hukum coulomb dan medan listrik

Download Hukum Coulomb Dan Medan Listrik

Post on 12-Dec-2014

272 views

Category:

Documents

21 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Mata kuliah Fisika 2

TRANSCRIPT

PENDAHULUAN KONTRAK KULIAH BUKU REFERENSI HUKUM COULOMB LISTRIK STATIS MEDAN LISTRIK BEBERAPA APLIKASI FISIKA DASAR II UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO SEMARANG 2009 T.SUTOJO,SSi,M.Kom sutoyo@dosen.dinus.ac.id HP: 024 3310 1617KONTRAK KULIAH TUGAS :30% MID:35% UAS:35% BUKU REFERENSI Resnick, Robert, David Halliday, Physics (terjemahan oleh Pantur Silaban, Fisika jilid 2), penerbit Erlangga. Sears Zemansky,Fisika Untuk Universitas 2 ( saduran bebas Nabris Chatib), Penerbit Bina Cipta, 1986 Sutrisno, Seri Fisika Fisika Dasar listrik, magnet dan termofisika, Penerbit ITB, Bandung 1982 Tipler, Physics for Sscientists and Engineers, (terjemahan oleh Bambang Soegiono, Fisika untuk Sains dan Teknik jilid 2), Penerbit Erlangga, 1991 LISTRIK STATIS Listrik statis adalah listrik yang diam untuk sementara pada suatu benda. Pada listrik statis akan dipelajari tentang karakteristik dari muatan listrik yang tidak bergerak. LISTRIK STATIS Pengamatan tentang gaya listrik sudah ada sejak zaman Yunani kuno. Pada waktu itu orang-orang Yunani kuno telah mengamati bahwa batu ambar yang telah digosok dengan kain Wol, akan menarik benda-benda ringan seperti jerami atau bulu. Pada tahun 1600 William Gielbert mulai mempelajari berbagai bahan yang mempunyai sifat seperti batu ambar. Bahan-bahan ini disebut bersifat elektrik. Kata elektrik berasal dari bahasa Yunani kuno, yaitu electrum yang artinya adalah batu ambar.LISTRIK STATIS Untuk mempelajari kedua hal diatas, ada baiknya kita pelajari terlebih dahulu konsep tentang atom. ATOM Atom merupakan partikel terkecil penyusun suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut.Atom terdiri dari partikel-partikel yang jauh lebih kecil yang memiliki sifat sendiri. Partikel-partikel tersebut adalah proton, netron yang terdapat dalam inti atom dan elektron yang mengorbit inti dengan lintasan tertentu. Aku proton Aku neutron Aku elektron ATOM Proton bermuatan listrik positip. elektron bermuatan listrik negatip neutron memiliki sifat yang netral. Besar muatan listrik proton dan elektron sama. + - Aku proton bermuatan (+) Aku neutron netral Aku elektron bermuatan (-) ATOM Atom yang netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama. Suatu atom akan memiliki muatan listrik negatif bila atom tersebut kelebihan elektron Dan atom akan bermuatan positip bila kekurangan elektron Aku proton Aku neutron Aku elektron ATOM NETRAL Atom yang netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama. JUMLAH=JUMLAH ATOM NEGATIF Bila suatu atom mendapat tambahan elektron dari atom lain, maka atom tersebut menjadi kelebihan elektronAkibatnya Atom menjadi bermuatan negatip. JUMLAHJUMLAH Gilbert, 1600, dokter istana Inggris electric (membedakannya dgn gejala kemagnetan) Du Fay, 1700, tolak menolak - tarik menarik resinous (-), vitreous (+) Franklin, ilmuwan USA membagi muatan listrik atas dua: positif dan negatif. Jika gelas dengan sutera digosokkan, maka gelas akan bermuatan positif dan sutera akan bermuatan negatif Millikan, 1869 1953, mencari harga muatan paling kecil, percobaan tetes minyak Millikan Muatan elektrone = 1,6 10-19 C Muatan proton e = +1,6 10-19 C Du Fay Gilbert Millikan MEMBERI MUATAN LISTRIK PADA BENDA Dengan cara menggosok dua jenisbenda Contoh:Balon dengan kain wol, Kaca dengan kain sutra Mika dengan kain wol Mika dengan kain sutra Dengan cara diinduksi dengan benda lain yang telah bermuatan listrik. MENGGOSOK DUA JENIS BENDA Balon dengan Kain Wol Balon bila kita gosok dengan kain wol maka elektron berpindah dari kain wol ke balon. Sehingga balon menjadi bermuatan listrik negatif dan kain wol bermuatan listrik positif MENGGOSOK DUA JENIS BENDA Kaca dengan kain sutra Bila kaca kita gosok dengan kin sutra, elektron berpindah dari kaca ke kain sutra. Sehingga kaca menjadi bermuatan lisrik positip dan kain sutra bermuatan listrik negatif. MENGINDUKSI DENGAN BENDA BERMUATAN LISTRIK KLIK BENDA INI MENGINDUKSI DENGAN BENDA BERMUATAN LISTRIK SIFAT MUATAN LISTRIK ++ Muatan sejenis saling tolak-menolak FF SIFAT MUATAN LISTRIK Muatan sejenis saling tolak-menolak -- FF SIFAT MUATAN LISTRIK Muatan tidak sejenis tarik-menarik -+ FF CHARLES COULOMB 1736-1806 Bagian ini untuk mengatur dan mengukur torsi, sehingga gaya bisa menahan muatan. Skala ini untuk membaca jarak pisah antara muatan Dengan timbangan putar, Coulomb berhasil mengukur gaya-gaya antara muatan cukup akurat, sampai ia bisa memberikan rumus matematik untuk gaya elektromagnetik. Satuan muatan dinamakan Coulomb, disingkat C. 1 C = 6,24150975 x 10 +18 e 1 e = 1,60217646 x 10 -19 C F r Garis F r-2 Hasil Eksperimen Coulomb HUKUM COULOMB Dari hasil percobaannya, Disimpulkan bahwa: Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua muatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik.(Hk. Coulomb) 22 1rQ Qk F =r F = Gaya Coulomb (N) Q1,Q2 = muatan listrik (C) r = jarak antara muatan (m) k = 8,99 109 N.m2/C2 HUKUM COULOMB Contoh Soal 1. Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05C dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah (a) besarnya gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya dan (b) Jumlah satuan muatan dasar pada masing-masing muatan. HUKUM COULOMB 0, 05C + 0, 05C + 10 cm q1q2 F21F12HUKUM COULOMB 0, 05C + 0, 05C + 10 cm q1q2 F21F12( )( )( )NmC x C x C m N3 -26 6 2 2 922 110 x2,25) 1 , 0 (10 05 , 0 10 05 , 0 / . 8,99x10 rq kqF=== 1119610 12 , 310 6 , 110 05 , 0xC xC xeqNNe q= = ==Jawab:HUKUM COULOMB Berapa gaya tolak antara dua electron yang terpisah pada jarak 1 meter di hampa udara ? Berapa gaya gravitasi antara keduanya ? Bandingkan kedua gaya tersebut ! k = 9.0 109 N m2 C-2 massa elektron = 9.11 10-31 kg massa proton = 1.67 10-27 kg G = 6.67 10-11 N m2 kg-2 Perbandingan gaya listrik dan gaya gravitasi HUKUM COULOMB Jawab:Gaya listrik : F = k.q1.q2/r2 = (9.0 x 109 x 1.6 x 10-19 x 1.6 x 10-19)/ 12

= 2.3 x 10-28 N Gaya gravitasi : F = G.m1.m2/r2

= (6.67 x 10-11 x 9.11 x 10-31 x 9.11 x 10-31)/ 12 = 5.5 x 10-71 N Gaya Listrik/Gaya gravitasi=2.3 x 10-28 / 5.5 x 10-71=4 x 1042

Dari hasil perbandingan ini dapat disimpulkan bahwa : gaya gravitasi bisa diabaikan dibanding gaya elektrostatik. Contoh Soal 2.Tiga muatan titik terletak pada sumbu x; q1 = 25 nC terletak pada titik asal, q2 = -10 nC berada pada x=2m, dan q0 = 20 nC berada pada x = 3,5 m. Carilah gaya total pada q0 akibat q1 dan q2. HUKUM COULOMB + + X (m) 0 23,5 q1 q2q0 + + 2 m 1,5 m Jawab:q1 q2q0 F10 F10 F20 F20 N) (0,367) 5 , 3 () 10 20 )( 10 25 )( / . 10 99 , 8 (29 9 2 2 92100 110 = == mC m Nrq kqFHUKUM COULOMB + + 2 m 1,5 m Jawab:q1 q2q0 F10 F20 HUKUM COULOMB N) 0,799 () 5 , 1 () 10 20 )( 10 10 )( / . 10 (8,99 29 9 2 2 92200 220 = == mC C C m Nrq kqFTanda muatan (+) atau (-) tidak perlu dimasukkan dalam perhitungan + + 2 m 1,5 m Jawab:q1 q2q0 F10 F20 N 0,432367 , 0 799 , 010 20 = = =N NF F FtotalN 0,432367 , 0 799 , 010 20 = = =N NF F Ftotal(Yang besar dikurangi yang kecil) Arah gaya total ke kiri (karena gaya yang besar arahnya kekiri) HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB -4C +10C +20C 80 cm 60 cm Soal :Hitung gaya yang bekerja pada muatan +10 C Kemana arh gaya tersebut terhadap sumbu x ? HUKUM COULOMB -4C +10C +20C 80 cm 60 cm Jawab : F1 F1 F2 F2 F 100 cm = 180o Cos = cos(180o ) = cos180o .cos sin180.sin = 1. 0,80. 0,6 = 0,8sin = 60/100 = 0,6 cos = 80/100 = 0,8 HUKUM COULOMB N ,mC NmFNmC C NmF8 1) 1 () 10 20 )( 10 10 )( / 10 9 (2) 6 , 0 () 10 20 )( 10 4 )( / 10 9 (26 6 2 2 9126 6 2 2 92= == = Jawab :N ,mC NmFNmC C NmF8 1) 1 () 10 20 )( 10 10 )( / 10 9 (2) 6 , 0 () 10 20 )( 10 4 )( / 10 9 (26 6 2 2 91326 6 2 2 92= == = u cos . 22 12221F F F F F + + =N 4 , 3) 8 , 0 .( 2 . 8 , 1 . 2 2 8 , 12 2= + + =HUKUM COULOMB Jawab : F1 F2 F F1 F2 F 1 2 = 1 + 2 2211sin sin sin o o uF F F= =Diketahui:cos = 0,8 maka = 143,13o

sin = 0,6 HUKUM COULOMB Jawab :11sin sin o uF F=1sin8 , 16 , 04 , 3o=sin1 = 0,3176 1 = 18,52o

2 = 143,13o- 18,52o 2 =124,61o Arah gaya F terhadap F1 adalah 2= 124,61o Arah gaya F terhadap F2 adalah 1= 18,52o

Arah gaya F terhadap sumbu xadalah 1= 18,52o Medan listrik adalah daerah dimana apabila sebuah muatan uji q0 diletakkan ditempat itu, maka gaya coulomb F akan berkerja padanya. Dalam satuan SI medan listrik dinyatakan dalam Newton per Coulomb (N/C). Persamaan untuk menghitung kuat medan listrik adalah MEDAN LISTRIK 0qFE =2rqk E =atau ARAH GARIS GAYA MEDAN LISTRIK mutan positif (+) arahnya menjauhi muatan mutan negatif (-) arahnya menuju muatan ARAH GARIS GAYA MEDAN LISTRIK Garis medan listrik bermula dari muatan + dan berakhir pada muatan Garis2 digambar simetris, meninggalkan atau masuk ke muatan Jumlah garis yang masuk/meninggalkan muatan sebanding dgn besar muatan Kerapatan garis2 pada sebuah titik sebanding dgn besar medan listrik di titik itu Tidak ada garis2 yang berpotongan Contoh Soal : MEDAN LISTRIK Dua buah muatan titik masing-masing +25C dan-25C terletak pada bidang empat persegi panjang seperti gambar dibawah. Hitunglah besar kuat medan listrik dan arahnya di titik P , Q, dan R.Contoh Soal : MEDAN LISTRIK Jawab :Menentukan kuat medan listrik di titik P E1 E2 2222prQk E = = (9.0 x 109x25 x 10-6 )/ 32= 25 x 10 3 N/C2111prQk E= = (9.0 x 109x25 x 10-6 )/ 32= 25 x 103 N/CContoh Soal : MEDAN LISTRIK Jawab :Menentukan kuat medan listrik di titik P Karena E1 dan E2 searah, maka resultan medan listrik di titik P adalah EP = E1 + E2 = 25 x 103 N/C + 25 x 10 3 N/C = 5 x 104 N/C arah EP dari titik P menuju Q2 E1 E2 Contoh Soal : MEDAN LISTRIK Jawab :Menentukan kuat medan listrik di titik Q E1 E2 EQ Contoh Soal : MEDAN LISTRIK Jawab :Menentukan kuat medan listrik di titik Q Diketahui bahwa: Cos = 3/5 danSin = 4/5maka Cos2 = Cos2 Sin2 Cos2 = (3/5)2 (4/5)2 = - 7/25 u 2 22 12221Cos E E E E EQ+ + =)257(- 9000x9000x 2 (9000) (9000)2 2x EQ+ + =2111QrQk E= = (9.0 x 109x25 x 10-6)/ 52= 9 x 10 3 N/C2222QrQk E == (9.0 x 109 x25 x 10-6)/ 52= 9 x 10 3