LKPD Listrik Statis untuk SMA/MA Kelas XII ii

Mata Pelajaran : Fisika

Jenjang : Sekolah Menengah Atas (SMA)

Kelas/Semester : XII IPA / 1

Materi Pokok : Listrik Statis

1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.

2. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, santun, peduli(gotong royong,

kerjasama, toleran dan damai), bertanggung jawab, responsif dan proaktif dalam

berinteraksi secara efektif sesuai dengan perkembangan anak di lingkungan, kelaurga,

sekolah, masyarakat, dan lingkungan alam sekitar,

3. Memahami, menerapkan, menganalisis dan mengevaluasi pengetahuan faktual,

konseptual, prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu

pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanu-siaan,

kebangsaan, kenega-raan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta

menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan

bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.

4. Mengolah, menalar, menyaji, dan mencipta dalam ranah konkrit dan ranah abstrak terkait

dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri serta bertindak

secara efektif dan kreatif, dan mampu menggunakan metode sesuai kaidah keilmuan.

1.1 Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui

pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya.

2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat;

tekun; hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli

lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam

melakukan percobaan , melaporkan, dan berdiskusi

3.2 Menganalisis muatan listrik, gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik,

energi potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus.

4.2 Melakukan percobaan berikut presentasi hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian

dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari-hari.

Uraian Kompetensi Inti, Kompetensi Dasar, dan Indikator

Kompetensi Inti

Kompetensi Dasar

LKPD Listrik Statis untuk SMA/MA Kelas XII iii

Indikator Sub Materi

1. Mengidentifikasi sifat-sifat muatan listrik. 2. Menentukan interaksi muatan-muatan listrik. 3. Menentukan besar dan arah gaya listrik yang disebabkan

oleh beberapa muatan listrik.

4. Menganalisis besar dan arah gaya listrik yang disebabkan oleh beberapa muatan listrik.

Muatan dan Gaya Listrik

1. Menjelaskan pengaruh besaran-besaran yang dapat mempengaruhi kuat medan listrik.

2. Menyelidiki pengaruh besaran-besaran yang dapat mempengaruhi fluks listrik.

3. Menentukan besar kuat medan listrik yang disebabkan oleh beberapa muatan listrik

4. Memecahkan permasalahan pada kulit bola dengan menggunakan konsep hukum Gauss.

Medan Listrik

1. Menjelaskan pengaruh kuat medan listrik terhadap potensial listrik.

2. Menjelaskan besar potensial listrik pada beberapa titik yang berbeda.

3. Menentukan besar potensial listrik pada titik di dalam suatu ruang.

4. Menganalisis jarak titik-titik potensial listrik yang disebabkan oleh muatan yang berbeda.

5. Menjelaskan pengertian energi potensial listrik. 6. Menyelidiki pengaruh potensial listrik terhadap usaha untuk

memindahkan suatu muatan listrik.

7. Menerapkan konsep usaha untuk memindahkan muatan listrik.

8. Menganalisis usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan beberapa muatan listrik.

Potensial dan Energi Potensial

Listrik

1. Mengidentifikasi fungsi kapasitor. 2. Mengurutkan bahan dielektrik yang dapat memperbesar

kapasitansi dari yang paling besar sampai yang paling kecil.

3. Menentukan kapasitansi sebuah kapasitor berdielektrik. 4. Menganalisis kapasitor yang memiliki kapasitansi terkecil

sampai terbesar menurut spesifikasinya.

Kapasitor

Indikator dan Materi Pokok

LKPD Listrik Statis untuk SMA/MA Kelas XII iv

KI, KD, INDIKATOR DAN MATERI POKOK ....................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................. iv

URAIAN MATERI

Muatan Listrik ............................................................................................. 1

Gaya Listrik ................................................................................................ 2

Medan Listrik ............................................................................................. 4

Hukum Gauss .............................................................................................. 9

Energi Potensial Listrik ............................................................................... 11

Potensial Listrik .......................................................................................... 13

Kapasitor ..................................................................................................... 16

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 20

D A F T A I S I R

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 5

A. MUATAN LISTRIK

Sumber: Halliday & Resnick, 2006:718

Gambar 1. Percobaan sisir plastik

menarik sobekan-

sobekan kertas

Apa itu muatan listrik? Apa yang dimaksud dengan benda yang bermuatan?

Mirip dengan interaksi tarik-menarik antar massa, muatan listrik juga dapat saling

berinteraksi satu sama lain. Namun lain halnya dengan massa yang hanya

berinteraksi saling tarik menarik, muatan listrik dapat berinteraksi saling tarik

menarik ataupun tolak menolak antar muatan. Sekarang kamu mungkin berpikir,

pada keadaan bagaimanakah interaksi tarik menarik antar muatan terjadi dan pada

keadaan bagaimana interaksi tolak menolak antar muatan terjadi? Tentu kamu

mungkin pernah mendengar sisir plastik yang digosokkan pada rambut kemudian

didekatkan pada sobekan-sobekan kertas kecil dapat menarik sobekan-sobekan

kertas tersebut, bagaimana itu bisa terjadi? Sebelum mengetahui jawaban

pertanyaan-pertanyaan tersebut. Kamu perlu mengetahui sifat-sifat muatan listrik

terlebih dahulu. Pada dasarnya terdapat dua jenis muatan listrik yaitu positif dan

negatif. Muatan berlawanan jenis akan saling tarik menarik dan muatan sejenis

akan saling tolak menolak. Lalu bagaimana sisir plastik yang digosokkan dapat

menarik sobekan-sobekan kertas kecil? Setelah mengetahui sifat-sifat muatan

listrik. Kita dapat lebih mudah memahami bagaimana sisir tersebut menarik

sobekan-sobekan kertas.

Perlu diketahui bahwa sebelum sisir

digosokkan dengan rambut secara satu

arah, sisir tidak bermuatan listrik, atau

dalam artian netral (Jumlah muatan positif

dan negatifnya sama). Sisir yang tidak

bermuatan listrik tersebut belum bisa

menarik sobekan-sobekan kertas. Namun

setelah sisir digosokkan dengan rambut,

muatan negatif pada sisir berpindah ke

rambut sehingga muatan positif pada sisir

lebih banyak daripada muatan negatifnya.

Pada saat tersebut, sisir dapat dikatakan

sebagai benda bermuatan listrik positif

sehingga sisir dapat menarik sobekan-

sobekan kertas.

URAIAN MATERI

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 6

Gambar 2. Gaya Coulomb antar

muatan

Lalu mengapa sisir yang bermuatan listrik mampu menarik sobekan-sobekan kecil

kertas yang tidak bermuatan? Secara umum benda yang tidak dapat mengantarkan

listrik dengan baik (isolator) seperti sobekan-sobekan kecil kertas yang tidak

bermuatan ialah netral yang berarti bahwa muatan positif dan muatan negatifnya

memiliki jumlah yang sama. Ketika benda bermuatan listrik (misalnya benda

bermuatan listrik positif) mendekati isolator tersebut, pusat muatan positif benda

bermuatan listik positif menarik pusat muatan negatif isolator, sehingga keduanya

semakin mendekat. Sedangkan pusat muatan positif isolator didorong menjauhi

pusat muatan positif benda bermuatan listrik positif. Namun isolator tetaplah

netral. Pada muatan-muatan positif benda bermuatan dengan muatan-muatan

negatif isolator terjadi interaksi tarik-menarik. Sedangkan pada muatan-muatan

positif benda bermuatan dengan muatan-muatan positif isolator terjadi interaksi

tolak-menolak. Jarak antara pusat muatan positif dan pusat muatan negatif isolator

lebih dekat sehingga keduanya akan memberikan interaksi tarik-menarik, yaitu

potongan-potongan kertas akan ditarik oleh sisir plastik (Gambar 1). Dengan

demikian muatan listrik adalah besaran-besaran yang menjadi ciri suatu partikel.

Sebuah muatan (1) akan menimbulkan interaksi tarik-menarik atau tolak menolak pada muatan lainnya (2) yang berada cukup dekat dengan muatan 1 (Gambar 2). Interaksi tarik-menarik dan tolak-menolak tersebut disebut gaya

listrik ().

Muatan yang berlawanan akan

menimbulkan gaya tarik-menarik dan

muatan yang sejenis akan menimbulkan

gaya tolak menolak. Lalu bagaimana

hubungan antara gaya listrik dengan

kedua muatan dan jarak antar kedua

muatan tersebut? Melalui eksperimen

gaya Coulomb, maka akan didapat

hubungan antara besar gaya Coulomb

dengan jarak antar muatan dan besar

muatan. Hasil analisis data dari

eksperimen tersebut menunjukkan bahwa

besar gaya Coulomb sebanding dengan

perkalian kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

antara kedua muatan tersebut. Gaya listrik adalah besaran vektor sehingga

secara matematis dapat dituliskan:

= 02

B. GAYA LISTRIK

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 7

3 muatan titik terletak pada satu garis seperti pada gambar. 1 =12 C terletak sejauh 2 m dari 2 = 8 C. Resultan gaya yang bekerja pada 3 adalah nol. Di manakah letak 3 dari muatan 2 . . .

Penyelesaian:

Diketahui : 1 = 12 C 2 = 8 C = 2 m 3 = 0 N Ditanya : letak 3 pada sumbu ? Jawab :

Jika 3 = 0 N maka = 0

13 = 13

( )2

23 = 23

2

= 0 13 23 = 0

(1)

Dimana:

= gaya listrik tarik-menarik atau tolak-menolak atau gaya Coulomb (N) , 0 = muatan listrik 1 dan 2 (C) = jarak antara kedua muatan (m) = permitivitas bahan atau permitivitas medium (N m2/C2) = vektor satuan yang menunjukkan arah gaya listrik

= 1

4

02

, =

||

Contoh Soal

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 8

13 = 23

13

2( )2=

232

1(2 )2

= 22

12 106

(2 )2=

8 106

2 = 0,9 m

Jadi muatan 3 terletak 0,9 m dari 2 atau terletak 1,1 m dari 1

Gambar 3. Medan listrik muatan

positif pada daerah

yang jauh tak

terhingga dari muatan

lain

Muatan dapat menimbulkan dan dipengaruhi

medan listrik. Telah diketahui terdapat dua

jenis muatan yaitu muatan positif dan

negatif. Setiap jenis muatan memiliki arah

garis medan dan jenis interaksi yang berbeda

dengan muatan lain. Untuk muatan positif

arah garis medannya menjauhi muatan

(Gambar 3) sedangkan muatan negatif arah

garis medannya digambarkan menuju ke

muatan (Gambar 4).

Kemudian interaksi muatan positif dengan

muatan yang negatif akan menimbulkan

garis-garis medan yang saling tarik-menarik

(Gambar 5a) sedangkan interaksi muatan

positif dengan positif akan menimbulkan

garis-garis medan yang saling tolak menolak

(Gambar 5b).

C. MEDAN LISTRIK

Gambar 4. Medan listrik muatan

negatif pada daerah

yang jauh tak terhingga

dari muatan lain.

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 9

Dengan demikian medan listrik adalah ruang di sekitar suatu muatan listrik

sumber yang jika muatan listrik lainnya berada dalam ruang ini akan mengalami

gaya listrik.

(a) (b)

Gambar 5. a. Garis-garis medan listrik akibat interaksi muatan berlawanan jenis.

b. Garis-garis medan listrik akibat interaksi muatan sejenis

Adapun medan listrik dapat menyebabkan muatan lain dalam medan listrik

mengalami gaya tarik atau gaya tolak, bergantung pada apakah muatan sumber

sejenis atau tak sejenis dengan muatan lain. Benda bermuatan yang menghasilkan

medan listrik kita sebut muatan sumber (+). Muatan lain yang kita taruh dalam

pengaruh medan listrik muatan sumber kita sebut muatan uji (+). Besar gaya

Coulomb (gaya listrik) yang bekerja pada muatan uji itu dibagi dengan besar

muatan uji tersebut didefinisikan sebagai besar kuat medan listrik pada lokasi

muatan uji tersebut (Gambar 6).

(2)

=

Sumber: Halliday & Resnick, 2006:727-728

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 10

Melalui demonstrasi mengenai medan listrik pada suatu titik yang berjarak dari

suatu muatan menunjukkan bahwa besarnya kuat medan listrik berbanding

lurus dengan besar muatan sumbernya dan berbanding terbalik dengan

kuadrat jarak antar muatan dengan titik yang ditinjau. Kuat medan listrik

pada suatu titik merupakan besaran vektor sehingga secara matematis dapat ditulis

sebagai berikut:

(3)

Dimana:

= kuat medan listrik pada suatu titik (N/C) = muatan sumber (C) = jarak antara titik dan muatan sumber (m) = vektor satuan yang menunjukkan arah medan listrik

Telah diketahui bahwa gaya listrik merupakan vektor dan kuat medan listrik

merupakan gaya per satuan muatan. Hal tersebut membuat kuat medan listrik

merupakan besaran vektor dan sudah pasti kuat medan listrik memiliki arah juga.

Lalu bagaimana cara melukiskan arah kuat medan listrik? Perlu kamu ketahui

bahwa setiap kuat medan listrik pada suatu titik di sekitar muatan listrik, arahnya

akan selalu menyinggung garis medan (garis gaya). Contoh gambar kuat medan

listrik pada suatu titik di sekitar muatan-muatan tak sejenis dan sejenis dapat

kamu lihat pada gambar 7 dan 8.

=

2

Gambar 6. Kuat medan listrik

sekitar muatan titik.

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 11

Gambar 7. Kuat Medan listrik yang

ditimbulkan oleh muatan yang

tak sejenis

Gambar 8. Kuat Medan listrik yang

ditimbulkan oleh muatan yang

sejenis

Misalkan terdapat dua muatan 1 dan 2 seperti pada gambar 9. Besar kuat medan

listrik total pada titik P akibat kedua muatan listrik tersebut dapat ditentukan

dengan metode penjumlahan vektor sebagai berikut:

(4)

= 12 + 2

2 + 212 cos

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 12

Dua buah muatan yaitu 1 = 12 C dan 2 = 4 C berada pada

jarak 2 m satu sama lain.

a. Tentukan besar dan arah kuat medan listrik pada titik A yang

terletak di tengah-tengah kedua muatan tersebut!

b. Tentukan besar dan arah gaya yang dialami oleh sebuah elektron

jika diletakkan pada titik tengah tersebut!

Penyelesaian :

a.

Diketahui : 1 = +12 C = 12 106 C

2 = 4 C = 4 106 C

= 2 m

Ditanya : Besar dan arah kuat medan listrik pada titik A?

Jawab :

= 1 + 2 1 2

= 1

12 +

2

22 = 9 10

9 (12 106

12+

4 106

12)

= 144 103N

C 2

Gambar 9. Kuat medan listrik yang disebabkan oleh beberapa muatan listrik

Contoh Soal

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 13

b.

= = (1,6 1019)(144 103)

= 230,4 1016 N 1

Telah dijelaskan bahwa pengertian garis medan (garis gaya) dapat dipergunakan

untuk melukiskan kuat medan listrik. Garis-garis medan yang rapat menunjukkan

daerah yang memiliki kuat medan listrik yang kuat sedangkan garis yang kurang

rapat menunjukkan kuat medan yang lemah.

(a) (b)

Gambar 8. Garis-garis medan listrik a. Menembus tegak lurus seluruh luas bidang

. b. Menembus seluruh luas bidang dan membentuk sudut

Misalkan terdapat garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus atau

membentuk sudut pada seluruh bidang seluas . Garis- garis medan listrik

tersebut merupakan fluks listrik. Jumlah fluks listrik tersebut sebanding dengan

dan yang secara matematis dapat ditulis:

= cos

E. HUKUM GAUSS

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 14

Muatan listrik sebesar tersebar merata membentuk suatu bola dengan radius . Tentukan besar kuat medan listrik di dalam dan di luar bola tersebut!

Penyelesaian:

Kuat medan listrik di dalam bola ( < ) Misal kita membuat permukaan Gauss I yang berupa bola yang jari-

jarinya < . Besar muatan yang dilingkupi permukaan Gauss I adalah :

=Voume terlingkup

Volume total =

43

3

43

3 =

3

3

Sesuai dengan hukum Gauss, maka:

=

0

42 = 1

0 3

3

Hukum Gauss menyatakan sebagai berikut:

Jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu permukaan

tertutup (fluks listrik) sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh

permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara o.

(5)

Dimana:

= luas permukaan tertutup = sudut antara dan garis normal, dan = muatan total yang melingkupi permukaan tertutup

= cos =

0

Contoh Soal

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 15

= 1

40

3 =

3

Kuat medan listrik di luar bola ( > ) Sekarang mari kita buat permukaan Gauss II berupa bola yang berjari-

jari > . Muatan yang dilingkupi permukaan Gauss II adalah . Sesuai dengan hukum Gauss, maka:

=

0

=

0=

420=

2

Gambar 10. Energi potensial

listrik

Misal kita ingin melakukan sebuah usaha

untuk memindahkan suatu muatan uji

menjauhi suatu muatan sumber. Muatan

sumbernya ialah muatan positif dan

muatan uji yang akan kita pindahkan adalah

muatan positif . Gaya Coulomb yang

dialami muatan uji positif adalah berarah

vertikal ke atas menjauhi pusat muatan

sumber .

=

2

Medan listrik merupakan medan yang

menimbulkan gaya Coulomb yang

konservatif, artinya usaha untuk

memindahkan suatu muatan dari suatu titik ke titik lain tidak bergantung dari

bentuk lintasannya melainkan hanya bergantung pada posisi awal dan akhir saja.

Karena gaya Coulomb merupakan gaya konservatif maka usaha yang dilakukan

gaya atau medan listrik pada suatu muatan memenuhi persamaan berikut.

(6)

Jadi usaha yang dilakukan gaya atau medan listrik untuk memindahkan suatu

muatan disebut energi potensial listrik.

F. ENERGI POTENSIAL LISTRIK

=

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 16

Titik A,B,C dan D pada sudut persegi dengan sisi . Berapakah kerja yang diperlukan untuk meletakkan muatan positif pada tiap sudut bujur sangkar?

Selanjutnya mari kita tentukan usaha yang ditimbulkan oleh gaya Coulomb.

Anggap bahwa muatan dipindahkan vertikal ke atas sejauh dari posisi awal

1 ( = 1) ke posisi akhir 2 ( = 2), maka usaha yang dilakukan oleh gaya

Coulomb yang juga berarah vertikal ke atas adalah sebagai berikut.

(7)

Substitusi 12 dari persamaan (7) ke persamaan (6), maka diperoleh persamaan

berikut.

12 = (1

2

1

1)

(8)

Perubahan energi potensial listrik 12 = 2 1.

2 1 = (1

2

1

1)

2 = (1

2) dan 1 = (

1

1)

Secara umum energi potensial listrik, , yang dialami muatan , yang berjarak

dari muatan adalah sebagai berikut.

(9)

Dengan = jarak antara kedua muatan (m). Tanda muatan dan dimasukkan

Contoh Soal

12 = (1

2

1

1)

12 = (1

2

1

1)

=

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 17

Penyelesaian:

Tidak ada kerja yang diperlukan untuk meletakkan muatan pertama

pada A karena potensial listriknya nol. Karena tidak ada muatan

lainnya di sekitar A saat itu dan tiga muatan lain berada pada jarak tak

hingga.

Untuk membawa muatan kedua ke titik B pada jarak diperlukan kerja

2 =

Titik C sejauh dari titik B dan 2 dari titik A. Maka potensial listrik pada titik C adalah

=

2+

Maka kerja yang diperlukan untuk membawa muatan ketiga ke titik C adalah

3 = =

2+

Titik D sejauh dari titik A, 2 dari titik B, dan dari titik C. Maka potensial listrik pada titik D adalah

=

+

2+

Kemudian kerja yang diperlukan untuk membawa muatan keempat ke

titik D ketika ketiga muatan yang lain telah ada adalah

4 = =

+

2+

Sehingga kerja total untuk memindahkan keempat muatan tersebut

ialah:

= 2 + 3 + 4 = 4

+ 2

2=

(42 + 2)

2

Potensial listrik pada suatu titik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan

muatan pada titik tersebut. Dengan demikian, potensial listrik memiliki kaitan

G. POTENSIAL LISTRIK

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 18

dengan energi potensial listrik yang secara matematis dapat dituliskan sebagai

berikut :

(10)

Kita telah mengenal muatan listrik yang dapat menimbulkan medan listrik. Setiap

titik yang masih berada pada medan listrik ternyata memiliki potensial listrik juga.

Tentu jika titik-titik pada medan listrik terdapat potensial, mungkin yang ada di

dalam benak kita, apakah ada hubungan antara potensial listrik dengan kuat

medan listrik? jika ada bagaimana hubungan tersebut? Untuk menjawab

pertanyaan tersebut, marilah kita melakukan percobaan potensial listrik dengan

panduan yang ada pada LKPD. Percobaan tersebut menunjukkan bahwa potensial

listrik pada suatu titik berbanding lurus dengan besar muatan dan berbanding

terbalik dengan jarak antara titik dan muatan tersebut. Potensial listrik pada

suatu titik merupakan besaran skalar, secara matematis potensial listrik dapat

ditulis sebagai berikut:

(11)

Dengan demikian, hubungan potensial listrik dengan besar kuat medan listrik

yaitu:

(12)

Dari persamaan 10, kita dapat merumuskan usaha listrik sebagai berikut:

12 = (1

2

1

1)

12 = (2

1

)

12 = (2 1)

(13)

Perhatikan gambar 11, jika muatan dipindahkan dari titik A ke B, tidak ada

usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan tersebut (12 = 0). Hal

tersebut dikarenakan titik-titik pada bidang di mana titik A dan B berada,

=

=

=

12 = 21

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 19

Sebuah muatan 1 = 8 C terletak pada titik asal dan sebuah muatan 2 = 9 C terletak pada (0, 3) m. hitung potensial listrik total yang tepat dari muatan-muatan tersebut pada titik P (4,0) m?

Gambar 12. Potensial oleh

beberapa muatan

titik

memiliki potensial listrik yang sama. Bidang yang titik-titiknya memiliki

potensial yang sama disebut bidang ekipotensial.

(a) (b)

Gambar 11. a. Bidang ekipotensial dari muatan positif. b. Bidang ekipotensial

muatan negatif

Pada gambar 12, menunjukkan titik O yang

berada di sekitar tiga muatan titik (1 positif, 2

negatif dan 3 positif). Potensial di titik tersebut

adalah jumlah skalar dari potensial yang

disebabkan oleh masing-masing muatan 1, 2,

dan 3.

(14)

Dengan adalah banyak muatan sumber. Tanda

muatan (positif dan negatif) harus dimasukkan

seperti tanda aljabar biasa.

= 12

=1

= (11

+ 22

+ 33

)

Contoh Soal

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 20

Penyelesaian :

Diketahui : 1 = 8 C ; 2 = 9 C Ditanya : = . . . Jawab :

= (11

+ 22

)

= 9 109Nm2

C2(

8 106 C

4 m +

9 106 C

5 m) = 1,8 103 V

Kapasitor adalah suatu peralatan yang dapat menyimpan arus, tegangan, muatan

dan energi listrik. Secara sederhana sebuah kapasitor terdiri atas dua keping

konduktor yang ruang diantaranya diisi oleh dielektrik (penyekat), misalnya udara

atau kertas (Gambar 13a). Kedua keping tersebut diberi muatan yang sama besar

tetapi berlawanan jenis, yang satu bermuatan (+) dan yang lainnya bermuatan (-).

Ukuran kemampuan atau daya tampung kapasitor untuk menyimpan muatan

listrik untuk beda potensial yang diberikan disebut dengan kapasitansi kapasitor.

Satuan kapasitansi dalam SI ialah Farad.

(a) (b)

Gambar 13. a) Kapasitor. b) Simbol kapasitor

H. KAPASITOR

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 21

Gambar 14. Kapasitor

sebuah bola

konduktor

Kapasitansi kapasitor juga didefinisikan sebagai perbandingan yang tetap antara

muatan yang disimpan pada salah satu keping terhadap beda potensial yang

diciptakan antarkeping, diberi lambang . Secara matematis dinyatakan sebagai

berikut.

(15)

Dari persamaan 15 tentu kalian akan mengira bahwa kapasitas sebanding dengan

besar muatan dan berbanding terbalik dengan tegangan. Pada kenyataannya itu

salah, jika tegangan pada kapasitor dinaikkan 2 kali dari semula, besar muatan

pada kapasitor tersebut pun naik 2 kali dari semula. Namun kapasitas pada

kapasitor tetap, dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besar muatan keping

sebanding dengan beda potensial antar keping tersebut. Lalu apa yang sebenarnya

dapat mempengaruhi besar dari kapasitas kapasitor?.

Untuk mengetahui jawaban atas pertanyaan tersebut, marilah melakukan

percobaan kapasitor dengan menggunakan panduan yang sesuai pada LKPD.

Hasil analisis data dari percobaan tersebut menunjukkan bahwa besar kapasitas

kapasitor dapat dipengaruhi oleh perubahan jarak antar plat, luas plat, dan

konstanta dielektrik yang digunakan pada kapasitor tersebut. Hasil percobaan

tersebut juga menunjukkan bahwa besar kapasitansi sebuah kapasitor berbanding

lurus dengan luas plat () dan konstanta dielektrik (). Namun berbanding

terbalik dengan jarak antar plat (). Secara matematis dapat ditulis sebagai

berikut:

(16)

Sebelumnya kita telah membahas mengenai

kapasitansi kapasitor yang disusun oleh dua

keping sejajar, sekarang kita akan membahas

bagaimana kapasitansi kapasitor yang

berbentuk bola konduktor. Misalkan terdapat

sebuah bola konduktor yang berjari-jari ,

bermuatan dan berpotensial (Gambar

14). Kapasitas kapasitor bola konduktor

tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

Potensial pada permukaan bola :

=1

40

=

=0

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 22

Gambar 15. Kapasitor dua bola

konduktor

Kapasitas bola :

=

(17)

Kapasitansi kapasitor yang berbentuk sebuah bola konduktor tersebut akan

sebanding dengan jari-jarinya.

Kapasitansi sebuah kapasitor yang terdiri

dari dua bola konduktor yang disusun

sepusat dan satu diantaranya dibumikan

Jika diantara kedua bola konduktor

tersebut merupakan ruang hampa/udara,

maka kapasitas kapasitor tersebut dapat

dirumuskan sebagai berikut:

Potensial bola konduktor A :

=

40

Potensial bola konduktor B :

=

40

Kapasitas kapasitor bola :

=

=

(18)

Jika medium antara kedua bola konduktor itu disekat dengan bahan dielektrik

maka kapasitasnya dirumuskan sebagai berikut:

(19)

= 40

=1

=

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 23

Sepasang plat persegi panjang sejajar dengan panjang 4 cm dan lebar 3

cm terpisah sejauh 1 mm. hitung kapasitansi kapasitor, jika :

a. Medium antara plat persegi panjang ialah udara

b. Sebuah nilon ( = 3,4) disisipkan diantara plat persegi panjang

Penyelesaian :

a. Diketahui : = 4 cm, = 3 cm, dan = 1 mm Ditanya : 0 = . . . ? Jawab :

= = 4 3 = 12 cm2 = 12 104 m2

0 =0

=

1 (8,85 1012C2

Nm2)(12 104m2)

103m

0 = 10,6 1012 F = 10,6 pF

b. Kapasitansi kapasitor setelah disisipkan nilon adalah :

= 0 = 3,4 10,6 = 36,1 pF

Dimana:

= kapasitas kapasitor (Farad) = konstanta dielektrik = konstanta Coulomb (9 109 Nm2/C2) = jari-jari bola dalam (m), dan = jari-jari bola luar (m)

Contoh Soal

Handout Listrik Statis Untuk SMA/MA Kelas XII 24

DAFTAR PUSTAKA

Foster, Bob. 2003. Terpadu Fisika SMU Kelas 2. Jakarta : Erlangga

Kanginan, Marthen. 2013. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII Kelompok Peminatan

Matematika dan Ilmu Alam. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Maharta, Nengah. 1996. Belajar Fisika Sistematis 2 Untuk SMU Kelas II

Caturwulan 1, 2, dan 3. Bandung: Conceps Science Bandung.

Resnick, Halliday and Walker. 2009. Fundamental of physics 6th edition : John

Wiley & Son.