*Lecture II*MEDAN LISTRIK

Lecture II

*Lecture II*Sub-pokok Bahasan Konsep Dasar Medan ListrikGaris GayaPotensial ListrikKapasitansi ListrikArus Listrik

Lecture II

*Lecture II*Gaya CoulombF12 = - F21Gaya Coulomb hanya menggambarkan bentuk interaksi antara muatan-muatan listrik, namun tidak menggambarkan kekuatan interaksinya.

Lecture II

*Lecture II*1. Medan Listrik Untuk menggambarkan kekuatan interaksi, digambarkan dengan medan listrik E :E12 : medan listrik di muatan Q1 akibat kehadiran Q2E21 : medan listrik di muatan Q2 akibat kehadiran Q1Medan listrik searah dengan gayaMedan listrik adalah vektor dan satuannya adalah N/CE21E12

Lecture II

*Lecture II*2. Garis Gaya Garis gaya adalah garis-garis untuk menggambarkan ineraksi yang terjadi antara muatan-muatan listrik.Medan listrik pada setiap muatan titik sejajar dengan medan listrik.Arah garis gaya pada muatan positif keluar dari muatannya.+

Lecture II

*Lecture II*2. Garis Gaya Arah garis gaya pada muatan negatif keluar dari muatannya.-

Lecture II

*Lecture II*Banyak muatan titik (Superposisi)Prinsip superposisiMedan listrik yang diakibatkan oleh sistem muatan titik adalah penjumlahan vektor dari medan-medan listrik yang dihasilkan oleh masing-masing muatan titik :12-++

Lecture II

*Lecture II*Aturan Garis GayaGaris-garis gaya adalah : Sejajar dengan medan listrikMenjauhi muatan positifMenuju muatan negatifMedan listrik bermula dari muatan positif dan berakhir di muatan negatif.Tidak pernah saling bersilanganDapat terbuka ( menuju tak hingga)Densitasnya menunjukkan intensitas medan listrik.

Lecture II

*Lecture II*Medan Listrik KonstanMedan listrik diantara dua keping sejajar yang sangat besar adalah konstan, jika salah satu pelat bermuatan positif +Q dan pelat yang lain bermuatan negatif Q.+Q-Q

Lecture II

*Lecture II*Muatan-muatan dalam Medan ListrikMuatan positif mengalami gaya searah medan listrik.Muatan negatif mengalami gaya berlawanan arah dengan medan listrik.+-

Lecture II

*Lecture II*Gerak muatan dalam medan listrikIngat F= ma ?Gaya ini adalah gaya pada sebuah benda dengan massa mGaya listrik pada muatan q adalah F = qE Berapakan kecepatan muatan titik q ?

EdE=2.0x104N/Ce=1.6x10-19Cm=9.1x10-31kgd=1.5cm=0.015mv=?v

Lecture II

*Lecture II*a selalu searah || dengan gaya FKecepatan v tidak selalu sejajar dengan a (contoh gerak peluru, gerak melingkar)

----++++vxvyvx= konstanvy= at = tF/m = tEq/mGerak muatan dalam medan listrik

Lecture II

*Lecture II*Problem-1Titik-titik A, B dan C diletakkan pada jarak yang berbeda dari suatu muatan titik. Pernyataan manakah yang paling akurat untuk intensitas medan listrik

(A) Paling besar pada titik A.(B)Paling besar pada titik B.(C)Paling besar pada titik C.(D)Sama di semua titik.

Lecture II

*Lecture II*Problem-2Diagram manakah yang paling menggambarkan garis-garis medan listrik di sekitar dua muatan titik yang berlawanan ? (A)- (C)

(B)- (D)

Lecture II

*Lecture II*Problem-3Dua muatan titik dipisahkan pada jarak 1 cm. Jika sekarang jaraknya diubah menjadi 0,5 cm, berapakah gaya listrik yang diberikan oleh masing-masing muatan tadi ? (A)Berkurang setengahnya dari nilai awal.(B)Meningkat dua kali dari nilai awal.(C)Berkurang menjadi seperempat dari nilai awal.(D)Meningkat empat kali dari nilai awal.Jika salah satu dari dua muatan titik diperbesar dua kali, sedangkan yang lain tetap, berapakah gayanya ? (A)Dua kali lipat (B)Setengahnya(C)Empat kali lipat. (D)Tidak berubah.

Lecture II

*Lecture II*3. Energi Potensial ListrikSeperti gaya gravitasi, gaya listrik juga menghasilkan KERJA.Kerja tidak bergantung pada lintasan, namun hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir.Terdapat energi potensial yang berkaitan dengan medan listrik.High PEHigh PELow PELow PE

Lecture II

*Lecture II*Potensial Listrik

PE/q adalah sifat dari medan listrik yang disebut dengan potensial listrik VKerja yang dilakukan oleh gaya listrik adalah :

Lecture II

*Lecture II*Potensial Listrik

V potensial listrik adalah energi potensial dari suatu muatan uji positif dalam medan listrik, dibagi dengan besarnya muatan uji itu sendiri q.Petensial listrik adalah skalar.Potensial listrik diukur dalam Volts (V = Joule/Coulomb).Perbedaan potensial antara dua titik adalah DV=Vb-Va disebut dengan tegangan listrik, voltage.

Dimana d adalah jarak antara dua titik

Lecture II

*Lecture II*4. Kapasitansi Listrik

Lecture II

*Lecture II*KapasitansiDua buah keping sejajar disebut dengan kapasitor. Jika dihubungkan dengan batere, maha kapasitor akan diberi muatan (charging).C Kapasitansi (sifat dari kapasitor) Kapasitansi diukur dalam Farad (F = C/V)Note: net charge =0

Lecture II

*Lecture II*Medan listrik dalam KapasitorE = konstanE = V/d E dari potensial tinggi ke rendah Jika V tetap maka E hanya bergantung pada d.PotensialnyaTinggi di dekat keping positif (+)Rendah di dekat keping negatif (-)

Lecture II

*Lecture II*Dielektrik Meletakkan bahan bukan konduktor (dielectric) diantara keping Dapat menampung lebih dari satu muatan kapasitansi meningkatK( >1) konstanta dielektrike0 = 8.85 10 -12 C2/N m2 (permitivitas ruang hampa)A = luas kepingd = jarak antara keping

Lecture II

*Lecture II*Pengisian Kapasitor dan Energi yang DisimpanKerja untuk memindahkan sejumlah kecil muatan dq dari b ke a adalah : dW = V dq

Energi potensial yang disimpan dalam kapasitor :

V konstan jika kapasitor dihubungkan dengan batereQ konstan jika kapasitor diputus dari batere

Lecture II

*Lecture II*Penyisipan DielektrikJika dihubungkan dengan batere Energi yang disimpan akan meningkatJika batere diputus Energi yang disimpan kapasitor berkurang

Lecture II

*Lecture II*Hubungan KapasitorTiga kapasitor dihubungkan Parallel.

Tegangan di ketiga kapasitor C1, C2, C3 sama, yaitu : V1=V2=V3=V

Muatannya berbeda :Q1=C1V Q2=C2V Q3=C3V

Total muatan yang disimpan oleh ketiga kapasitor :Q=Q1+Q2+Q3=V(C1+C2+C3)Ceq=C1+C2+C3Kapasitor hanya menyimpan muatan

Lecture II

*Lecture II*Jika tiga kapasitor dihubungkan secara seri.

Muatan pada masing-masing kapasitor sama. Q1=Q2=Q3

Tegangannya berbeda : V=V1+V2+V3

Lecture II

*Lecture II*5. Arus ListrikArus listrik adalah aliran muatan listrik (jumlah muatan yang mengalir dalam selang waktu Dt)Arus listrik diukur dalam ampere (A= C/s)Diperlukan muatan bebas agar terjadi arus (menggunakan konduktor)Note: net charge =0

Lecture II

*Lecture II*Ski Arus listrikPemain SkiMuatan Bergerak dari titik potensial (PE) tinggi ke rendah Untuk melengkapi satu sirkuit diperlukan divais untuk kembali dari potensial rendah ke tinggi

Ski lift BatteryHigh PEHigh PELow PELow PE

Lecture II

*Lecture II*Diperlukan muatan bebas sirkuit listrik harus terdiri dari material konduktif (kawat).Sirkuit listrik harus tertutupBatere mensuplai beda potensial konstan voltage.Batere mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik.

e -Simbol batere

Lecture II

*Lecture II*a). Tidak akan bekerja,Sirkuit tidak tertutupb). Tidak akan bekerja,Sirkuit berada pada potensial yang sama (+), tak ada beda potensial - voltage.c). Bekerja.

Lecture II

*Lecture II*Koefisien pembandingnya disebut Resistansi atau Resistor RResistansi diukur dalam Ohm (W = V/A)Energi listrik : W = V.I.t t adalah waktuHukum OhmArus listrik sebanding dengan tegangan (voltage).RVI

Lecture II

*Lecture II*Daya ListrikEnergi listrik dapat dikonversikan kedalam energi :Panas (toaster)Cahaya (bulbs)Mekanik (washer)KimiaEnergi persatuan waktu disebut dengan daya listrik:

Lecture II

*Lecture II*Arus DC (Direct Current)

Lecture II

*Lecture II*Tak boleh berhenti di b tapi harus ke c kemudian ke a dengan lift:

V=V1+V2 - Net voltage drop in a circuit is always equal to the supplied voltage (e.g. battery)Ski liftBatteryabc

Lecture II

*Lecture II*Rangkaian SeriKekekalan muatan:I=I1=I2=I3Hukum OhmV1=IR1; V2=IR2; V3=IR3Kekekalan energi:qV=qV1+qV2+qV3V=V1+V2+V3IReq=IR1+IR2+IR3Req=R1+R2+R3

Lecture II

*Lecture II*Rangkaian ParalelKekekalan muatan: I=I1+I2+I3Kekekalan Energi: V=V1=V2=V3Hukum Ohm: I1=V/R1; I2=V/R2; I3=V/R3

Lecture II

*Lecture II*Seri vs Paralel - ReqR1=R2=R3=RReq=3RR1=R2=R3=RReq=R/3

Resistansi ekivalen dalam rangkaian seri lebih besar.>

Lecture II

*Lecture II*Seri vs Paralel - IR1=R2=R3=RReq=3RI=V/(3R)I1=I2=I3=I=V/(3R)R1=R2=R3=RReq=R/3I=3V/RI1=I2=I3=I/3=V/R

Arus total dan individu dalam rangkaian seri lebih kecil.

*Lecture II*R1=R2=R3=RReq=3RI=V/3R Pnet=V2/3RI1=V/3R P1=V2/9RR1=R2=R3=RReq=R/3I=3V/R Pnet=3V2/RI1=V/R P1=V2/R

Konsumsi daya total dan individu dalam rangkaian seri lebih kecil. Lampu lebih terang jika dihubung paralel.

*Lecture II*Keselamatan dan pembumian ( grounding)Tegangan tidak membunuh. Arus dapat membunuh1 mA terasa10 mA kontraksi otot70 mA ventricular fibrillation~1A jantung berhenti >10A gosongBiasanya digunakan tegangan konstanUntuk mengurangi I meningkatkan RPermukaan keringInsulasi sepatu, lantaiMenghindari tegangan tinggi (grounding)

Lecture II

*Lecture II*Arus AC (Alternating Current)Tegangan berubah tanda arus berubah arahReqI~

Lecture II

*Lecture II*Jika resistor dirangkai seri, manakah yang benar untuk masing-masing resistor ? (A) Arus yang melaluinya.(B) Beda potensialnya.(C) Resistansinya.(D) Disipasi dayanya.Problem-4

Lecture II

*Lecture II*Dibagi dalam kelompok (5 orang/kelompok)Kasus diberikan minggu depan dan dibahas masing-masing kelompok untuk dipresentasikan di depan kelas

Lecture II

*Lecture II*

Lecture II