Listrik Statis

Nama Kelompok 4:Twice PinontoanAprilia Sumilat Faradila LumintangAndrew MundungElia TampiFindy Tandaju

XII IPA 3FISIKA

STANDAR KOMPETENSI :Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai

penyelesaian masalah dan produk teknologi

KOMPETENSI DASAR :Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik, serta penerapannya pada keping

sejajar.

TUJUAN PEMBELAJARAN:Setelah mempelajari materi ini, diharapkan siswa mampu:

1. Mendeskripsikan gaya elektrostatis (hukum Coulomb) pada muatan titik.

2. Mengaplikasikan hukum coulomb dan gauss untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinus.

3. Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik.

4. Memformulasikan prinsip kerja kapasitor keiping sejajar.

LISTRIK STATIS

Gaya Elektrostatis

Medan Listrik

Hukum Gauss

Potensial Listrik

Kapasitor Keping Sejajar

Rangkaian Kapasitor

Listrik StatisListrik statis adalah ketidakseimbangan listrik dalam atau pada permukaan benda.

Contoh fenomena listrik statis :• Batang karet, kaca, atau penggaris plastik, digosok

dengan sepotong kain• menyisir rambut kering dengan sisir plastik• menyetrika baju nilon• dll

GAYA ELEKTROSTATIS

Gaya yang timbul pada dua benda yang memiliki muatan listrik statik. Jika muatanya sama atau sejenis maka akan saling menolak sementara jika muatannya berlawanan jenis maka akan saling menarik.

Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Coloumb

Sehingga hukum coloumb dapat dirumuskan menjadi :

Keterangan :F = gaya Coulomb (N)q1,q2 = muatan masing-masing partikel (C)r = jarak antara kedua muatan (m)ε0 = permitivitas ruang hampa/vakum

8,85 x 10-12 C2/Nm2

k = konstanta pembanding 9 x 109 C2/Nm2

atau

Contoh Soal :Di udara terdapat dua buah muatan 10 μC dan 40 μC terpisah dalam jarak 20 cm. Tentukan:

a. berapakah besar gaya interaksi kedua muatan tersebut.

b. Apabila kedua muatan ditempatkan di suatu medium yang

konstanta dielektrikumnya 3. Berapakah gaya yang dialami

oleh muatan 40 μC ?

Penyelesaian:Diketahui: b.

Ditanya: A;B = N?Jawab: a.

*Dua buah benda masing masing bermuatan listrik 3µC dan –2 µC yang terpisah sejauh 10 cm bila ketetapan coulomb 9.109 N m2/C2 berapakah besar gaya tarik antara kedua muatan ?

221.

RQQkF

)0001,0(10.2.10.3/10.9 2

66229

mCCCNmF

24

66229

1010.2.10.3/10.9

mCCCNmF

F = 540 N

Catatan

Ubah satuan – satuan besaran yang ada kedalan satuan SI

μC = 10 –6 C

cm =10 –2 m

Contoh Soal

Penyelesaian : Diketahui: Q1 = 3µC

Q2 = –2 µCk = 9.109 N m2/C2

r2 = 10 cm = 10 -2 m = 0,01m2

Jawab:

MEDAN LISTRIKMedan listrik adalah ruang di sekitar muatan listrik yang apabila ada muatan lain maka akan mengalami Gaya Listrik (Gaya Coulomb)

Medan Listrik di sekitar dua muatan listrik• Medan listrik diantara dua

muatan positif

Di titik C tidak ada medan listrik

• Medan listrik diantara muatan positif dan muatan negatif

Kuat medan listrik yang paling besar terletak di antara muatan listrik

Persamaan:

qFE

Keterangan: E = kuat medan listrik N/c

q = muatan listrik yg mengalami gaya listrik statis ( C)

F = Gaya listrik statis pada muatan q ( N).

=q

E = k

Q

r 2

r = jarak suatu titik dari sebuah partikel (m)

Arah Kuat Medan Listrik searah dan berhimpit dengan gaya listrik statis yang dialami oleh partikel yang bermuatan listrik positif. Serta negatif

Contoh Soal

Contoh Soal

HUKUM GAUSS*Pengertian:

Fluks listrik merupakan ukuran yang menyatakan jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan.

φ = EA Keterangan :φ = fluks listrik (Nm2/C

atau weber)E = kuat medan listrik

(N/C)A = Luas bidang (m2)

*Persamaan:

Hukum Gauss“Jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”

Karl Friedrich Gauss

(1777–1866)

φ = q εo

Keterangan :εo = permitivitas

ruang hampa / vakum ( 8,85 x 10-12 C2/Nm2)

1. Jarak dua muatan A dan B adalah 3 meter. Titik O berada di antara kedua muatan berjarak 2 meter dari muatan B. qA = 300 μC dan qB = 600 μC. k = 9 × 109 N m2 C–2. Kuat medan listrik di titik O pengaruh muatan qA dan qB adalah…

Diket : qA = 300 μC qB = 600 μC k = 9 × 109 N m2 C–2Dit : E dititik O ?Jawab : Kuat medan resultan :E = EA + EBE = (2700 x 103 N/C) + (5400 x 103 N/C)E = 8100 x 103 N/CE = 81 x 105 N/C

Contoh Soal

Contoh Soal

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan tiga buah plastik bermuatan dan sebuah koin netral (tidak bermuatan). q1 = 3.1 nC, q2 = -5.9 nC dan q3 = -3.1 nC. Tentukan jumlah fluks yang menembus permukaan S1 dan S2

Jawab :

CNm670

10x85,810x)1,39,51,3(qqq

CNm350

NmCC

10x85,810x1,3q

2

12

9

o

321S

2

2

212

9

o

1S

2

1

Diketahui: q1 = 3.1 nCq2 = -5.9 nCq3 = -3.1 nC

Ditanya: S1 dan S2 ?

Penyelesaian:

POTENSIAL LISTRIK*Pengertian dan Persamaan

Keterangan :V = potensial listrik di titik P (V)K = 9 x 109 Nm2/C2

q = muatan listrik (C)r = jarak titik dari muatan listrik (m)

Potensial listrik pada suatu titik merupakan besarnya energi potensial tiap satuan muatan (+) yang berada di titik tersebut.

Potensial listrik oleh beberapa muatan

]...

VVV V 321 +++= V+ n

..

.[k V

rq

3

3

rq

2

2

rq

1

1 +++= +rq

n

n

Usaha untuk memindahkan muatan

WAB = qr2

Qkr1

Qk )-(

WAB = q(V2-V1)

Contoh Soal Sebuah muatan garis L terletak pada sumbu-z. Hitung kerja yang diperlukan untuk membawa sebuah muatan Q dari = b ke = a.

Jawab :

abln

2Q)blna(ln

2Q

ln2

Qd12

Q

ada2

QW

o

L

o

L

a

bo

La

bo

L

a

b o

Lab

Contoh Soal Sebuah muatan bidang S terletak pada bidang z = 0. Hitung kerja yang dilakukan untuk membawa muatan Q dari z = d2 ke z = d1

Jawab :

zzo

sS adzdLa

2E

)dd(2

Q)dd(2

Q

z2

Qdz2

Q

adza2

QW

12o

s21

o

s

d

do

sd

dz o

s

d

dzzz

o

s12

1

2

1

2

1

2

KAPASITOR KEPING SEJAJAR*Pengertian

Kapasitor merupakan komponen listrik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik.

Q = C.V

Keterangan: Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt)

Perhitungan Kapasitansi kapasitor keping sejajar :C = ε0 A dKeterangan:C = Kapasitas kapasitor (F)ε0 = Permitivitas vakum (8,85x10-12)A = Luas penampang masing‐masing keping (m2)d = Jarak antar keping (m)

Pelat-pelat sebuah kapasitor pelat sejajar dalam ruang hampa terpisah sejauh 5 mm dan luasnya 2 m2. Sebuah selisih potensial 10 kV diaplikasikan sepanjang kapasitor itu. Hitunglah a) kapasitansi b) muatan pada setiap pelat c) medan listrik dalam ruang di antara pelat-pelat itu.

PenyelesaianDiketahui: d = 5 x 10-3 m, A = 2 m2 dan V = 10.000 VDitanya: C, Q dan E = ?Jawab: a) C = 0 A = (8,85 x 10-12 F/m)(2 m2) d (5 x 10-3 m) = 3,54 x 10-9 F b) Q = CVab = (3,54 x 10-9 C/V)(1 x 10-4 V)

= 3,54 x 10-5 C Muatan pada kapasitor itu adalah +3,54 x 10-5 C dan -3,54 x 10-5 C.

c) Besarnya medan listrik adalah E = Q = 3,54 x 10-5 C 0 A (8,85 x 10-12 F/m)(2 m2) = 2 x 106 N/C

Contoh Soal

Dik:

Peny:Ditanya: nF ; nC?

Contoh Soal

Rangkaian KapasitorRangkaian seri

+V

+Q1 -Q1 +Q2 -Q2

Persamaan:

Contoh Soal:

Rangkaian Paralel

+V

+Q1 -Q1

+Q2 -Q2

Contoh Soal

Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor

(CV)V21W

+V

Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C dihubungkan dengan tegangan V.

C

Karena Q = C.V, maka

2CV21W

W = Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor ( Joule )

Keterangan : Q = muatan listrik kapasitor ( Coulomb)

C = Kapasitas kapasitor ( farad)

V = tegangan listrik antar keping kapasitor ( Volt)

Bila tegangan pada kapasitor v=308 cos(100t) V dan kapasitor mempunyai kapasitansi 10mF tentukan arus rata-rata antara t=0 hingga 40mdetik

JawabTegangan pada kapasitorArus pada kapasitor

Daya pada kapasitormWtttitvtp )100sin(308)100cos(308)()()(

Wttp )200sin(432,47)(

Contoh Soal

mAttdtd

dtdvCti )100sin(308)100cos(30810)( m

PenyelesaianDiketahui: v = 308cos(100t)V ; C = 10mF Ditanya :

T = 0 sampai 40m/s :?

Daya pada kapasitor

Daya rata-rata kapasitor antara t=0 dan t=40mdetik

t

tave dttp

ttP

0

)(1

0

)0cos(8cos89,1)200cos(89,1 04,00 tPave

01189,1 aveP

Lanjutan penyelesaian

32

Bila tegangan pada kapasitor v=12e-2t V dan kapasitor mempunyai kapasitansi 100mF, hitunglah pada kapasitor saat t=0, 1, 2, dan 5 detik

JawabTegangan pada kapasitor

Vetv t212)(

Arus pada kapasitor tedtd

dtdvCti 212100)( m

mAeti t24,2)( t=0 detik mAmei 4,24,2)0( 0 t=1 detik Amei m3254,2)1( 2

t=2 detik Amei m444,2)2( 4

t=5 detik nAmei 1094,2)5( 10

Contoh Soal

Penyelesaian

Diketahui : v = 12e-2tV ; C = 100mF Ditanya: t =0,1,2;5?

THANK YOU