Buku ini telah disusun dan direvisi oleh berbagai pihak di bawah koordinasi Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset dan Teknologi. Kami berharap buku ini dapat bermanfaat khususnya bagi siswa dan guru dalam meningkatkan kualitas pembelajaran.
Gaya Listrik
Hukum Coulomb
Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik (gaya listrik atau gaya Coulomb) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik. Peristiwa tolak-menolak atau tarik-menarik menunjukkan adanya gaya antara kedua benda bermuatan listrik.
Resultan Gaya
Medan Listrik
Medan Listrik Muatan Titik
Berdasarkan Gambar 1.8, medan listrik pada suatu titik dapat diketahui dari gaya listrik pada muatan uji di titik tersebut. Begitu pula dengan gaya listrik, suatu muatan akan mengalami gaya listrik bila berada dalam medan listrik.
Medan Listrik pada Pelat Paralel
Perhatikan Gambar 3.7, sebuah muatan positif dengan kecepatan ke kanan berada dalam medan magnet yang tegak lurus arahnya melalui medan tersebut. Perhatikan Gambar 3.13, arah ibu jari melambangkan arah arus listrik (arah kanan), jari lainnya melambangkan arah medan magnet (arah dalam), dan arah telapak tangan melambangkan arah gaya ( arah ke atas). Perhatikan gambar 3.17, ketika arus listrik mengalir melalui kumparan, timbul gaya F berpasangan pada kedua sisi kumparan.
Dua kawat lurus panjang yang diberi jarak membawa arus listrik, seperti terlihat pada Gambar 3.26. Dua buah bola lampu A dan B mempunyai hambatan sebesar 16 Ω dan 9 Ω yang masing-masing dihubungkan pada sekumpulan konduktor dalam medan magnet B dengan arah memasuki bidang kertas, seperti terlihat pada Gambar 3.36. Tentukan besar medan magnet di titik A (0,05 m dari kawat 1) dan B (pertengahan antara kawat 1 dan 1) yang sejajar dengan kawat seperti ditunjukkan pada Gambar 3.42.
Kapasitor Keping Sejajar
Rangkaian Kapasitor
Rangkaian Seri
Rangkaian Paralel
LISTRIK ARUS SEARAH
Arus Listrik
Beda potensial listrik pada ujung-ujung baterai menyebabkan elektron bebas pada kawat bergerak melintasi penampang kawat tegak lurus arah geraknya. Muatan listrik yang bergerak sebenarnya adalah elektron, namun arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah aliran muatan elektron.
Hambatan Ohmik dan Non Ohmik
Jika resistor dan LED dihubungkan dengan sumber tegangan pada rangkaian tertutup maka akan mengalir arus listrik. Baca tegangan pada LED, tegangan pada resistor, dan arus yang diukur dalam rangkaian.
Hambatan Jenis
Besaran fisis yang menunjukkan ciri-ciri suatu kawat dalam listrik disebut dengan hambatan spesifik (ρ), yaitu hambatan yang dimiliki oleh suatu kawat penghantar yang panjangnya satu meter per 1 m2 luas penampang. Berdasarkan persamaan tersebut terlihat bahwa semakin kecil hambatan suatu kawat logam maka semakin kecil pula hambatannya agar lebih baik digunakan sebagai penghantar listrik.
Rangkaian Listrik
Pada rangkaian seri resistor R1, R2 dan R3 yang dihubungkan dengan sumber tegangan ε, terdapat tegangan V1, V2 dan V3 pada ujung-ujung resistor. Pada rangkaian paralel resistor R1, R2 dan R3 yang dihubungkan dengan sumber tegangan V, arus listrik I1, I2 dan I3 mengalir pada masing-masing cabang.
Rangkaian Majemuk
Hukum pertama Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk pada suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang meninggalkan titik cabang tersebut. Hukum kedua Kirchhoff menyatakan bahwa pada rangkaian tertutup, tegangan dalam suatu loop (dari titik x ke titik x) adalah nol.
Daya Listrik
Gelombang elektromagnetik disebabkan oleh perambatan medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus melalui ruang. Gelombang elektromagnetik merupakan perambatan medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus arah rambatnya.
KEMAGNETAN
Medan Magnet
Arah medan magnet pada suatu titik ditunjukkan dengan arah kompas yang ditempatkan pada titik tersebut, lihat gambar 3.5 b). Kutub utara magnet bumi berada di kutub selatan geografis bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi berada di kutub utara geografis bumi. Antara kutub utara magnet dan kutub selatan geografis bumi, keduanya tidak berhimpitan seluruhnya, melainkan berjarak 11,5o, seperti terlihat pada gambar.
Gaya Magnet
- Gaya Pada Muatan Bergerak
- Gaya Magnet pada Kawat Berarus Listrik
Ketika sebuah partikel bermuatan bergerak dalam lintasan melingkar dalam medan magnet, jari-jari lingkaran partikel tersebut menentukan. Sebuah muatan yang bergerak dengan kecepatan v memasuki daerah yang mempunyai medan magnet B akan mengalami gaya magnet sehingga bergerak pada lintasan melingkar. Arah gaya magnet yang timbul pada kawat berarus dalam medan magnet dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.
Motor Listrik
Jika arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah 0,05 A, tentukan besar dan arah gaya pada kawat YZ. Rotasi ini menyebabkan sepasang torsi yang dihasilkan oleh dua torsi yang berlawanan pada kawat yang membawa arus listrik. Besarnya momen gaya pada setiap kawat selalu berubah-ubah karena besarnya lengan gaya selalu berubah-ubah akibat perubahan posisi kawat searah medan magnet, meskipun besar gaya magnetnya. tetap sama.
Medan Magnet Induksi
- Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus
- Kawat Melingkar Berarus Listrik
- Solenoida
Jika jari-jari kawat berbentuk setengah lingkaran adalah 2 πa dan jarak antar kawat adalah a, tentukan besar dan arah medan magnet induksi di pusat setengah lingkaran tersebut. Tentukan arah medan magnet induksi pada pusat setengah lingkaran akibat arus yang mengalir dari kawat lurus (B1) dan arus yang mengalir dari kawat setengah lingkaran (B2). Inti besi biasanya ditempatkan pada belitan solenoid untuk meningkatkan medan magnet yang dihasilkan oleh solenoid.
Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi
- Fluks Magnet
- Besar GGL Induksi
Perhatikan kembali Gambar 3.31, ketika magnet digerakkan mendekati atau menjauhi kumparan, terjadi perubahan fluks magnet yang masuk ke kumparan. Persamaan EMF induksi di atas dikenal dengan hukum Faraday, yaitu EMF induksi pada suatu rangkaian sebanding dengan laju perubahan fluks magnet. Sedangkan tanda negatif pada persamaan tersebut ditentukan oleh hukum Lenz yaitu fluks magnet yang diinduksi selalu berlawanan dengan perubahan fluks yang ditimbulkannya.
Generator
Dengan N sebagai jumlah lilitan kumparan, B adalah kuat medan magnet (Tesla), A adalah luas penampang lilitan kumparan (m2) dan ω adalah kecepatan sudut putaran (rad/s). Ketika magnet bergerak mendekati dan menjauhi kumparan dengan kutub yang berbeda, arah arus induksi pada setiap kumparan akan tarik menarik.
Induktansi dan Transformator
- Induktansi
- Transformator
Setelah mempelajari bab ini, Anda dapat mengenal gelombang elektromagnetik (proses kemunculan, sifat, spektrum dan kecepatan gelombang elektromagnetik), serta kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Pada Gambar 6.6 jika output rangkaian switching 'tinggi' (5 V), arus kecil akan mengalir melalui relai yang menutup saklar utama;. Secara umum proses menghasilkan lampu LED ketika diberi tegangan bias maju dapat dilihat pada Gambar 6.10.
ARUS BOLAK-BALIK
Persamaan Arus Bolak Balik
Sebelum mempelajari ciri-ciri rangkaian AC, sebaiknya perhatikan terlebih dahulu cara penggunaan osiloskop melalui link atau scan kode QR, kemudian baca baik-baik gambar osiloskop berikut ini. Berdasarkan penjelasan di atas, coba ajukan pertanyaan tentang penggunaan arus bolak-balik dan osiloskop. Misalnya osiloskop yang digunakan di bidang otomotif. Pada Bab 3 kita membahas bagaimana tegangan bolak-balik dihasilkan oleh generator.
Karakteristik Rangkaian RLC
- Resistor
- Induktor
- Kapasitor
- Rangkaian R L C
Ketika arus listrik bolak-balik mengalir melalui suatu induktor, maka induktor tersebut mempunyai hambatan terhadap aliran arus listrik. Pada kapasitor, arus listrik terlebih dahulu mengalir hingga kapasitor mempunyai tegangan yang sama dengan tegangan sumber. Disipasi daya pada rangkaian RLC dihasilkan oleh resistor akibat panas yang dihasilkan pada resistor ketika arus listrik mengalir.
Resonansi Rangkaian
Dengan asumsi radiasi ini adalah gelombang elektromagnetik tunggal, hitunglah kuat medan listrik dan medan magnet maksimumnya. Teleskop Hubble dapat mengamati radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang ultraviolet, sinar tampak, dan inframerah. Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai energi cukup tinggi pada rentang panjang gelombang 10-8-10-12m.
GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Perambatan Gelombang Elektromagnetik
Medan listrik dihasilkan oleh muatan listrik sedangkan medan magnet dihasilkan oleh perubahan medan listrik, begitu pula dengan muatan. Jika kutub pemancar dialiri arus bolak-balik dengan persamaan sinusoidal, maka besar medan listrik dan medan magnet juga merupakan fungsi sinusoidal. Jika proses ini diulang terus menerus maka medan listrik dan medan magnet yang arahnya tegak lurus akan merambat membentuk gelombang elektromagnetik.
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Perkirakan berapa lama sinyal gelombang elektromagnetik dari Bali sampai ke Bandung jika sinyal tersebut ditransmisikan melalui satelit yang berjarak 36.000 km dari permukaan bumi. Sinar ultraviolet Cahaya tampak - ungu - biru - hijau - kuning - oranye - merah Gelombang mikro inframerah Gelombang radio. Hasil penguraian sinar matahari pada prisma tidak hanya menghasilkan cahaya tampak, tetapi juga gelombang elektromagnetik tak kasat mata lainnya seperti inframerah.
Energi Gelombang Elektromagnetik
Karena medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik merupakan fungsi sinusoidal, maka persamaan di atas berlaku untuk kondisi saat ini.
Pemanfaatan Gelombang Elektromagnetik
- Sinar Gamma dan Sinar X
- Sinar Ultraviolet (UV)
- Cahaya Tampak
- Inframerah
- Gelombang Mikro
- Gelombang Radio
Oleh karena itu, cahaya yang bergerak menuju bagian belakang dinding roket memiliki jalur perjalanan yang lebih pendek dibandingkan cahaya yang bergerak ke depan, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.3b. Pada panjang gelombang berapa intensitas radiasi yang dipancarkan benda hitam mencapai titik maksimumnya? De Broglie mengusulkan bahwa semua materi yang bergerak memiliki panjang gelombang yang terkait dengan gerakannya.
PENGANTAR
Sistem Elektronika
Contoh sensor input atau transduser termasuk Light Dependent Resistor/LDR, termistor, mikrofon, dan sakelar yang merespons perubahan tekanan, misalnya. Bagian pemrosesan biasanya terdiri dari prosesor yang memutuskan tindakan apa yang harus diambil terhadap sinyal listrik yang diterimanya dari sensor masukan. Pada radio, sensor masukannya berupa antena yang mengirimkan sinyal listrik ke prosesor di radio.
Semikonduktor
- Light-Emitting Diode (LED)
- Transistor
- Sirkuit Terpadu (Integrated Circuit / IC)
Transistor FET ditunjukkan pada Gambar 6.14, di mana elektron mengalir dari terminal S (sumber) ke kiri. Jika dibandingkan dengan aliran air dalam pipa, arus basis IB berperan sebagai keran yang akan mengontrol aliran air dalam pipa (Gambar 6.16). Kombinasi ratusan bahkan jutaan transistor, dioda, resistor dan kapasitor saat ini digabungkan dalam sebuah microchip yang sangat kecil (sentimeter) yang disebut dengan sirkuit terpadu (IC) (Gambar 6.17).
Prinsip Gerbang Logika
Cara kerja gerbang logika ini adalah jika salah satu atau semua masukannya berupa bilangan biner '1' maka keluarannya adalah. Jika panjang gelombang cahaya bila dihamburkan setelah tumbukan antara foton dan elektron akan mengalami perubahan energi. Hamburan cahaya pada efek Compton mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang dibandingkan dengan panjang gelombang cahaya sebelum mengenai elektron sehingga sebagian energi diserap oleh elektron yang menumbuk tersebut.
RELATIVITAS
Postulat Pertama dan Kedua Einstein
- Gerak Relatif Newton
- Relativitas Einstein
Teori relativitas Newton mempelajari bagaimana pengukuran besaran fisika bergantung pada kerangka acuan pengamat. Jika Newton memusatkan perhatian pada kerangka inersia sebagai kerangka acuan pengukuran gerak, apakah ada kerangka acuannya. Namun pengamat luar melihat dua peristiwa yang sama dalam kerangka acuan yang berbeda - misalnya, dari sebuah planet yang tidak bergerak bersama roket.
Dampak Relativitas Einstein
- Dilatasi Waktu
- Penambahan Kecepatan
Compton menunjukkan bahwa perbedaan panjang gelombang cahaya setelah tumbukan λ' dan panjang gelombang cahaya datang λ berhubungan dengan sudut hamburan θ. Meskipun menurut hipotesis De Broglie, semua materi memiliki panjang gelombang, efek panjang gelombang yang diamati hanya berlaku untuk partikel berukuran sangat kecil. Sinar-X yang memiliki panjang gelombang 10 nanometer merupakan sinar-X lunak, sedangkan sinar-X yang memiliki panjang gelombang 100 pikometer merupakan sinar-X keras.
GEJALA KUANTUM
Konsep Foton
- Radiasi Benda Hitam
- Pergeseran Wien
- Teori Kuantum Planck
Radiasi benda hitam merupakan radiasi gelombang elektromagnetik ketika suatu benda berada dalam kesetimbangan termal dengan lingkungannya. Itot adalah intensitas radiasi (daya per satuan luas) pada permukaan benda hitam pada semua frekuensi. Planck membayangkan benda hitam sebagai beberapa osilator atom, masing-masing menyerap dan memancarkan gelombang elektromagnetik.
Efek Fotolistrik
Elektron pada efek fotolistrik Zn tidak dapat keluar dari logam jika terkena cahaya tampak. Bila cahaya diberikan pada frekuensi mendekati 10,4 x 1014 Hz maka elektron dapat berpindah keluar logam dan bila diberikan cahaya lebih banyak maka elektron dapat bergerak dengan energi yang lebih besar. Satu foton diserap seluruhnya oleh setiap elektron yang keluar dari logam, sehingga tidak ada penundaan waktu elektron meninggalkan logam.
Efek Compton
Davisson dan Germer menembakkan berkas elektron ke dalam kristal nikel dan mengamati bahwa elektron menunjukkan perilaku difraksi seperti gelombang, dengan panjang gelombang yang konsisten dengan hipotesis De Broglie. Atur jumlah proton menjadi 40, tekan tombol "jejak", partikel alfa dan mainkan apa yang Anda amati dari lintasan pergerakan partikel alfa. Berdasarkan hasil percobaan, hampir semua partikel alfa melewati pelat emas dengan sedikit atau tanpa defleksi dan menghasilkan titik cahaya ketika mengenai layar fluoresen di luar pelat.
Sinar–X
FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS
Penemuan Inti Atom
- Sejarah Penemuan Inti Atom
- Karakteristik Inti Atom
Partikel alfa ribuan kali lebih masif dibandingkan elektron, sehingga diharapkan aliran partikel alfa tidak terhambat saat melewati lautan elektron. Atom tidak bermuatan karena mengandung jumlah proton dan elektron yang sama, sedangkan elektron mempunyai muatan yang berlawanan dengan proton. Jika suatu atom kehilangan satu atau lebih elektron sehingga jumlah proton dan elektron tidak sama, maka atom tersebut berubah menjadi partikel bermuatan yang disebut ion.
Defek Massa dan Energi Ikat
Radioaktivitas
Partikel Radiasi
Peluruhan Radioaktif
- Peluruhan Alfa (α)
- Peluruhan Beta (β)
- Radiasi Sinar Gamma (γ)
Reaksi Inti (Fisi dan Fusi)
- Reaksi Fisi
- Reaksi Fusi
