LAPORAN PRAKTIKUM: MUATAN ELEKTROSTATIS

MUATAN ELEKTROSTATIS

LAPORAN PRAKTIKUM MATA KULIAH LISTRIK MAGNET

Oleh :

Nama : A’isah Rizqi Amaliyah

NIM : 201810201070

Kelompok : 6

Tangal Praktikum/Jam : 23 Maret 2022/14.20-17.00

LABORATORIUM FISIKA MODERN

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER

2022

ii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Daftar Isi... ii

Daftar Gambar ... iii

Daftar Lampiran ... iii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan ... 1

1.3 Manfaat ... 2

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 3

BAB 3 METODE EKSPERIMEN ... 5

3.1 Alat dan Bahan ... 5

3.2 Metode Kerja ... 5

3.2.1 Prosedur Kerja ... 5

3.3 Analisis Data ... 5

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 6

4.1 Hasil ... 6

4.2 Pembahasan ... 7

BAB 5 PENUTUP ... 9

5.1 Kesimpulan ... 9

5.2 Saran ... 9

Daftar Pustaka ... 10

Lampiran ... 11

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.1 Example 1 ... 6 Gambar 4.2 Example 2 ... 6 Gambar 4.3 Example 2 ... 7

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran gambar ... 11

1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Listrik statis merupakan kumpulan muatan listrik yang memiliki jumlah tertentu dan tetap (statis), ketidakseimbangan muatan listrik di dalam maupun permukaan benda. Muatan listrik akan tetap ada sampai benda kehilangan dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik. Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari suatu benda ke benda lainnya. Listrik statis kontras dengan arus listrik, yang mengalir melalui kabel atau konduktor lainnya dan mentransmisikan listrik. Aspek penting yang lahir dari pengamatan eksperimental adalah bahwa muatan listrik selalu kekal dalam sistem yang terisolasi. Muatan tidak diciptakan saat suatu benda digosokkan ke benda lainnya. Proses pengaliran listrik (elektrifikasi) terjadi karena perpindahan muatan dari satu benda ke benda lainnya.

Kita ketahui muatan listrik ada dua, yakni muatan positif dan muatan negatif (Serway, 2009)

Praktikum kali ini akan membahas tentang semua hal yang berkaitan dengan listrik mulai dari muatan, arah, serta vektor. Dibahas juga konsep dasar yang terbentuk dari sifat saling Tarik-menarik dan tolak-menolak sebuah muatan.

Fenomena ini dapat disimulasikan pada website online. Website tersebut akan digunakan untuk mengetahui hubungan jenis muatan, jarak antar kedua muatan, gaya antar muatan, dan medan listrik yang di hasilkan. Hasil simulasi dan perhitungan akan diamati dan dianalisis pengaruh-pengaruhnya.

1.2 Tujuan

Tujuan dari praktikum ini terkait dengan pengukuran dasar yaitu sebagai berikut :

1) Mampu mengetahui sifat antara muatan yang tak sejenis.

2) Mampu mendalami hukum Coulomb dan arah vektor.

3) Mampu mengetahui hukum Gauss pada konsep elektrostatis.

2 1.3 Manfaat

Manfaat yang didapatkan dari praktikum muatan elektrostatis yaitu praktikan dapat mengetahui fenomena-fenomena alam yang masih berkaitan dengan elektrostatis dan juga fenomena elektrostatis dalam kehidupan sehari-hari.

Praktikan dapat memahami konsep elektrostatis dari materi dasar. Praktikan juga dapat memahami pengaruh jarak antar kedua muatan atau lebih.

3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Kelistrikan merupakan sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.

Kelistrikan merupakan kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Listrik statis merupakan listrik yang diam untuk sementara pada suatu benda. Suatu benda dapat diberi muatan statis dengan cara digosokkan dengan benda lainnya. Muatan listrik suatu benda terjadi karena susunan partikel benda yang terdiri molekul- molekul dan atom, didalamnya terdapat proton dan elektron dalam jumlah tertentu.

Teori atom J.J Thomson, Rutherford, dam Bohr mengatakan bahwa atom terdiri dari muatan positif dan negatif, jika proton dan elektron jumlahnya sama maka benda dikatakan netral. Benda dikatakan bermuatan negatif jika elektron melebihi jumlah proton, hal demikian berlaku juga pada benda yang jumlah proton melebihi elektron maka benda dikatakan bermuatan positif. Muatan yang sejenis akan memperlihatkan gaya tolak-menolak, dan muatan yang berbeda akan memperlihatkan gaya tarik-menarik (Sudibyo, 2008).

Elektrostatis adalah listrik statis yang timbul akibat gesekan antar benda.

Elektrostatis didasari oleh beberapa konsep yakni muatan listrik, medan listrik, fluks listrik, potensial listrik, hukum Gauss dan hukum Coulomb. Konsep yang paling mendasar dalam elektrostatis adalah adanya muatan listrik. Muatan listrik adalah partikel dasar yang membangun suatu objek dan terdapat pada suatu benda di mana pun benda tersebut berada. Terdapat dua jenis muatan listrik yakni muatan listrik positif dan muatan listrik negatif. Muatan listrik dilambangkan dengan dan satuan dari muatan listrik adalah Coulomb yang dilambangkan dengan . Apabila dua buah muatan listrik didekatkan satu sama lain pada jarak tertentu, maka kedua muatan ini akan menghasilkan gaya yang disebut sebagai gaya elektrostatis atau gaya Coulomb. Gaya elektrostatis dijabarkan dalam hukum Coulomb yang menyatakan bahwa “Besar gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda

4

bermuatan listrik berbanding lurus dengan besar muatan masingmasing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda tersebut”. Hukum Coulomb dirumuskan sebagai berikut:

𝐹⃗ = 1 4𝜋𝜀

𝑞 𝑞 𝑟 𝑟̂

𝐹⃗ : Gaya Coulomb atau gaya elektrostatis (Newton) q1 : Muatan listrik 1 (Coulomb)

q2 : Muatan listrik 2 (Coulomb)

𝜀 : Konstanta listrik ( Farad per meter) r : Jarak antar muatan dan (meter)

𝑟̂ : Vektor perpindahan dari titik muatan ke titik muatan

Setiap muatan listrik menghasilkan sesuatu yang memengaruhi ruang di sekitar muatan listrik tersebut berada. Sesuatu yang dihasilkan oleh muatan listrik ini disebut sebagai medan listrik. Pengaruh dari medan listrik hanya dirasakan oleh muatan listrik lain disekitarnya. Medan listrik dirumuskan sebagai berikut:

𝐸⃗ = 𝐹⃗

𝑞 Dengan

𝐸⃗ : Medan listrik (N/C)

q : Muatan listrik (Coulomb) (Walker, 2014).

Muatan listrik adalah sifat muatan dasar yang dibawa oleh partikel dasarsehingga menyebabkan partikel dasar tersebut memiliki gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Muatan listrik dapat berjenis positif dan negatif. Benda tersebut akan Tarik menarik jika muatannya berbeda jenis dan akan tolak menolak jika muatannya sama (Sulaiman, dkk. 2015).

Alat yang dapat mendeteksi muatan listrik adalah elektroskop. Elektroskop terdirin atas pendeteksi muatan yang terdiri dari kepala yang terbuat dari metal dan dua daun kaki yang biasanya terbuat dari emas. Elektroskop yang netral memiliki jumlah muatan positif dan negative yang sama (Mikrajudin, 2006).

5

BAB 3 METODE EKSPERIMEN

3.1 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum muatan elektrostatis yaitu sebagai berikut :

1. Laptop, sebagai alat untuk menjalankan website simulasi praktikum.

2. Website chargers and fields.html, sebagai tempat simulasi materi.

3.2 Metode Kerja

Metode eksperimen yang digunakan dalam praltikum muatan elektrostatis yaitu sebagai berikut :

3.2.1 Prosedur Kerja

Prosedur kerja yang dilakukan pada praktikum muatan elektrostatis yaitu sebagai berikut :

1. Dibaca dan dipahami modul praktikum.

2. Dikerjakan soal pada modul

3. Dijalankan contoh yang ada pada modul di website simulasi.

4. Dicatat hasil simulasi.

5. Discreenshot hasil simulasi.

6. Dianalisa dan ditarik kesimpulan dari data yang di dapat.

3.3 Analisis Data

Analisis data yang dilakukan dalam praktikum muatan elektrostatis yaitu berupa data berdasarkan simulasi dan perhitungan yang dilakukan. Data akan dihitung berdasarkan hukum coulomb. Rumus yang digunakan yaitu :

- Menghitung gaya yang dialami muatan 𝐹 = 𝑘𝑞 𝑞

𝑟 - Menghitung medan listrik

E = 𝐹 𝑙 =𝑘. 𝑞

𝑟 Nilai dan data akan dianalisis juga sesuai arahnya.

6

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Hasil yang didapatkan dari praktikum elektrostatis yaitu sebagai berikut : 4.1.1 Example 1

Gambar 4.1 Example 1 𝑄 = 2,0 × 10

𝑄 = −3 × 10 𝑄 = 5 × 10 𝐹 = 𝑘^{| || |} 𝐹 = 2,25 × 10 𝑁

𝐹 = 𝑘^{| || |} 𝐹 = 8,44 × 10 𝑁 𝐹 = 𝐹 + 𝐹 = 1,41 × 10

4.1.2 Example 2

Gambar 4.2 Example 2 𝑄 = 2 × 10

𝑄 = −3 × 10 𝑄 = 5 × 10 𝐹 = 𝑘^{| || |} 𝐹 = 0

𝐹 = −5,625 × 10

𝐹 = 𝑘^{| || |} 𝐹 = 3,24 × 10 𝐹 = 4,32 × 10

7

𝑅 = (∑ 𝐹 ) + ∑ 𝐹 = 3,49 × 10 , ∝= 338°

4.1.3 Example 3

Gambar 4.3 Example 3 𝐸 = 𝑘^{| |}= 54 𝑁/𝐶

𝐸 = 28,125 𝑁/𝐶 𝐸 = −43,12 𝑁/𝐶 𝐸 = −32,498 𝑁/𝐶 𝐸 = 28,125 𝑁/𝐶 𝐸 = 0

𝑄 = 6 × 10 𝑄 = −2 × 10

𝐸 = (∑ 𝐸 ) + ∑ 𝐸 = 35,79 ; 𝛼 = 65,22°

4.1.4 Example 4 𝑞 = 8 × 10 S = 0,2 m

𝐸 = 𝑘 = 3621,55 𝑁/𝐶 A = S² = 0,04 m²

∅ = 𝐸 𝐴 cos 𝜃 = 3621,5 (0.04) = 144,86 𝑁𝑚 /𝐶

4.2 Pembahasan

Praktikum tentang muatan elektrostatis yaitu mengerjakan soal example pada modul. Example satu jika dilihat dari gambar terdapat 3 muatan yang memiliki jarak tertentu. Gaya pada Qc harus diketahui karena terkena gaya dari muatan QA

8

dan QB. Berdasarkan teori QC akan tertarik oleh muatan negative dan tertolak oleh muatan positif, sehingga gaya yang dialami muatan tersebut sebesar -1,41 x 10^-4 N ke arah kiri.

Example 2 dan Example 3 merupakan kasus yang sama. Kedua example ini memiliki perbedaan yang terletak pada jumlah muatan yang berbeda yaitu 3 dan 2 muatan. Example 2 menunjukkan besar gaya listrik yang ada pada muatan Q3

dengan jarak ketiga muatan memiliki variasi yang berbeda dan membentuk sudut siku. Dihitung kemudian besar vektor dan arah gerak muatan berdasarkan gaya vektornyaterhadap sumbu x dan sumbu y. Hasil resultan akan diakumulasi hingga didapatkan sebesar 3,49 x 10^-5 ke arah 338°.

Example 3 menunjukkan tentang medan listrik yang mempengaruhi muatan.

Ada dua muatan Q1 dan Q2 akan mempengaruhi muatan yang ada di titik (0,0).

Perhitungan dilakukan dan didapatkan nilai Etotal sebesar 35,7g dengan 𝛼 = 65,22°.

Perhitungan ini berdasarkan diagram vektor medan listrik.

Example 4 membahas tentang konsep medan listrik yang menembus suatu bidang yang disebut hukum Gauss. Perhitungan menggunakan rumus medan listrik dan hukum gauss. Hasil yang didapatkan sebesar 144,86 Nm²/C.

Keempat example yang telah ditunjukkan tersebut membahas keseluruhan tentang hukum Coulomb, Elektrostatis, gauss, dan sifat muatan. Muatan positif dan negated akan menunjukkan arah dengan cara terik menarik, sedangkan apabila bertemu dengan muatan yang sama jenisnya akan tolak-menolak. Besar gaya yang dialami kedua muatan berbanding lurus dangan perkalian besar muatan, lalu berbanding terbalik dengan jarak kuadratnya. Besar medan listrik yang mengenai muatan memiliki akan mempengaruhi dan medan listrik akan membantu hitungan hukum gaus. Diambil kesimpulan bahwa besar gaya dan arah gerak sangat penting agar hasil yang didapat maksimal.

9

BAB 5 PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapatkan dari praktikum muatan elektrostatis yaitu sebagai berikut :

1. Muatan akan saling tolak menolak apabila jenis muatannya sama, sedangkan jika tidak sejenis akan saling tarik-menarik.

2. Hukum Coulomb menyatakan besarnya gaya tarikmenarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang kemudian disebut gaya Coulomb) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.

3. Hukum Gauss menyatakan jumlah pada garis medan yang melewati suatu permukaan dengan sebanding dan dengan jumlah muatannya yang dipermukaan tersebut.

5.2 Saran

Praktikan seharusnya memahami modul terlebih dahulu sebelum melakukan praktikum. Perhitungan dilakukan dengan teliti agar hasil yang didapatkan tidak ada kesalahan.

10

DAFTAR PUSTAKA

Mikrajudin, Abdullah. 2006. IPA Fisika 3. Jakarta : Erlangga.

Serway. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Salemba Teknika.

Sudibyo, Elok. 2008. Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta : Erlangga.

Walker, Jearl, David Halliday dan Robert Resnick. 2014. Fundamental of Physics;

10th Edition. USA: John Wiley and Sons Inc.

11

LAMPIRAN