A. MUAXAN LISTRIK

Jumlah muatan listrik suatu benda adalah kelipatanrelgktron atau muatan proton. Sebuah proton mempunyaisedangkan sebuah elekfton mempunyai muatan -e, sehingga:

Medan listrik yang dihasilkan oleh suatu muatan dapat digambarkandengan garis-garis khayal yang disebut garis-garis medan listrik ataugaris-garis gaya listrik.

6 = posiltr

Arah.medan listrik pada suatu tempat adalah sama dengaa arah gaya

yang dialami oleh muatan uji positif (+41 pada tempar tersebut. Dalamhal ini, muatan positif (+0) menunjukkan garis medan listrik yang keluardalam arah radial dari muatan positif (+O) tersebut, sedangkan untukmuatan negatif (-p) menunjukkan garis medan listrik yang masuk dalamarah radial ke muatan negatif( Q).

(a) Interahsi muatai posihf dan negatif

(b) lnteraksi Entar rnuatanpostif

Garis-garis . medan listrik yang dilrasilkan oleh muatan listrik

memenuhi aturan sebagai berikut.

Garis-garis medan listrik tidak pemah berpotongan

b. Garis-garis medan listrjk selalu mengarah radial keluar darimuatan positif dan masuk menuju muatan negatif.

c. Semakin rapat garis-garis medan listrik pada suatu tempat makamedan listrik pada tempat tersebut semakin ku?rt dan sebaliknya.

dari muatan

muatan *e,

deirgan:

q = mualan suaru benda (Coulomb. C;e : muatan elektron/ proton ( I .6 x l0-r" C)

Medan listrik didefinisikan sebagai daerah di sekitar benda bermuatanlistrik (Q) dimana benda bermuatan listrik lainnya (q) mesih mengalamigaya listrik (gaya Coulomb) jika ditempatkan pada daerah tersebut.

Medan listrik dapat dihasilkan oleh muatan-muatan positif ataupun oleh

muatan-muatan negatif.

Kuat medan listrlft didefinisikan sebagai gaya listrik yang bekefa pada

muatan uji tiap satuan muatan. Kuat medan listrik dari muatan (Q) ketika

sebuah muatan uji (4) ditempatkan padajarak r dari muatan tersebut dapat

ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

dengan:

E : kuat medan listrik (N/C)

Persamaan tersebut berlaku jika muatan ditempatkan di udara

(vakum), tetapi jika muatan tersebut tidak ditempatkan di udara, maka:

Karena e,

dengan:

e, = permitivitas bahan relatifterhadap vakum

Karena medan listrik merupakan besaran vektor, maka kuat medan

listrik di suatu titik yang dihasilkan oleh beberapa muatan adalah resultan

vektor dari kuat medan listrik masing-masing muatan.

"e,irg::,siiili$it ,*llqfligrl,.-E#f:.xi#,i.: gl.n.9.tqE

$},$il'ffi"g$ ffil$ffi.&$&..ffiq* F:,F1ffi,

y-1@i*xarqq{48+e-6dq : ;

qro.;l$iabii#i iiili

' ,*lil;t#j;; ti

ls"" ^ '"qr!!;

dengan:

ooo :1: rapat muatan (C/mr)' A 4nR'Untuk daerah di luar bola konduktor (r > R), kuat medan

lishiknya dapat ditentukan sebagai berikut

dengan:

r : jarak titik ke pusat bola (m)

Kuat Medan Listrik oleh Sebuah Pelat Luas dengan Rapat MuatanMerata

Persamaan hukum Gauss untuk sebuah pelat luas dengan rapat muatanmerata adalah:

Dengan menggunakan peng, ( O\rrtran rapat muatan

[o = i).^uUu

dengan:

o : rapat muatan (C/m)

Kuat Medan Listrik di antara Dua Pelat Sejajar Bermuatan

Jika dua pelat dengan muatan berlawanan disusun sejajar, makamedan listrik di antara kedua pelat tersebut mengarah dari pelat positifkepelat negatifdan kekuatannya memenuhi persamaan sebagai berikut.

Sedangkan di luar pelat Z: 0

Untuk kasus.kasus yang lebih umum (di antara pelat terdapat bahanyang bukan udara/vakum), maka:

dengan:

e = permitivitas bahan

Kuat Medan Listrik oleh Muatan Garis tak Hingga

Kuat medan listrik pada jarak r dali muatan garis dapat ditentukandengan menggunakan hukum Gauss sebagai berikut.

Dengan asumsi distribusi muatan garis tersebut memenuhi hubungan

Q:7 L.maka

E. POTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIALLISTRIK

l. Potensial Listrik

Potensial /rslnk didefinisikan sebagai perubahan energi potensiallistrik tiap satuan muatan ketika sebuah muatan uji dipindahkan di antaradua titik. Secara matematis, potensial listrik dapat ditentukan denganpersamaan berikut.

dengan:

,. V : potensial listrik pada suatu titik (volt)W : tsaha atau perubahan energi potensial listrik (oule)r : jarak titik ke muatan p (m)

' Jika terdapat beberapa muatan titik, maka

2. Energi Potensial Listrik

Jika sebuah muatan uji (4) ditempatkan pada medan listrik dari muatansumber (Q), maka muatan uji (q) tersebut mempunyai energi potensialyang dapat ditentukan sebagai berikut.

dengan:

{ : energipotenqial (oule)

q : muatan uji (C)' I/ : potensial pada titik tempat muatan (volt)

Jika muatan uji (q) mempunyai jarak r ke sebuah muatan sumber

(Q), makaV:L9- , sehineea energi potensialnya ditentukan sebagai

berikut.

Jika sebuah muatan uji (g) dalam medan listrik sebuah muatan sumber

(Q) dipindahkan dari posisi A ke posisi B seperti ditunjukkan pada gambar

di bawah ini. maka besamya usaha yang dibutuhkan adalah sama dengan

perubahan energi potensial ( AE, ).

Dari gambar, dapat'ditentukan persamilirn-persamaan berikut,

W^r: M,lY^r: Er)-Eoe

kQq kQqarAR:---

rB 14

Fr /i\------1.-F-F---- -v. t_

rq.t

II'ttII

I/+\-----.{- I -\-\r-l

l^r- U-IIIII

- !Brr /1\

-?--'iqIIIIII

wn": k g olL-!)\ra r,t )

Karcna Q:Y , maka:

Idengan: i

AZ = 6sda pslensial di antara titik A dan titik B (volt)

3. Bidang Ekipotensial

Bidang ekipotensial adalah bidang-bidang dimana setiap titik pzida

bidang itu mempunyai potensial listrik yang sama. Untuk sebuah muatan

titik, maka bidang ekipotensialnya berupa kulit bola. Setiap muatan listrik

yang dipindahkan pada bidang ekipotensial tidak memerlukan usaha.

4. . Potensial Listrik oleh Bola Konduktor Bermuatan

Potensial listrik di dalam bola konduktor adalah sama pada setiap

titik, sehingga bidang di dalam bola konduktor bermuatan disebut bidang

ekipotensial. Potensial listrik di dalam bola konduktor dapat ditentukan

dengan persamaan sebagai berikut.

dengan:

R : jari-jari bola (m)

Potensial listrik di luar bola tersebut adalah:

dengan:

r -jaraktitikkepusatbola (m)

Hubungan potensial listrik (Iz) pada suatu titik dengan jarak titik ke

pusat bola bermuatan (r) dapat dinyatakan dalam grafik sebagbi berikut.

5. Potensial Listrik di Antara Dua Keping Sejajar Bermuatan

Potensial listrik di antara dua keping sejajar bermuatan dapat

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut.

dengan:

Z : liuat medan listrik di antara kedua keping (N/C)

d : jarak kedua keping (m)

Karena di antara keping sejajar , maka:

dengan:

.e : permitivitas bahan diantara kedua keping

Jika bahan di antara kedua pelat adalah udara (vakum), maka e : eo,

sehinggapotensialnya memenuhi persamaan di bawah ini.

6. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Partikel-partikel bermuatan listrik dalam medan listrik mempunyai

energi mekanik yang konstan. Sehingga dala$ hal ini berlaku persamaan

berikut.

E:o€

bn

?

dengan:

q : muatanparrikel (C)Z : potensial listrik (volt)m : massa partikel (kg)

u : laju partikel (m/s)

F. KAPASITOR

Kapasitor merupakan sebuah komponen elektronika yang digunakanunhik menyimpan muatan dan energi listrik. Dalam bentuk sederhana,sebuah kapasitor terdiri atas dua keping logam yang dipisahkan olehlapisan nonkonduktor yang disebut dielektrik.

1. Kapasitas Kapasitor

Jumlah muatan listrikyang dapat dikandung (disimpan) pada kapasitordisebut dengan kapasitas kapasitor (dilambangkan dengan C). Kapasitaskapasitor dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut.

dengan:

C : kapasitas kapasitor (farad)

Q : mtatan listrik (C)

V : tegangan listrik (volt)

' Pada kapasitor keping sejajar, kapasitasnya bergantung padaluas keping {A) danjarak yang niemisahkan kedua keping (4. Untukmemperbesar kapasitas sebuah kapasitor, biasanya di antara kedua pelatdimasukkan bahan dielektrik. Jika suatu bahan dielektrik dimasukkan diantara dua keping kapasitor, maka kapasitasnya tersebut dapat ditentukandengan persamaan berikut.

dengan:

e : permitivitas relatif bahan dielektrik€o : permitivitas vakum (udara)

-ak =- : tetapan dietektrikto

Karena a : k e o dan k > 1, maka bahan dielektrik dapat memperbesarkapasitas suatu kapasitor.

2. Energi Listrik di dalam Kapasitor

Energi listrik yang tersimpan dalam sebuah kapasitor adalah samadengan usaha yang diperlukan untuk nemberikan muatari pada kapasitortersebut. Dalam hal ini, energi kapasitor dapat ditentukan denganpersamaan sebagai berikut.

dengan:

W : energikapasitor (ioule)C : kapasitas kapasitor (F)

/ : tegangan (volt)

Q : muatan (C)

3. Penggunaan dan Jenis-jenis Kapasitor

Dalam rangkaian-rangkaian elektronika. kapasitorbiasanya digunakandalam:

a. Kopel ataupenghubungpadarangkaianpenguat.

b. Penyaring frekuensi tinggi dan meneruskan frekuensi rendah..c. Osilator pada rangkaian pesawat radio.

Pada dasamya kapasitor dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitukapasitor tetap, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variabel.

4. Rangkaian Kapasitor

Rangkaian Kapasitor Seri

+q -q +q4

Kapasitas pengganti dari hubungansebagai berikut.

kapa'sitor seri dapat ditentukan

derigan:

C. : kapasitas pengganti seri (F)

C, : kapasitas kapasitor I (F)C, : kapasitas kapasitor 2 (F)

Untuk n kapasitor, maka kapasitas penggantinya dapat ditentukandengan menggunakan persamaan berikut.

Jadi, hubungan kapasitor seri berguna untuk memperoleh kapasitaskapasitor yang kecil.

Rangkaian Kapasitor paralel

Kapasitas pengganti dari hubungan kapasitor paralel dapat ditentukansebagai berikut,

llengan:

C : kapasitas pengganti paralel (F)

Untuk n buah kapasitor, maka kapasitas penggantinya dapat ditentukandengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

Hubungan paralel berguna nntuk memperoleh kapasitas kapasitoryang besar.