Kuliah-02

Muatan dan Gaya Listrik

Mampu menjelaskan:1)Benda bermuatan positif dan

negatif2) Alat pendeteksi muatan listrik3) Metode pemberian muatan4) Memahami hukum Coulomb5) Mengaplikasikan hukum Coulomb

dalam persoalan

Tujuan yang harus dicapai

Penjelasan mikroskopik muatan Satuan Muatan

Tujuan yang harus dicapai

Atom & Ion

3 Proton & 3 elektron adalah pembentuk atom netral

3 Proton & 3 elektron adalah pembentuk atom netral

Penambahan satu elektron menghasilkan ion bermuatan -e

Penambahan satu elektron menghasilkan ion bermuatan -e

Menghilangkan satu elektron menyebabkan terbentuknya ion bermuatan +e

Menghilangkan satu elektron menyebabkan terbentuknya ion bermuatan +e

Penjelasan Atomik Untuk sifat Makroskopik

Beberapa atom sangat mudah kehilangan elektron dan menjadi bermuatan (+)

Elektron-elektron tsb ditarik oleh atom-atom lain yang menjadi atom bermuatan (–)

Pemberian muatan adalah peristiwa pertukaran elektron

Satuan Muatan

Oleh karena muatan adalah sifat fundamental materi, maka diperlukan satuan.

Satuan alamiah muatan adalah e (muatan elektron)

Satuan SI adalah Coulomb (C) |e| = 1.60219 x 10-19 C

Sifat-sifat partikel atomikPartikel Muatan / C Massa / Kg

Elektron (e) -1.6021917 × 10-19 9.1095x10-31

Proton (p) +1.6021917 × 10-19 1.67261x10-27

Netron (n) 0 1.67492x10-27

Peralatan dan metoda pemberian muatan

9

ELEKTROSKELEKTROSKOPOP

Elektroskop

♪ Suatu piranti yang dapat digunakan untuk mendeteksi muatan listrik.

10

11

Bagan Elektroskop

♪ Di dalam sebuah peti kaca

terdapat dua buah daun

elektroskop yang dapat bergerak

(kadang- kadang yang dapat

bergerak hanya satu daun saja),

biasanya terbuat dari emas.

12

Prinsip Kerja

♪ Induksi

Apabila benda yang bermuatan positif didekatkan ke bola logam, maka

pemisahan muatan terjadi melalui induksi, elektron-elektron ditarik naik

menuju bola, sehingga kedua daun elektroskop bermuatan positip dan saling

menolak (Gambar a).

Elektroskop dimuati (a) dengan cara induksi

13

Prinsip Kerja

♪ Deduksi

Apabila sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan benda

logam lain yang tidak bermuatan (netral), maka elektron-elektron bebas

dalam logam yang netral akan ditarik menuju logam yang bermuatan positif,

kedua daun elektroskop memperoleh muatan positip, sebagaimana

ditunjukkan oleh Gambar b

Elektroskop dimuati (b) dengan cara deduksi

Prinsip Kerja

INGAT!!

14

Pada setiap kasus, makin

besar muatan, maka makin

lebar pemisahan daun-daun

elektroskop.

15

Prinsip Kerja

Jika benda bermuatan negatif didekatkan, sebagaimana ditunjukkan

pada Gambar b, maka lebih banyak elektron diinduksi untuk bergerak

ke bawah menuju daun-daun elektroskop sehingga kedua daun ini

terpisah lebih lebar.

Metoda yang berbeda untuk pemberian muatan

Gesekan menggesek plastik dengan sutra

Konduksi sentuhan pada elektroskop

Induksi balon didekatkan pada dinding

Proses Gesekan

• Untuk Bahan Isolator

• Menggosokan 2 buah bahan isolator

Plastik

Sutera

-+

-++

-

+-+

+-

-Elektron “lebih tertarik” kepada sutra daripada kepada plastik

Proses Konduksi

• Untuk bahan konduktor

• Dua buah bahan konduktor disentuhkan, dimana salah satunya memiliki muatan bebas

InduksiBalon pada dinding

Dinding adalah netral dan sebagai insulator

Muatan +ve bergerak menuju depan balon

Muatan -ve bergerak menjauhi balon

Dinding tetap netral tetapi permukaan memiliki sedikit sisa muatan yang cukup untuk mengikat balon

Eksperimen dan aplikasi untuk kelistrikan statik

Percobaan tetes minyak milikan Generator Van de Graaff Fotokopi dan Laser Printer

Hukum Coulomb

Percobaan Coulomb

F

r

Garis Fr-2

Hukum Coulomb Penentuan Coulomb

Gaya tarik menarik jika muatan berbeda tanda

Gaya sebanding dengan perkalian muatan q1 dan q2 sepanjang garis lurus yang menghubungkannya

Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak I.e.

|F12| |Q1| |Q2| / r122

atau

|F12|= k |Q1| |Q2| / r122

Hukum Coulomb

Satuan untuk konstanta ditentukan dari hukum Coulomb

Coulomb telah menentukan konstanta ini dalam satuan SI k = 8.987.5x109 Nm2C-2

k secara normal dinyatakan sebagai k = 1/40

Bentuk vektor hukum Coulomb

+

+

Q1

Q2r12

12r̂

21F

12F

12F

+

21F

-

Gaya dari banyak muatan

Superposisi

Gaya dari banyak muatan

+

41F

31F

21F

Q1

-Q2

+Q4

- Q3

4131211 FFFF

Gaya pada muatan adalah jumlah vektor gaya dari semua muatan

Prinsip superposisi

12212

2112 ˆ

||r

rF

mmG

Selalu tarik menarik 1/r2

Sangat lemah Skala besar, planet,

alam semesta

Hukum Coulombvs Hukum Gravitasi Newton

Tarik menarik atau tolak menolak

1/r2

Sangat kuat Skala lokal

12212

21

012 ˆ

||4

1r

rF

QQ

Problem

A: FAB=-3FBA

B: FAB=-FBA

C: 3FAB=-FBA

D: FAB=12FBA

1) Objek A bermuatan +2 C dan Objek B bermuatan +6 C. Pernyataan manakah yang benar ?

B+6 C

A+2 C

Problem

2) Tentukan besar gaya listrik pada elektron di atom hidrogen yang mempunyai satu proton pada intinya. Jarak antara keduanya 0,53 x 10-10 m

Problem

3) Tiga partikel bermuatan disusun dalam satu garis seperti pada gambar

0,3m 0,2mHitung gaya elektrostatik total pada

muatan ke 3 ( -4 µc) yang terletak di sebelah kanan Q1 dan Q2 dimana

Q1= -8 µc dan Q2 = + 3 µc

Q1 Q2 Q3

Problem

4) Hitung gaya elektrostatik total pada muatan Q3 seperti gambar dimana masing muatan Q1=+65 µc, Q2=+50 µc µc dan Q3=-86 µc