Listrik Statis - UNIKOM Kuliah Online

Listrik Statis-1 :

Hukum Coulomb

Fisika II

John Adler

Pertemuan 1 &2

1

PERTEMUAN HARI /

TANGGAL MATERI

1 (hari ini)

& 2

Senin/

3 Maret 2014 & 10 Maret 2014

BAB I : Listrik Statis-1 (Hukum Coulomb)

Responsi : BAB I.1

2

Fenomena Listrik Statis

 2600 tahun yang lalu, Thales of Miletus telah memperhatikan

fenomena sebuah benda fosil mirip kaca atau

resin yang digosokkan dapat menarik benda- benda tertentu secara

“ajaib”, misalnya

pakaian yang terbuat

dari bulu binatang (fur). ³

• Pada Tahun 1700-an, seorang Ilmuan bernama Du Fay

menunjukkan bahwa ada dua jenis gejala kelistrikan statik.

Resinous (-) dan vitreous (+).

• Pada tahun 1600-an, William Gilbert menamai gejala batu

ambar ini dan gejala apapun yang serupa sebagai Electric (dalam

bahasa Yunani batu ambar disebut electron) atau dalam bahasa

Indonesia disebut listrik (bukan elektron).

4

• Robert A. Millikan (1869-1953) mencari harga muatan yang paling kecil hasilnya ternyata 1,6 x 10^-19 Coulomb (Elektron) melalui percobaan tetes-minyak Millikan

• Benjamin Franklin pada tahun 1752 kemudian menyatakan bahwa

fenomena kilat dan batu ambar

merupakan gejala yang sama dan menamakan (memberi tanda)

kedua jenis listrik (muatan listrik) ini sebagai positif (+) dan negatif (-) (demo)

5

Penyebab Gejala Listrik Statis

• Setiap benda terdiri dari muatan-muatan listrik elektron, proton dll

• Benda yang “tidak memiliki muatan”

adalah benda dengan jumlah muatan negatif dan positif yang seimbang,

sehingga total muatan netral atau nol

+

Awan elektron proton

• Muatan listrik dari benda dapat berpindah jika berinteraksi dengan benda lain,

misalnya dengan cara digosokkan. Contoh kaca digosok kain sutera

6

 Contoh jika batang gelas digosok oleh

kain sutra, elektron dari gelas berpindah ke kain sehingga batang gelas bermuatan positif dan menarik balon konduktor yang bermuatan negatif (demo)

• Jika batang gelas digosok oleh bulu

hewan, muatan positif dari batang gelas berpindah ke bulu hewan sehingga batang gelas sekarang bermuatan negatif dan

akan menarik balon konduktor yang telah bermuatan positif (demo)

• Balon kemudian diberi muatan positif dengan menyentuhkan batang gelas,

sehingga keduanya sekarang bermuatan positif dan akan saling menolak (demo)

Demo lainnya

7

Gaya Elektrostatik

Berapa besar gaya elektrostatik?

• Pada tahun 1768, melalui sebuah percobaan,

Coulomb mendapatkan Gaya elektrostatik

berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

antar benda/muatan dan sebanding dengan

besarnya muatan benda tersebut.

E

B

D

A

C

Versi modern

• Karena itu gaya

elektrostatik sering

disebut gaya Coulomb _cavendish

8

• Hasil percobaan Coulomb:

AB2

F Q r

^A

Q

^B

 k

+ +

Q_A Q_B

r_AB

dengan

k = 1/(40)  9 x 10⁹

F = Gaya Coulomb (Newton) q_A = Muatan pertama (coulomb) q_B = Muatan kedua (coulomb)

r_AB = jarak antar muatan 1 dan 2 (meter)

• Dua muatan sejenis:

9

• Muatan berlawanan jenis:

- +

Q_A Q_B

r_AB

• Ingat bahwa gaya elektrostatik seperti juga gaya lain merupakan besaran

vektor

10

Bagaimana gaya elektrostatik jika muatan lebih dari dua?

• Berlaku prinsip superposisi atau penjumlahan

Q₁ +

-

Q₂

+ Q₄

- Q₃

Total gaya yang dialami Q₁ adalah jumlah dari masing- masing gaya:

41 31

21

1 F F F

F  + +

F41 F21

F31

11

Medan Elektrostatik

• Mengapa perlu didefinisikan medan elektrostatik?

Karena medan listrik lebih lebih mudah diukur

• Dengan konsep medan, kita memandang sebuah muatan listrik q sebagai sumber yang memancarkan pengaruh listrik ke

segala arah. Pengaruh listrik ini dinamakan medan (field).

3D

12

• Interaksi dua muatan dari sudut pandang medan listrik

-

Animasi attract Animasi reppel

13

• Besarnya medan listrik atau elektrostatik ini bergantung pada jaraknya dari muatan sumber dan juga besarnya muatan

sumber mengikuti:

r r

E ˆ

|

| 4

1

2 0

Q

 

Q

r

E

14

• Jika sebuah muatan lain misalnya Q_o ditempatkan pada titik tersebut

+Q₀

r r

E ˆ

|

| Q

0 2

4 1

 

Q

r

F

• Maka muatan tsb akan mengalami gaya elektrostatik sebesar

E F  Q

_o



15

 Seperti juga gaya elektrostatik medan elektrostatik atau medan listrik juga

merupakan besaran vektor dan berlaku juga prinsip superposisi

E

1

Q₁

r

1

Q₂

r

2

E

2





i

i i

Q

i

r r

E ˆ

|

| 4

1

2



0











 +

 _{2 02}

02 01 2

01 2 1

4 0

1 r

r r

E r ˆ

|

| ˆ Q

|

| Q

total 

16

 Jika muatan lebih dari satu maka medan total di suatu titik adalah penjumlahan dari seluruh

medan





i

i i

Qi

r r

E ˆ

|

| 4

1

2

0

• Ingat bahwa fenomena elektrostatik

yang kita bahas ini adalah pada muatan titik. Untuk muatan bukan titik atau

muatan kontinu akan dibahas pada

pertemuan mendatang ¹⁷

PEKERJAAN RUMAH

1. [HUKUM COULOMB-I] Hitunglah gaya Coulomb pada muatan D bentuk persegi panjang yang tidak terdapat muatan dari gambar berikut , dimana: QA = 2C, QB = -2C,

QC= -4C, QD= 2C

2. [HUKUM COULOMB-II] Dua bola yang bermuatan sama saling tolak menolak dengan gaya 4 x10^-5 N apabila berada dalam jarak pisah 3 cm. Hitunglah (Diketahui k = 9x10⁹ N.m²/c²):

a. Muatan bola tersebut b. Kuat medan listriknya c. Potensial listriknya

S O A L

18 Q_A

Q_B Q_C

8m m

6m m

PEKERJAAN RUMAH

S O A L

19

I₁ I₁

I₁

I₁ I₂

I₂

I₂ I₃

6 1 Ohm

1 Ohm

1 Ohm 3 Ohm

2 Ohm

3. [Hukum Kirchoff-I]

PEKERJAAN RUMAH

[Hukum Kirchoff-I] Diketahui rangkaian di atas dengan looping ke-1 (abcefa) searah jarum jam. Begitu pula dengan looping ke-2 (cdec) searah jarum jam. Hitunglah nilai I₁ dan I₃ jika diketahui I₂= A. Ambil titik cabang di C.

4. [Hukum Kirchoff-II]

R₂

R₃

R₄ R₅

R₆

R₇ R₁

R₁₀

R₈

R₉

R₁ = 2 ohm R₂ = 2 ohm R₃ = 4 ohm R₄ = 2 ohm R₅ = 4 ohm R₆ = 2 ohm R₇ = 3 ohm R₈ = 4 ohm R₉ = 4 ohm R₁₀ = 0,8 ohm

PEKERJAAN RUMAH

[Hukum Kirchoff-II] Hitunglah R-ekivalen/R-total pada rangkaian di atas ?

5.[SUMBER MEDAN MAGNET] Dua kawat lurus panjang dan sejajar. Yang satu berarus 30 mA, yang lain 0,01 A dalam arah yang sama. Hitunglah gaya dikali jarak antara dua buah kawat pada kawat kedua sepanjang 25 cm (dalam satuan pikoNewton), dimana

6. [Induktansi, Induktor & Rangkaian RL] Dalam suatu rangkaian RL terhubung seri dengan sumber tegangan 90 Volt.

Berapakah arus dalam rangkaian setelah saklar ditutup ? Diketahui nilai R dan L masing-masing 20 Ohm dan 0,3 H, serta waktu t sebesar 0,05 detik.

A / m . 7T 10 . 0  4 



PEKERJAAN RUMAH

7. [RANGKAIAN KAPASITOR] Kapasitas ekivalen rangkaian berikut antara P dan Q?

8. [Arus Bolak Balik & Rangkaian RLC] Sebuah rangkaian seri terdiri atas resistor 5 Ω yang tidak memiliki induktansi, kumparan

berinduktansi 0,2 H dengan hambatan yang dapat diabaikan, dan kapasitor 10 µF. Rangkaian dihubungkan pada sumber daya 120 V, 25 Hz.

Tentukan :

a. Arus dalam rangkaian b. Daya yang hilang

c. Penunjukkan voltmeter pada ketiga unsur itu

S O A L

22

PEKERJAAN RUMAH

9. [LISTRIK STATIS 3 : POTENSIAL & ENERGI POTENSIAL LISTRIK]

Diketahui gaya pada muatan ke-2 dalam bentuk vektor karena pengaruh tarik-menarik muatan ke-1 dan ke-3 adalah .

Tentukan berapa nilai muatan Q₂ jika muatan Q₁ dan Q₃ masing-masing sebesar – 2 C dan – 1 C sesuai gambar di bawah ini.



^{4iˆ jˆ}



53 109 .

81  +

Y (m)

Q₂

Q₃ Q₁

4 - 3

3

X (m)

PEKERJAAN RUMAH

10. [MEDAN MAGNET ]Hitunglah Gaya yang dialami kawat A sepanjang 20 cm

C B

A

R = 3 5A 20 A 15 A

r = 5

Minggu Depan ...

Pertemuan ke-3 LISTRIK STATIS-2 :

Medan Listrik Pada Muatan

Kontinu (Hukum Gauss)