MEDAN MAGNETPertemuan 2

Tujuan Perkuliahan Gaya Lorentz Hukum Biot-Savart Hukum Ampere Fluks Magnet Hukum Faraday-Lenz Induktansi Diri

Energi Potensial Listrik

Definisi Energi Potensial Listrik Energi potensial listrik didefinisikan secara formal sebagai Jika muatan listrik q berada dalam ruang yang mengandung medan listrik , maka energi potensial yang dimiliki muatan tersebut adalah dengan U(r0)adalah energi potensial pada posisi acuan

Potensial Listrik Didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan listrik.

Potensial listrik oleh sebuah partikel Jika arah medan listrik E dan dr sejajar. Sehingga E * dr maka

Dengan menetapkan bahwa pada jarak tak berhingga besar potensial sama dengan nol maka,

Potensial listrik yang dihasilkan banyak partikel Cara menentukan potensial listrik yang dihasilkan banyak partikel cukup mudah, yaitu hanya dengan melakukan penjumlahan aljabar (penjumlahan biasa) potensial listrik yang dihasilkan masingmasing partikel.

Menentukan potensial listrik yang dihasilkan oleh sejumlah titik muatan

Potensial total di titik pengamatan adalah

Potensial Momen Dipol Kita akan hitung potensial pada jarak r dari pusat dipol (titik tengah antara dua muatan) yang membentuk sudut dengan sumbu dipol (sumbu vertikal).i) Jarak titik pengamatan ke muatan q adalah r1 ii) Jarak titik pengamatan ke muatan +q adalah r2

Hubungan antara r1, r2, dan r pada sebuah dipol

Jika jarak titik pengamatan sangat besar dibandigkan dengan d maka dapat didekati 12 sehingga r1= d cos/2 dan r2= d cos/2 Potensial di titik P yang dihasilkan oleh muatan q: Potensial di titik P yang dihasilkan oleh muatan +q

Potensial total di titik P

Untuk jarak r yang sangat besar dibandingkan dengan, r1xr2 r x r = r

Potensial listrik pelat sejajar Kapasitor pelat sejajar memiliki pelat yang terpisah sejauh d. Rapat muatan pada pelat adalah . Beda potensial antara dua pelat adalah

Posisi pelat sejajar dalam koordinat

Potensial listrik akibat kehadiran bahan dielektrik Kehadiran bahan dielektrik menyebabkan kuat medan yang dihasilkan muatan juga berubah. Akibatnya, potensial listrik di sekitar suatu muatan juga berubah Untuk menentukan potensial listrik akibat kehadiran bahan dielektrik, kita dapat menggunakan rumus potensial tanpa bahan dielektrik dengan mengganti 0 dengan 0, dengan adalah konstanta dielektrik bahan.

jika antara dua pelat sejajar dipasang bahan dielektrik, maka beda potensial antara dua pelat menjadi Potensial listrik di sekitar muatan titik yang ditempatkan dalam medium dengan konstanta dielektrik adalah

Bidang equipotensial Jika kita tempatkan sebuah muatan listrik dalam ruang, maka titik-titik di sekitar listrik tertentu. Besarnya potensial listrik bergantung pada jarak titik muatan memiliki potensial pengamatan ke muatan. Jika muatan yang kita tempatkan berbentuk titik maka potensial pada jarak r dari muatan memenuhi

Titik-titik yang berjarak sama dari muatan memiliki potensial yang sama. Permukaan atau bidang yang memiliki potensial listrik yang sama dinamakan bidang ekipotensial. Beberapa bentuk bidang ekipotensial dari benda yang bentuknya khusus sebagai berikut: Untuk muatan titik, bidang ekipotensial berupa kulit bola Untuk muatan bola yang tersebar homogen, bidang ekipotensial juga berupa kulit bola Untuk muatan yang tersebar homogen pada kawat atau silinder, bidang ekipotensial berupa kulit silinder Untuk muatan yang tersebar pada pelat, bidang ekipotensial berupa bidang datar sejajar pelat

Ada satu yang menarik dari bidang ekipotensial yaitu selalu tegak lurus garis gaya listrik.

Bidang ekipotensial yang dihasilkan oleh (a) muatan titik, (b) muatan bola, dan (c) pelat sejajar

Potensial dan Kapasitansi

Kapasitor adalah piranti elektronik yang dapat menyimpan muatan listrik. Kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik diungkapkan oleh besaran yang namanya kapasitansi sebuah kapasitor dapat menyimpan muatan Q ketika dihubungkan dengan beda potensial V, maka kapasitansi kapasitor tersebut didefinisikan C = Q/V Satuan kapasitansi kapasitor adalah C/V. Satuan ini memiliki nama khusus, yaitu Farad yang disingkat F. Jadi 1 F = 1 C/V

Kapasitor pelat sejajar Kapasitor ini terdiri dari dua pelat konduktor yang sejajar dan dipisahkan oleh sebuah lapisan isolator. Luas masing-masing pelat adalah A. Jarak antar pelat adalah d. Kerapatan muatan listrik yang diberikan pada masing-masing pelat adalah + dan -. Besar muatan yang dikandung masingmasing pelat adalah Q = A. Kapasitansi kapasitor pelat sejajar adalah

Skema kapasitor pelat sejajar

Kapasitor satu bola konduktor Bola kobduktor yang berjari-jari R memiliki potensial V relatif terhadap tanah. Potensial di permukaan bola konduktor adalahBola konduktor yang diberi potensial

Kapasitansi bola konduktor menjadi

Kapasitansi dua bola konduktor konsentris Kedua bola dihubungkan dengan beda potensial V. Misalkan muatan masing-masing bola adalah +Q dan Q. Kuat medan listrik antara dua bola hanya ditentukan oleh muatan bola R1, yaitu

Dua bola konsentris dipasang pada suatu beda potensial

Kapasitor dua silinder konsentris Silinder dalam memiliki jari-jari R1 dan silinder luar memiliki jari-jari R2 Kuat medan listrik antar dua silinder hanya ditentukan oleh muatan silinder dalam, yaitu

adalah rapat muatan per satuan panjang silinder.

Dua silinder konsentris dipasang pada suatu beda potensial

Beda potensial antara dua silnder

Rangkaian kapasitor Secara umum rangkaian kapasitor dapat dikelompokkan atas dua bagian besar, yaitu rangkaian seri dan parallel. Rangkaian-rangkaian kapasitor yang lain dapat dipandang sebagai kombinasi rangkaian seri dan parallel. Rangkaian seri Dua kapasitor C1 dan C2 dirangkaian secara seri seperti pada gambar di bawah. Besar kapasitansi pengganti dua kapasitor di atas adalah C yang memenuhi

Jika terd apat N kapasitor yang disusun secara seri seri maka kapasitansi total, C, memenuhiatau

(a) Rangkaian seri kapasitor C1 dan C2 dan (b) adalah kapasitor pengganti (ekivalen)

Susunan paralel Susunan lain yang dapat diterapkan pada kapasitor adalah susunan parallel. Gambar berikut adalah susunan parallel dua kapasitor C1 dan C2 Kapasitansi pengganti memenuhi C = C1 + C2 buah kapasitor yang disusun secara parallel maka kapsitansi pengganti memenuhi C = C 1 + C2 + C 3 + + C N

Susunan parallel dua kapasitor

Energi yang tersimpan dalam kapasitor Kapasitor yang bermuatan menyimpan sejumlah energi yang besarnya Karena Q = CV maka ditulis Untuk kapasitor pelat sejajar, berlaku hubungan V = Ed dan C = o A/d sehingga

dengan Vol adalah volum ruang antar dua pelat (volum kapasitor).

Kita definisikan rapat energi yang tersimpan dalam kapasitor (= energi per satuan volum)

Pengosongan kapasitor Misalkan sebuah kapasitor yang berisi muatan dihubungkan secara seri sebuah hambatan R maka muatan kapasitor akan mengalir melalui hambatan R sehingga lama-kelamaan muatan kapasitor makin kecil dan akhirnya habis. Peristiwa ini disebut pengosongan kapasitor (discharge). Perubahan muatan kapasitor terhadap waktu proses pengosongan memenuhidengan Qo muatan saat t = 0.

Dengan menggunakan hubungan Q = VC, kita dapat menentukan kebergantungan tegangan antara dua ujung kapasitor terhadap waktu atau

Sebuah kapasitor dihubung seri dengan sebuah tahanan

Pengisian kapasitor Sebaliknya kita akan mengkaji proses pengisian kapasitor. Mula-mula kapasitor kosong dan saklar dalam keadaan tegangan. Tegangan antara dua kaki Skema rangkaian pengisian kapasitor kapasitor nol. Pada saat t = 0 saklar ditutup sehingga Dengan demikian tegangan antara dua ujung kapasitor arus listrik mengalir dan makin meningkat. kapasitor mulai terisi.

Terima KasihJ1E110007 J1E110010