medan listrik - materi 3

MEDAN LISTRIK

Definisi

1. Medan listrik adalah daerah disekitar muatan listrik yang

jika muatan listrik lain diletakkan di ruangan ini maka akanterjadi gaya listrik.

Dirumuskan dengan E = F/Q

(http://kursusfisika.blogspot.com/2010/08/pengertian-

medan-listrik.html)2. Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh

keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton,dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik memilikisatuan N/C atau dibaca Newton/coulomb. Medan listrikumumnya dipelajari dalam bidang fisika dan bidang-bidangterkait, dan secara tak langsung juga di bidang elektronika yangtelah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat konduktor(kabel). (http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_listrik)

Medan Listrik

Asal medan listrikRumus matematika untuk medan listrik dapat diturunkan

melalui Hukum Coulomb, yaitu gaya antara dua titik

muatan:

F = k (q1 q2)/r2

E = F / q1

= k. q. q1 /r2/ q1

= k.q/ r2

Dimana :E adalah Kuat medan listrikk adalah konstanta 9.109 Nm2/C2

q adalah benda bermuatanr adalah jarak tempat medan listrik diukur dari pusat muatan (M)

Ar

q

Muatan Lebih dari 1

Jika di dalam ruangterdapat n muatan titikmaka kuat medan listrikdi suatu titik :

𝐸 = 𝐸1 + 𝐸2 +⋯+ 𝐸𝑛

= 𝑖=1𝑛 𝐸𝑖

= 𝑘 𝑖=1𝑛 𝑞𝑖

𝑟𝑖2. 𝑟𝑖

𝐸𝐴 = 𝐸1 + 𝐸2

𝐸 = 𝐸12 + 𝐸2

2 + 2𝐸1𝐸2 cos , 𝐸1 = 𝑘.𝑞1

𝑟12, 𝐸2 = 𝑘.

𝑞2

𝑟22

𝐂𝐨𝐬 𝜶 =𝒓

𝒓𝟐= ⋯ Aturan sinus

+ -

A

+q1-q2

r1r2

r

Contoh

-

A

+q1-q2

r1r2

r+

Diketahui q1 = 60 C dan q2= -40 C, r = 40 cmr1 = 30 cmTentukan besarnya kuatmedan listrik di titik A !

𝐸𝐴 = 𝐸1 + 𝐸2

𝐸 = 𝐸12 + 𝐸2

2 + 2𝐸1𝐸2 cos

Jawaban :

𝑬𝟏 = 𝒌.𝒒𝟏

𝒓𝟏𝟐, 𝑬𝟐 = 𝒌.

𝒒𝟐

𝒓𝟐𝟐

𝐸1 = 9.109.60.10

−6

(3.10−1)2

, 𝐸1 = 9.109.60.10

−6

9.10−2

, 𝐸1 = 60. 109.10 − 6102 ,

𝐸1 = 60.105 𝑁/𝐶 ,

r22 = r2 + r1

2

= 402 + 302

= 402 + 302

= 1600 + 900= 2500

r2 = (2500)= 50 cm

𝐄𝟐 = 9.109.−𝟒𝟎.𝟏𝟎

−𝟔

(𝟓.𝟏𝟎−𝟏)𝟐

= 9.109. −𝟒𝟎. 𝟏𝟎 − 𝟔. 𝟐𝟓. 𝟏𝟎𝟐= 9.−𝟒𝟎. 𝟐𝟓. 𝟏𝟎𝟓= -9000. 𝟏𝟎𝟓

= -9. 𝟏𝟎𝟖N/C

𝐄𝟐 = 𝐤.𝐪𝟐

𝐫𝟐𝟐belum bisa dicari

krn r2 belum diketahui ! 𝐸 = 𝐸12 + 𝐸2

2 + 2𝐸1𝐸2 cos

𝐸 = 60.105 2 + −9. 𝟏𝟎𝟖 2 + 2.60.105.−9. 𝟏𝟎𝟖(𝑟/𝑟2)

𝐸 = 60.105 2 + −9. 𝟏𝟎𝟖 2 + 2.60.105.−9. 𝟏𝟎𝟖(40/50)

𝐸 = 60.105 2 + −9. 𝟏𝟎𝟖 2 + 2.60.105.−9. 𝟏𝟎𝟖. 8.10− 1

𝐸 = 360.1010 + 81. 𝟏𝟎𝟏𝟔 + 2.60.105.−9. 𝟏𝟎𝟖. 8.10 − 1

𝐸 = 360.1010+ 81. 𝟏𝟎𝟏𝟔 + 2.60.−9.8.105. 𝟏𝟎𝟖. 10 − 1

𝐸 = 360.1010+ 81. 𝟏𝟎𝟏𝟔 + 864.1012

Potensial ListrikUntuk memindahkan muatan q1 dari A ke B diperlukan kerja/usaha

dw = F.ds , F=E.q1dw = F.ds , F=E.q1

= -q1 E. ds

Dimana d adalah delta. Perubahan energi saat satu-satuan muatan ( 1 C ) yg lewat diantara dua titikdalam medan listrik disebut beda potensial /teganganPerubahan energy potensial :

dU = -q1 E ds 𝐸 = 𝑘.𝑞

𝑟2

Beda Potensial

U = UB – UA = −𝑞′ 𝐴

𝐵

𝐸 𝑑𝑟

= 𝑘 𝑞′[𝑞

𝑟]𝐴𝐵= 𝑘 𝑞′(

𝑞𝑏

𝑟𝑏−𝑞𝑎

𝑟𝑎)

UB = 𝑘𝑞′𝑞𝑏

𝑟𝑏, 𝑈𝐴 = 𝑘

𝑞′𝑞𝑎

𝑟𝑎

𝑈𝑞′= 𝑉 ………. Beda potensial

𝑽 = 𝑽𝑩 − 𝑽𝑨 = 𝒌𝒒𝒃

𝒓𝒃− 𝒌

𝒒𝒂

𝒓𝒂dimana𝑉 = 𝑘

𝑞

𝑟

Potensial Listrik

Besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan satu satuan

muatan positip dari tempat yang jauh (tak hingga) ke titik

tertentu dalam medan listrik disebut energy potensial.

U = Ep = q1 V Ep=energy potensial listrik (J ) 1 J = 1 C. volt

Potensial yang ditimbulkan oleh beberapa muatan

𝐕 = 𝐤 𝒒𝒊

𝒓𝒊= 𝐤 𝒒𝟏 𝒓𝟏 + 𝒒𝟐 𝒓𝟐+ 𝒒𝟑 𝒓𝟑+ … . .

Nilai asli k

Disebut konstanta kesetaraan gaya listrikBiasanya dibulatkan menjadi 9.109

Back

𝒌 =𝟏

𝟒𝝅𝝐𝟎≈ 𝟖. 𝟗𝟗 𝒙 𝟏𝟎𝟗

Aturan Sudut Siku

BACK

AB

C