fisika listrik - · pdf fileaplikasi gaya antar partikel bermuatan: bab 1 muatan listrik &...

FISIKA LISTRIKFISIKA LISTRIKFISIKA LISTRIKFISIKA LISTRIK

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

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1

MUATAN LISTRIK MUATAN LISTRIK

& HUKUM COULOMB& HUKUM COULOMB

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.

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

MUATAN LISTRIKMUATAN LISTRIKMUATAN LISTRIKMUATAN 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

� Jumlah muatan yg hilang/lebih sangat kecil dibandingkan jumlah total muatan yg ada di materi �

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

Dua batang kaca bermuatan positif

yang didekatkan akan saling tolak

menolak.

Batang kaca bermuatan positif yg

didekatkan dgn batang plastik bermuatan

negatif akan saling tarik menarik.

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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.

++

A B

C D

E A

C E

DB

A = (–)

B = (+)

C = (–)

D = (–)

E = (+)

A = (–)

B = (+)

C = (–)

D = (–)

E = (+)

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

���� ApakahApakahApakahApakah tariktariktariktarik menarikmenarikmenarikmenarik atauatauatauatau tolaktolaktolaktolak menolakmenolakmenolakmenolak????

+ –

C B

D

D

E

B

BA

C

C

F

A = (–)

TentukanTentukanTentukanTentukan jenisjenisjenisjenismuatanmuatanmuatanmuatan daridaridaridari::::

B =

C =

D =

E =

F =

(+)

(+)

(–)

(–)

(–)

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

E

BC

A

C

DEB

B B

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

A

D

E

���� ApakahApakahApakahApakah tariktariktariktarik menarikmenarikmenarikmenarik atauatauatauatau tolaktolaktolaktolak menolakmenolakmenolakmenolak????

+++ –

BC

A

C

DEB

B B

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

A

D

E

���� ApakahApakahApakahApakah tariktariktariktarik menarikmenarikmenarikmenarik atauatauatauatau tolaktolaktolaktolak menolakmenolakmenolakmenolak????

+++ –

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

APLIKASI GAYA ANTAR PARTIKEL BERMUATAN:

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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:

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

HUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM 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

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

HUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM COULOMBHUKUM 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 × 109 N∙m2/C2

F21 = gaya elegktrostatis pada partikel 2 akibat adanya

partikel 1 (Newton)

ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel,

menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j.

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

θ

θθ sincos jir +=

θ adalah sudut kemiringan

vektor terhadap sumbu-x

positif

i

j

1

j

i

j−

i−

1

-1

-1

ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel,

menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j.

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

θ

θθ sincos jir +=

=r

45°150°=r ji

2

1

2

3+−

ji2

2

2

2+

60°

30°

=r ji2

3

2

1−−

=r ji2

1

2

3−

θ adalah sudut kemiringan

vektor terhadap sumbu-x

positif

i

j

1

ji2

2

2

2+

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

θ

θθ sincos jir +=

=r

45°

ji2

2

2

2+

θ adalah sudut kemiringan

vektor terhadap sumbu-x

positif

x

y-

+=r

45°

+

-

ji2

2

2

2+=r

45°

+

-

ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel,

menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j.

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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:

rr

qqkF

2

212,1 = )89.045.0(

)2001.0(

102.3102.3/1099.8

2

1919

29ji

m

CCCmN +

×−×⋅×=

−−

)89.045.0(106.425

jiN +×=−

=2q

=r

=1q

C19

102.3−

×−

cm22

24 +

C19

102.3−

×

4

2 =θ )2

4(tan

1−

°= 4.63

=r θθ sincos ji +

°+°= 4.63sin4.63cos ji

ji 89.045.0 +=

jNiN )101.4()1007.2(2425 −−

×+×=

=2q C19

102.3−

×− C19

102.3−

×=

Magnitude gaya

Arah

� Arah = 63.4° relatif terhadap

sumbu-x positif.

m2001.0=

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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!

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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:

rr

qqkF

2

212,1 = )(

)02.0(

102.3106.1/1099.8

2

1919

29i

m

CCCmN −

××⋅×=

−−

iN )1015.1(24−

×−=

Muatan sejenis

� tolak menolak

Arah gaya:

arah sumbu x negatif.

Sehingga dalam

koordinat i-j:

=2q

=r

=1q

C19

102.3−

×

m02.0

C19

106.1−

×

=r i−

i

j

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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!

rr

qqkF

2

212,1 =

Jika terdapat sebanyak n partikel bermuatan yg

berinteraksi secara bebas berpasang-pasangan,

maka total gaya pada salah satu partikel tersebut

(misalnya partikel 1) adalah:

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

GAYA INTERAKSI ANTARA LEBIH DARI DUA PARTIKEL BERMUATAN

+

-

-

-

-

q1

q3

q2

q5

q4

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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 !

=2q

=12r

=1

q

C19102.3

−×

m02.0

C19106.1

−×

=12r i−

=3q C19102.3

−×−

=13r m015.0

=13r i

122

12

2112 r

r

qqkF =

132

13

3113 r

r

qqkF =

iN )1015.1(24−

×−=

iN )1005.2(24−

×=

3,12,1,1 FFF net +=

iNiN )1005.2()1015.1(2424 −−

×+×−=

iN )109(25−

×=

BAB 1 BAB 1 BAB 1 BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

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:

Cq19

1102.3

−×=

Cq19

2106.1

−×=

Cq19

3 106.1−

×−=

cmr 512 =

cmr 312 =

°= 60θ

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 !