jarak untuk muatan positif dan negatif diperlihatkan pada gambar di samping

(17)

Kurva Potensial

(18)

Energi Potensial Muatan Titik

(19)

Contoh Soal 1

Energi potensial dari atom Hidrogen

a. Hitung besar potensial listrik pada suatu titik yang berjarak sejauh

m dari proton!

b. Jarak pada soal 1.a adalah jarak rata-rata proton – elektron dalam atom hidrogen. Hitung energi potensial listrik dari proton dan

elektron pada atom hidrogen!

(20)

Contoh Soal 1

Energi potensial dari atom Hidrogen

a. Hitung besar potensial listrik pada suatu titik yang berjarak sejauh m dari proton!

b. Jarak pada soal 2.a adalah jarak rata-rata proton – elektron dalam atom hidrogen. Hitung energi potensial listrik dari proton dan

elektron pada atom hidrogen!

(21)

Contoh Soal 2

Energi potensial reaksi fisi

Pada reaksi fisi, inti uranium-235 menangkap neutron sehingga terbentuk inti uranium-236 yang lebih tidak stabil. Inti uranium-236 kemudian terbelah menjadi dua inti yang lebih kecil seperti pada gambar di samping. Inti hasil pembelahan biasanya merupakan inti barium (bermuatan 56e) dan kripton (bermuatan 36e). Hasil lain dari pembelahan ini adalah dua atau tiga neutron. Jika diasumsikan setelah inti uranium- 236 terbelah, jarak inti barium dan kripton adalah 14,6 pm, maka hitung energi potensial listrik dari inti barium dan kripton dalam eV

(22)

Contoh Soal 2

Energi potensial reaksi fisi

Pada reaksi fisi, inti uranium-235 menangkap neutron sehingga terbentuk inti uranium-236 yang lebih tidak stabil. Inti uranium-236 kemudian terbelah menjadi dua inti yang lebih kecil seperti pada gambar di samping. Inti hasil pembelahan biasanya merupakan inti barium (bermuatan 56e) dan kripton (bermuatan 36e). Hasil lain dari pembelahan ini adalah dua atau tiga neutron. Jika diasumsikan setelah inti uranium- 236 terbelah, jarak inti barium dan kripton adalah 14,6 pm, maka hitung energi potensial listrik dari inti barium dan kripton dalam eV

(23)

Contoh Soal 3

Potensial dari dua muatan titik

a. Dua muatan titik sebesar +5.0 nC terletak pada sumbu-x seperti pada gambar di samping.

Tentukan potensial listrik pada titik P₁

b. Tentukan potensial listrik pada titik P₂

(24)

Contoh Soal 3

Potensial dari dua muatan titik a. Potensial listrik pada titik P₁

(25)

Contoh Soal 3

Potensial dari dua muatan titik b. Potensial listrik pada titik P₂

(26)

Contoh Soal 4

Potensial dari dipol listrik

Sebuah dipol listrik terdiri dari muatan titik positif +q dan muatan titik negatif –q seperti pada gambar di bawah. Tentukan potensial pada

sumbu-x untuk x dalam bentuk momen dipol

(27)

Contoh Soal 4

Potensial dari dipol listrik

(28)

(29)

Medan & Potensial Listrik

Secara umum hubungan medan listrik dan potensial dapat dituliskan sebagai:

(30)

Contoh Soal 5

Tentukan medan listrik dari suatu fungsi potensial V yang memenuhi V = 100 V – (25 V/m)x