fd2 - 01 - medan listrik

2. MEDAN LISTRIK

Fisika Dasar - TE UMP

Pengertian Medan Listrik

Medan Listrik merupakan daerah atau ruang disekitar benda yang bermuatan listrik dimana jika sebuah benda bermuatan lainnya diletakkan pada daerah itu masih mengalami gaya elektrostatis.


Garis Medan Listrik

Benda yang bermuatan listrik dikelilingi sebuah daerah yang disebut medan listrik. Dalam medan ini, muatan listrik dapat dideteksi. Menurut Faraday (1791- 867), suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh ruangan. Untuk memvisualisasikan medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan serangkaian garis untuk menunjukkan arah medan listrik pada berbagai titik di ruang, yang disebut garis-garis gaya listrik. Untuk lebih jelasnya lihatlah gambar ilustrasi berikut.


Gambar a merupakan partikel bermuatan positif. Garis-garis yang keluar dari partikel a disebut dengan medan listrik. Arah medan listrik pada gambar a keluar dari partikel bermuatan positif. Perhatikan pada gambar b, pada gambar tersebut merupakan partikel bermuatan negatif. sama dengan gambar a garis-garis yang ada pada gambar b merupakan medan listrik. Bedanya dengan partikel bermuatan positif, arah medan listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah partikel.


Dari pembahasan ini kita dapat menjelaskan bagaimana dua partikel yang sejenis tolak-menolak dan partikel yang lain jenis tarik menarik. Agar lebih jelas perhatikan ilustrasi gambar berikut ini. Gambar a merupakan interaksi dua partikel yang berlainan jenis. Perhatikan garis medan listriknya, garis dari partikel postif menuju partikel negatif.Ini menjeelaskan mengapa dua partikel tersebut dapat tarik menarik. Pada gambar b dapat kita lihat partikel yang muatanya sama. Garis medan listrik pada partikel tersebut saling menjauhi satu sama lain. Sehingga kedua partikel tersebut saling tolak-menolak.


Kuat Medan Listrik atau Intensitas Listrik (Electric Intensity) Yaitu gaya elektrostatik yang dialami oleh satu satuan muatan positif yang diletakkan di titik itu setiap satuan muatannya. Didefinisikan sebagai hasil bagi gaya listrik yang bekerja pada suatu muatan uji dengan besar muatan uji tersebut. Jika gaya listrik F dan muatan adalah q, maka secara matematis kuat medan listrik dirumuskan: Persamaan persamaan di atas untuk mengukur medan listrik di semua titik pada ruang, sedangkan medan listrik pada jarak r dari satu muatan titik Q adalah:


Sehingga menjadi: Keterangan E : Kuat medan listrik ( N/C ) K : Konstanta ( 9109 Nm2 /C2) q,Q : Muatan listrik ( C ) r : Jarak antara muatan ( m ) 0 = permitivitas listrik vakum = 8,85 . 10-12 C2/Nm2 Persamaan tersebut menunjukkan bahwa E hanya bergantung pada muatan Q yang menghasilkan medan tersebut.


Kuat medan listrik merupakan besaran vektor sehingga selalu mempunyai besar dan arah sebagaimana halnya gaya listrik. Dalam hal ini : - Jika q positif maka F searah dengan E - Jika q negatif maka F berlawanan arah dengan E Hal ini juga berlaku apabila muatan tersebut proton ataupun elektron yang terletak di dalam suatu medan listrik.


Contoh:

1. Hitung kuat medan listrik pada jarak 1 cm dari sebuah muatan positif 10-6 Coulomb.

2. Dua buah muatan titik q1 = +12 nC, dan q2 = -12 nC ditempatkan pada jarak 10 cm. Hitung medan listrik yang ditimbulkan oleh kedua muatan ini pada titik a, b, dan c seperti pada Gambar.


Menggambarkan Kuat Medan Listrik di Suatu Titik Akibat Suatu Muatan Sumber Misalkan ada Sebuah Titik P yang berjarak r dari suatu muatan sumber q, maka arah kuat medan listrik di titik P searah dengan gaya elektrostatis yang dialami oleh sebuah muatan uji q yang bermuatan positif yang diletakkan dititik tersebut, dan digambarkan sebagai berikut:


Kuat medan listrik akibat beberapa muatan Medan listrik adalah gaya listrik persatuan muatan. Karena gaya listrik mengikuti prinsip superposisi secara vektor, demikian juga yang terjadi pada medan listrik. Hal ini berarti kuat medan listrik dari beberapa muatan titik adalah jumlah vektor kuat medan listrik dari masing-masing muatan titik. Misalkan dua buah muatan listrik +q1 dan q2 terletak seperti terlihat dalam gambar


Kuat medan listrik di P akibat muatan +q1 adalah E1 yang arahnya menjauhi q1 dan kuat medan listrik di P akibat ,muatan q2 adalah E2 yang menuju q2. Dengan metode penjumlahan vektor, maka kuat medan listrik total di titik P (Ep) adalah :

Contoh: Pada titik A, B, C dari sebuah empat persegi yang sisinya 3cm diletakkan muatan sebesar +4C, -2C dan +6C. Tentukan kuat medan listrik di titik D!


Fluks Listrik

Apabila terdapat garis-garis gaya dari suatu medan listrik homogen yang menembus tegak lurus suatu bidang seluas A, maka hasil kali antara kuat medan listrik E dan luas bidang A yang tegak lurus dengan medan listrik itu disebut dengan fluks listrik (). dimana = fluks medan listrik (N/C m2 = weber = Wb) E = kuat medan listrik (N/C) A = luas bidang yang ditembus listrik (m2) = sudut antara vektor E dan garis normal bidang


Contoh:

Hitunglah fluks listrik yang menembus bidang persegi dengan 4cm, bila vektor kuat medan listrik homogen itu sebesar 240 N/C dan arahnya: a. Tegak lurus dengan bidang b. Sejajar dengan bidang c. Membentuk sudut 50 terhadap bidang


Hukum Gauss

Jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup. Secara matematis dirumuskan dengan: Dengan qin = muatan yang dilingkupi oleh permukaan tertutup (C) o = permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/Nm2)


Contoh:

Sebuah muatan listrik sebesar 1,77 x 10-8 C berada di udara yang mempunyai permitivitas 8,85 x 10-12 C2/Nm2. Tentukan jumlah garis gaya listrik yang menembus seluruh permukaan muatan tersebut.


Medan Listrik pada Keping Sejajar

Perhatikan gambar di atas. Pada gambar tersebut terdapat dua plat yang memiliki muatan yang berbeda. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya benda yang memiliki muatan memiliki medan listrik pada benda tersebut. Sama halnya dengan plat ini, plat sebelah kanan memiliki muatan negatif dan plat sebelah kiri memiliki muatan positif. Sehingga medan listrik yang terjadi pada kedua plat tersebut bersifat homogen


Jika luas keping A, masing-masing keping bermuatan +q dan -q, medan listrik dinyatakan oleh banyaknya garis-garis gaya, sedangkan garis-garis gaya dinyatakan sebagai jumlah muatan yang menimbulkan garis gaya tersebut (Hukum Gauss). Muatan listrik tiap satu satuan luas keping penghantar didefinisikan sebagai rapat muatan permukaan diberi lambang (sigma), yang diukur dalam C/m2. Sehingga persamaannya dapat dihintung dengan: atau karena N = 0.E.A maka dapat di subtitusikan ke persamaan sehingga menjadi: Persamaan tersebut dapat disederhanakan karena memiliki nilai yang sama yaitu A sehingga persamaannya menjadi :

= 0.E


Sehingga medan listrik pada keping sejajar dapat dicari dan hasilnya menjadi: Keterangan: E : Medan Listrik ( N/C) : rapat muatan keping (C/m2) A : Luas (m2)

Contoh: Sebuah konduktor dua keping sejajar yang tiap kepingnya berbentuk persegi panjang (panjang=5 cm, lebar = 4cm) diberi muatan 1,77C yang berlawanan jenis. Hitung : (a) rapat muatan listrik masing-masing keping (b) besar kuat medan listrik dalam ruang diantara kedua keping


Medan Listrik Pada Konduktor Bola Berongga Jika suatu bola konduktor di beri muatan listrik (dengan menambahkan elektron kedalam bola konduktor tersebut) maka elektro di dalam bola akan saling tolak menolak, sehingga elektron bergerak sejauh mungkin hingga ke permukaan bola. Oleh karena itu muatan listrik pada konduktor bola berongga tersebar merata pada permukaan. Dalam hal ini: Kuat medan di dalam bola = 0 (didalam bola tidak dilewati

garis-garis gaya) Kuat medan di permukaan bola E = k

2

Kuat medan pada titik sejauh x dari pusat bola = ()2


Dari diagram di samping, dapat kita lihat bahwa besar kuat medan listrik dari pusat sampai mendekati permukaan bola (r < R) adalah nol


Tugas 1. Dua buah muatan titik q1 = +1,5 C, dan q2 = +2,3 C

berada pada jarak r =13 cm. Tentukanlah letak titik yang medan listriknya nol.

2. Sebuah muatan positif q1 = +8nC berada pada titik asal dan muatan kedua positif q2 = +12nC berada pada sumbu x = 4m dari titik asal. Carilah medan lisriknya di sumbu x untuk: (a) P1 yang berjarak x=7m dari titik asal. (b) P2 yang berjarak x=3m dari titik asal.

3. Dua buah muatan titik q1 = 9 107C dan q2 = 4 107C di udara berada pada jarak 1m satu sama lain (a) Tentukan besar dan arah kuat medan listrik pada titik P

yang terletak di tengah-tengah kedua muatan itu. (b) Tentukan letak titik yang kuat medannya nol.

4. Buatlah soal dan penyelesaiannya mengenai bab ini. (tidak boleh sama


2. MEDAN LISTRIKPengertian Medan ListrikGaris Medan ListrikSlide Number 4Slide Number 5Kuat Medan Listrik atau Intensitas Listrik (Electric Intensity) Slide Number 7Slide Number 8Contoh:Menggambarkan Kuat Medan Listrik di Suatu Titik Akibat Suatu Muatan SumberKuat medan listrik akibat beberapa muatan Slide Number 12Fluks ListrikContoh:Hukum GaussContoh:Medan Listrik pada Keping SejajarSlide Number 18Slide Number 19Medan Listrik Pada Konduktor Bola Berongga Slide Number 21Tugas

fd2 - 01 - medan listrik

Documents