bab 3 hukum gauss baru.ppt

17
BAB 3 HUKUM GAUSS PENGERTIAN FLUKS FLUKS MEDAN LISTRIK HUKUM GAUSS HUBUNGAN HUKUM GAUSS DAN HUKUM COULOMB SIMETRI SILINDER SIMETRI BIDANG DATAR SIMETRI BOLA

Upload: vominh

Post on 05-Feb-2017

341 views

Category:

Documents


12 download

TRANSCRIPT

Page 1: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

BAB 3 HUKUM GAUSS

PENGERTIAN FLUKS

FLUKS MEDAN LISTRIK

HUKUM GAUSS

HUBUNGAN HUKUM GAUSS DAN HUKUM COULOMB

SIMETRI SILINDER

SIMETRI BIDANG DATAR

SIMETRI BOLA

Page 2: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

PENGERTIAN FLUKS • Misalkan terdapat aliran udara yang mengalir

melalui suatu lup tertutup seluas A dengan kecepatan v

• Didefinisikan vektor luas A sebagai vektor yang normal/tegak lurus pada permukaan lup

• Bila vektor kecepatan v searah dengan vektor A, maka debit aliran udaranya adalah = vA dengan satuan [(m/s) (m 2) = m3 /s], debit volume ini disebut fluks

• Flux berasal dari bahasa Latin yang berarti mengalir

• Bila vektor kecepatan v membentuk sudut dengan vektor luas A, maka debitnya adalah = vAcos

• Bila dinyatakan dengan notasi vektor = v ● A• Pengertian fluks kemudian dapat diperluas

untuk besaran lain yang tidak ada hubungannya dengan kecepatan

Page 3: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

FLUKS MEDAN LISTRIK

• Misalkan suatu permukaan tertutup A berada di dalam medan listrik E

• Permukaan tertutup ini dibagi-bagi menjadi ΔA yang kecil sekali sehingga dapat dianggap bidang datar, sehingga fluksnya adalah ΔA●E

• Jumlah total fluks yang menembus permukaan tertutup menjadi :

• Fluks yang keluar dapat dianggap positip sedangkan fluks yang masuk dianggap negatip

dAEAdE

Page 4: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

HUKUM GAUSS

• Hukum Gauss menyatakan bahwa jumlah fluks medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan yang ada di dalam permukaan tertutup tersebut

qAdEq oo

• Permukaan tertutup tersebut sering disebut sebagai permukaan Gauss

• Jumlah fluks yang menembus permukaan S1 positip (ada muatan positip)

• Jumlah fluks yang menembus permukaan S2 negaitip (ada muatan negatip)

• Jumlah fluks yang menembus permukaan S3 nol (tidak ada muatan)

• Jumlah fluks yang menembus permukaan S4 nol (jumlah muatan nol)

Page 5: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Contoh Soal 3.1

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan tiga buah plastik bermuatan dan sebuah koin netral (tidak bermuatan). q1 = 3.1 nC, q2 = -5.9 nC dan q3 = -3.1 nC. Tentukan jumlah fluks yang menembus permukaan S1 dan S2

Jawab :

CNm670

10x85,810x)1,39,51,3(qqq

CNm350

NmCC

10x85,810x1,3q

2

12

9

o

321S

2

2

212

9

o

1S

2

1

Page 6: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

HUBUNGAN HUKUM GAUSS DAN HUKUM COULOMB

•Misalkan terdapat sebuah muatan titik q dan sebuah permukaan tertutup berupa bola berjari-jari r

• Dari hukum Gauss diperoleh :

•Karena simetris, E konstan diseluruh permukaan sehingga :

• Dengan demikian :

•Hukum Gauss adalah cara lain untuk menyatakan hukum Coulomb

qAdEo

q)r4(E

qEAdAE2

o

oo

2o r

q4

1E

Page 7: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

SIMETRI SILINDER• Misalkan terdapat muatan garis tak hingga

dengan rapat muatan

• Dipilih permukaan Gauss berupa silinder setinggi h dan berjari-jari r dengan sumbu yang terletak pada muatan garis

• Medan listrik seragam menembus selimut silinder dan tidak ada fluks yang menembus tutup atas dan tutup bawah silinder

• Dari hukum Gauss diperoleh :

r21E

hq)r2(E

qh)r2(E

qEAdAEAdE

o

io

io

io

utlimseoo

Page 8: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

SIMETRI BIDANG DATAR

• Misalkan terdapat muatan bidang tak hingga (non konduktor) dengan rapat muatan

• Dipilih permukaan Gauss berupa silinder dengan luas tutup kiri dan kanan sebesar A

• Medan listrik seragam di kiri dan kanan bidang yang arahnya keluar

• Tidak ada fluks yang menembus selimut silinder

• Dari hukum Gauss diperoleh :

o

io

ioo

kananio

kirio

io

2E

AqE2

qEAEA

qAdEAdE

qAdE

Page 9: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

SIMETRI BOLA

• Misalkan terdapat sebuah kulit bola bermuatan q yang terdistribusi seragam diseluruh permukaannya

• Dipilih dua permukaan Gauss berupa bola S1 yang berjari-jari < R dan bola S2 yang berjari-jari R

• Dari hukum Gauss diperoleh :

Rrrq

41E

q)r4(E

qqAdE

Rr0E

0qAdE

2o

2o

S,iS

o

S,iS

o

2

2

1

1

Page 10: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Contoh Soal 3.2

Sebuah muatan titik sebesar 1,8 µC terletak di tengah-tengah sebuah kubus berjari-jari 55 cm. Hitung fluks listrik yang menembus permukaan kubus tersebut

Jawab :

CNm10x034.2

10x85.810x8.1q

qdA.EdA.E2

512

6

o

o

Page 11: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Contoh Soal 3.3

Sebuah muatan titik q terletak pada jarak d/2 dari pusat sebuah bujur sangkar bersisi d seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Hitung fluks listrik yang menembus bujur sangkar tersebut

Jawab :

osangkarbujur

sangkarbujursangkarbujuroo

kubuskubusoo

o

6qEA

6qEAdA.E

qEAdA.E

qdA.EdA.E

Page 12: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Contoh Soal 3.4

Medan listrik di sekitar permukaan bumi mempunyai arah vertikal ke bawah. Pada ketinggian 200 m medan listrik terukur sebesar 100 N/C sedangkan pada ketinggian 300 m medan listrik terukur sebesar 60 N/C. Berapa jumlah muatan yang terdapat di dalam kubus bersisi 100 m dengan permukaan horisontalnya terletak pada ketinggian 200 m dan 300 m.

Jawab :

C54.3)100)(10060)(10x85.8(

AEAEq

qdAEdAEdAE

A)EE(qqdA.E

212

bawahbawahoatasataso

bawaho

ataso

kubuso

21oo

Page 13: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Contoh Soal 3.5

Sebuah bola isolator bermuatan q dan berjari-jari R mempunyai rapat muatan volume seragam. Dengan menggunakan hukum Gauss tentukan medan listrik di dalam dan diluar bola.

Jawab :

3o

3

32

o

3

3

So

Sro

3

33

3rr

3

Rqr

41E

Rqr)r4(E

RqrdAEqdAE

Rqrr

34

R34

qVqR

34

q).a

11

r

Rr

).b

2o

2o

So

So

rq

41Eq)r4(E

qdAEqdAE).b11

Seperti muatan titik

S1

S2

Page 14: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Contoh Soal 3.6

Bola konduktor pejal berongga mempunyai jari-jari dalam R1 dan jari-jari luar R2 di beri muatan sebesar -2q. Dipusat bola berongga ini terdapat muatan titik sebesar +q. Tentukan medan listrik dimana-mana dengan menggunakan hukum Gauss.Jawab :

2o

2o

So1 r

q4

1Eq)r4(EqdAERr1

r

R2

R1r

q)q(q2''qq'q0'qqq0dAE

0ERrR

2Sio

21

Di dalam konduktor

-q

-q

2o

2o

Sio2 r

q4

1Eqq2q)r4(EqdAERr3

S3

S2

S1

Page 15: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Soal Latihan 3.1Sebuah konduktor yang berbentuk silinder sepanjang L dan bermuatan sebesar +q dikelilingi oleh konduktor lain berbentuk silinder berongga juga sepanjang L yang bermuatan – 2q seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Dengan menggunakan hukum Gauss tentukan :a). Medan listrik diluar silinder beronggab). Distribusi muatan pada silinder beronggac). Medan listrik diantara kedua konduktor

rL2qE).ao

rL2qE).co

-q pada dinding dalam

-q pada dinding luar

Page 16: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Soal Latihan 3.2Sebuah bola isolator pejal dengan jari-jari R1 dikelilingi oleh oleh bola berongga konduktor netral berjari-jari dalam R2 dan berjari-jari luar R3. Bola isolator mempunyai rapat muatan volume sebesar (r)=br dimana b adalah konstan dan r adalah jarak dari pusat bola. Hitung medan listrik di :a). r <R1

b). R1< r < R2

c). R2< r < R3

d). R>R3

Hitung juga rapat muatan induksi di dinding dalam bola berongga

22

41

2

41

o

2

41

o

2

o

R4bR'

rbR

41E).d0E).c

rbR

41E).bbr

41E).a

Page 17: Bab 3 Hukum Gauss Baru.ppt

Soal Latihan 3.3Sebuah bola berongga non konduktor mempunyai jari-jari dalam a dan jari-jari luar b serta mempunyai rapat muatan volume =A/r, dimana A suatu konstanta dan r adalah jarak dari pusat bola berongga. Berapa harga A agar medan listrik di dalam bola berongga akan uniform.

2a2qA