hd muatan listrik dan hukum coulomb

Download HD muatan Listrik Dan Hukum Coulomb

Post on 25-Dec-2015

51 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

muatan listrik dan hukum coloumb

TRANSCRIPT

MUATAN LISTRIK DAN HUKUM COULOMB1.1. Muatan Listrik dan kekekalannyaKata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani electron, yang berarti amber. Amber adalah dammar pohon yang membatu, dan orang zaman dahulu mengetahui bahwa apabila kalian menggosok batang amber dengan kain, amber tersebut akan menarik daun-daun kecil atau debu. Sepotong plastik yang keras, batang kaca, atau penggaris plastic yang digosokkan pada kain juga akan menunjukkan efek amber ini, atau sekarang disebut dengan istilah Listrik Statis.Fenomena lain perpindahan muatan listrik statis ini sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, yaitu saat kita menyisir rambut, rambut kita berdiri mengarah pada sisir, dan mungkin kalian pernah merasakan kejutan saat menyentuh pegangan pintu yang terbuat dari logam setelah sebelumnya menggeser-geserkan tubuh di sepanjang jok mobil atau berjalan melintasi karpet nilon. kasus di atas terjadi perpindahan muatan listrik akibat proses penggosokan.Gambar 2. Menggambarkan sisir sesaat setelah kita gunakan menyisir dapat menarik kertas-kertas kecil.Sumber. Physics for Scientists and Engineers

1.2. Hukum Coulomb dan Gaya ListrikPada tahun 1780-an, Fisikawan Prancis Charles Coulomb menyelidiki gaya listrik dengan menggunakan penyeimbang torsi yang sangat mirip dengan yang digunakan Cavendish dalam studinya mengenai gaya gravitasi.Dari percobaannya, Coulomb mengemukakan bahwa Gaya yang diberikan satu benda kecil bermuatan pada muatan benda kedua sebanding dengan hasil kali besar muatan Sumber. Physics for Scientists and EngineersGambar 3. Penyeimbang torsi Coulomb

benda pertama Q1,dengan besar muatan benda kedua Q2, dan berbanding terbalik terhadapkuadrat jarak r diantaranya.secara matematik kita dapat menuliskan rumusan Hukum Coulomb sebagai berikut :

Keterangan :F = Gaya Coulomb (N)Q = Muatan (C)r = Jarak (m)k = Konsanta yang besarnya 9.109 (Nm2/c2)

0 = permitivitas ruang hampa = 8,854.10-12 (C2/ Nm2)

Jika kedua muatan merupakan muatan sejenis maka gaya yang bekerja bersifat tolak-menolak.

Jika kedua muatan merupakan muatan yang tidak sejenis maka gaya yang bekerja bersifat tarik-menarik.Gambar 6a: muatan sejenis, 6b.muatan yang tidak sejenis

A. Muatan-Muatan yang segarisBesarnya gaya Coulomb pada suatu muatan yang dipengaruhi oleh beberapa muatan yang sejenis langsung dijumlahkan secara vector.Pada gambar disamping, gaya coulomb pada muatan q1 dipengaruhi oleh muatan q2 dan q3 adalah F = F12 + F13. Apabila arah ke kanan dianggap positif dan arah ke kiri negatif, besar gaya Coulomb pada muatan:

Secara umum gaya Coulomb dapat dirumuskan sebagai berikut:

B. Muatan muatan yang tidak segarisTiga muatan q1, q2, q3 ditunjukkan seperti pada Gambar disamping. Untuk menentukan gaya Coulomb pada muatan q1 dapat dicari dengan menggunakan rumus kosinus sebagai berikut.

dengan dan

MEDAN LISTRIK DAN KUAT MEDAN LISTRIK2.1. Medan ListrikBanyak gaya di alam ini yang dikenal sebagai gaya kontak contohnya Kalian mendorong meja, menarik gerobak, atau raket tenis memukul bola tenis. Gambar 7 : medan listrik mengelilingi setiap muatan. P adalah titik sembarang

Berkebalikan dengan gaya gravitasi maupun gaya listrik dapat bekerja dari jarak tertentu, gaya akan ada meskipun benda tidak bersentuhan. Gagasan gaya bekerja dari jarak tertentu merupakan suatu hal yang sulit untuk para pemikir zaman dulu. Newton sendiri tidak merasa nyaman dengan gagasan ini ketika dia menerbitkan hukum gravitasi universalnya.Cara yang dapat membantu untuk memahami situasi ini menggunakan ide medan yang dikembangkan oleh ilmuan inggris Michael Faraday (1791-1867). Pada kasus listrik menurut Faraday, suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar keseluruh ruang (gambar 7). Ketika muatan yang kedua diletakkan di dekat yang pertama, ia akan merasakan gaya yang disebabkan oleh adanya medan listrik di tempat itu (katakanlah titik P pada gambar 7). Medan listrik pada lokasi muatan kedua dianggap berinteraksi langsung dengan muatan ini untuk menghasilkan gaya.Kesimpulan apa yang kalian dapat, bagaimana bentuk garis-garis gaya medan listrik tersebut. Kalian akan mengamati garis gaya listrik pada muatan positif akan menyebar sedangkan pada muatan negatif kan terkumpul. Karena pada muatan positif medan listrik secara radial akan menjahui mutan tersebut, sedangkan pada muatan negatif medan listrik mengarah menuju muatan tersebut.Gambar 8 : (a)garis gaya listrik di sekitar muatan positif (b)garis gaya listrik di sekitar muatan negatif

.Gambar (a) menunjukkan garis-garis medan listrik yang mengelilingi kedua muatan yang berlawanan. garis-garis medan listrik dalam hal ini dilengkungkan dan berarah dari muatn positif ke muatan negatif. Arah medan pada titik manapun mengarah secara tangensial sebagaimana ditunjukkan oleh anak panah pada titik P. Gambar (b) dan (c) dilembar berikutnya menunjukkan garis-garis medan listrik yang mengelilingi dua muatan positif yang sama (b), dan (c) untuk muatan yang tidak sama, +2Q dan Q; perhatikan bahwa garis yang meninggalkan +2Q dua kali lipat lebih banyak dari pada yang memasuki Q. (Jumlah garis sebanding dengan dengan besar Q)

Gambar (d) kita lihat medan antara dua pelat pararel yang muatannya berlawanan. perhatikan bahwa garis-garis medan listrik antara kedua pelat tersebut mulai dari arah tegak lurus terhadap permukaan pelat logam langsung menuju pelat yang satunya. Karena muatan tes positif yang diletakkan di antara kedua pelat tersebut akan merasakan tolakan yang kuat dari pelat positif dan tarikan yang kuat ke pelat negatif. Garis-garis medan antara kedua pelat adalah pararel dan berjarak sama, kecuali di dekat tepi. Berarti, di daerah tengah, medaan listrik memiliki besar yang sama di semua titik dan dapat dituliskanE = konstan {antara dua pelat pararel yang berjarak dekat}Walaupun medan melengkung di dekat ujung-ujungnya (membentuk kurva), kita sering mengabaikan hal ini, terutama jika jarak antar pelat kecil dibanding dengan ukurannya.Ukuran kekuatan dari medan listrik pada suatu titik, didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan pada muatan listrik yang ditempatkan pada titik tersebut, yang disebut Kuat Medan Listrik (E). Jika gaya listrik F dan Muatan adalah q, maka secara matematis kuat medan listrik dirumuskan:

satuan E adalah newton per coulomb (N/C).Untuk mengukur medan listrik di semua titik pada ruang, sedangkan medan listrik pada jarak r dari satu muatan titik Q adalah:

Konsep medan juga dapat kita terapkan pada gaya gravitasi. Dengan demikian kita dapat menyatakan bahwa medan gravitasi ada untuk setiap benda yang memiliki massa. Satu benda akan menarik benda yang lain dengan medan gravitasi. Bumi, misalnya dapat dikatakan memiliki medan gravitasi yang bertanggung jawab menimbulkan percepatan gravitasi g dengan arah menuju ke pusat bumi. Percepatan gravitasi bersama dengan massa pesawat udara m menimbulkan gaya berat W sebesar: Gambar 9: Medan Gravitasi Bumi

W = m g2.2 Hukum GaussHukum mengenai gaya elektrostatis dikemukakan oleh Charles Augustin de Coulomb dalam Hukum Coulombnya. Kita dapat menyatakan Hukum Coulomb di dalam bentuk lain, yang dinamakan Hukum Gauss, yang dapat digunakan untuk menghitung kuat medan listrik pada kasus-kasus tertentu yang bersifat simetri. Hukum Gauss menyatakan bahwa jumlah aljabar garis-garis gaya magnet (fluks) listrik yang menembus permukaan tertutup sebanding dengan jumlah aljabar muatan listrik di dalam permukaan tersebut. Pernyataan tersebut dapat dirumuskan:

Gambar 10 : garis gaya listrik menembus suatu luasan A

Dari dari rumus N = q di atas dapat ditulis kembali dengan Jumlah garis gaya yang menenbus luasan A disebut Fluks listrik dan disimbolkan . Fluks listrik yang tegak lurus melewati luasan A adalah

; = Fluks Listrik (Nm2/C)

Jika luasan A tidak tegak lurus terhadap E (lihat gambar ) maka fluks listrik dinyatakan dengan persamaan berikut

Keterangan = sudut normal permukaan dengan EEn= komponen E yang tegak lurus permukaan AGambar 11 : garis gaya listrik yang tidak tegak lurus menembus permukaan A

ENERGI POTENSIAL LISTRIK3.1 Potensial Listrik dan Beda Potensial ListrikKetika gaya konservatif F bekerja pada muatan listrik yang mengalami perpindahan maka kerja yang dilakukan oleh gaya konservatif mengurangi energi potensial. Perubahan energi potensial persatuan muatan itulah yang menunjukkan beda potensialCoba perhatikan gambar di samping. Muatan positif Q menghasilkan medan listrik homogen E di sekitar muatan. Muatan uji qo positif pada kedudukan R1 akan kita pindahkan hingga kedudukan R2.Untuk memindahkan muatan tersebut diperlukan usaha sebesar: ..... (3.1)dengan F = E. qo dan E =sehingga persamaan (3.1) dapat ditulis sebagai berikut

.......(3.2)keterangan:W12 = usaha untuk memindahkan muatan dari R1 dan R2 (J)R1 = kedudukan awalR2 = kedudukan akhirPerlu diketahui, bahwa medan listrik termasuk medan konservatif. Oleh karena itu, besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatandalam medan listrik tidak tergantung pada lintasannya, tetapi hanya bergantung pada kedudukan awal dan kedudukan akhir.Jika kedudukan R1 sangat jauh () maka persamaan (3.1) menjadi:

Besaran inilah yang disebut sebagai energi potensial listrik. Energi potensial listrik adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan dalam medan listrik dari suatu titik yang jaraknya tak terhingga ke suatu titik tertentu. Energi potensial listrik dirumuskan sebagai:

Potensial listrik di suatu titik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan positif di titik tersebut. Potensial listrik di suatu titik dinyatakan sebagai:

Satuan untuk potensial listrik adalah volt (V) atau joule/coulomb (J/C).Potensial listrik pada suatu titik oleh beberapa muatan dinyatakan sebagai jumlah potensial listrik oleh masing-masing

Recommended

View more >