medan listrik - ?· muatan partikel dasar yang bermuatan e= elektron. hukum coulomb. hukum coulomb...

Download MEDAN LISTRIK -   ?· muatan partikel dasar yang bermuatan e= Elektron. Hukum Coulomb. Hukum Coulomb Gaya interaksi antara dua benda titik ... Kuat medan listrik adalah vektor gaya

Post on 03-Feb-2018

251 views

Category:

Documents

10 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • MEDANMEDAN LISTRIKLISTRIK

    Oleh : Oleh :

    Sabar Nurohman, M.PdSabar Nurohman, M.Pd

    Ke Menu Utama

  • Perhatikan Video Berikut:

    Mengapa itu bisa terjadi?

  • Muatan ListrikMuatan Listrik

    Penjelasan seputar atom :Penjelasan seputar atom :

    Diameter inti atom : 10-12 cm

    Massa proton=massa netron : 1,67.10-27 kg

    Massa elektron : 9,11.10-31 kg

    Muatan elektron : 1,6029.10-19 coulomb

  • Konduktor dan IsolatorKonduktor dan Isolator

    Logam merupakan konduktor; dapat menghantarkan muatan atau meneruskan muatan.

    Karet, plastik, kaca merupakan isolator; tidak dapat menghantarkan atau meneruskan muatan.meneruskan muatan.

    Robert A Milikan (1869-1953) dengan eksperimen tetes minyak Milikan, teramati muatan listrik hanya mungkin mempunyai harga bilangan bulat dikalikan suatu muatan elementer e.

    Kenyataan ini dikenal sebagai kuantisasi muatan partikel dasar yang bermuatan e= Elektron.

  • Hukum Coulomb

  • Hukum CoulombHukum Coulomb

    Gaya interaksi antara dua benda titik

    bermuatan listrik sebanding dengan

    muatan masing-masing dan

    berbanding terbalik dengan kuadrat

    jarak antara kedua muatan.

    Gaya interaksi tarik-menarik bila Gaya interaksi tarik-menarik bila

    berlaianan tanda (muatan) dan tolak-

    menolak jika memiliki tanda (muatan)

    yang sama.

    2

    21

    r

    qqF

    2

    21

    r

    qqkF = Neraca Puntir

  • 229229

    22

    12

    0

    /CN.m10.9/CN.m10x988,8

    /CN.m10854,84

    1

    4

    1

    ==

    ==

    k

    k

    Dalam kajian elektrostatik, kita akan berurusan dengan Dalam kajian elektrostatik, kita akan berurusan dengan

    muatan pada orde micro atau bahkan nano coulomb. Anda

    bayangkan, seandanya saja ada dua buah muatan sebesar

    1 C terpisah sejauh 1 m, maka akan menyebabkan

    munculnya gaya coulomb sebesar 9 x 109 N (kira-kira sejuta

    ton)

    Anda juga perlu tahu, untuk memperoleh muatan sebesar 1

    C, kita kira-kira membutuhkan elektron sejumlah 6 x 1018.

    (ingat 1 e hanya bermuatan 1,602 x10-19)

  • 1 qqr

    =

    12Fr

    12rr

    Gaya Coulomb

    Selisih vektor posisi q1 terhadap q2adalah r12.

    Maka arah vektor gayanya adalah :

    y

    1rr

    rr

    1q

    2qr

    123

    12

    21

    0

    12

    122

    12

    21

    0

    12

    4

    1

    4

    1

    rr

    qqF

    rr

    qqF

    vr

    r

    =

    =x

    0 =Permitivitas Ruang Hampa

    1/40 =8,9874.109=9.109 NM2/c2

    2rr

    21Fr

    12

    12

    12

    1212

    r

    r

    r

    rr

    r

    r

    r

    ==

  • Contoh :

    Muatan q1= 10-3 c pada koordinat (0,3) dan

    q2=5.10-3 c pada koordinat (4,0). Posisi dalam meter,q2=5.10-3 c pada koordinat (4,0). Posisi dalam meter,

    cari gaya coloumb pada muatan q1 dan q2 !

  • Gaya Coulomb Oleh Beberapa Muatan

    12rr

    13rr

    y y

    q1

    q2

    q3

    q1

    q2

    q3

    rr

    1rr

    2rr

    13

    Selisih vektor posisi q1terhadap q2, q3 dan q4

    Vektor posisi q1,q2 , q3dan q4

    Resultan gaya yang dialami q1 oleh q2 , q3 dan q4 adalah :

    F1 = F12 + F13 + F14

    x xq4

    q4

    14rr

    1r 2r

    4rr

    3rr

  • Contoh :

    Muatan q1= 1 c pada koordinat (0,3), q2=-2 c pada koordinat (1,4) dan q3=2 c pada koordinat (4,0). Hitung gaya coulomb yang pada koordinat (1,4) dan q3=2 c pada koordinat (4,0). Hitung gaya coulomb yang dialami muatan q1. !

  • Medan Listrik

    Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga

    pada titik dalam ruang.

    Gaya coloumb di sekitar suatu muatan listrik juga

    membentuk medan yaitu medan gaya listrik atau medan

    listrik.

    Kuat medan listrik adalah vektor gaya coulomb yang Kuat medan listrik adalah vektor gaya coulomb yang

    bekerja pada satu satuan muatan yang diletakan pada

    suatu titik dalam medan listrik tersebut.

    Jadi :-------------------------

    Bila muatan berupa muatan titik :r

    r

    qE r

    4

    12

    0

    )(

    =r

    EqFq

    FE

    q

    qrFE r

    rrr

    r

    rrr

    00

    0

    0

    )(

    -----

    ),(

    =>=

    =

  • ++Q++ +q FP

    2

    0

    0r

    QqkF =

    ++Q++ +q0 F0Pr

    0

    0)(

    q

    FE r

    rr

    =

    2)( r

    QkE r =

    r

  • rr

    qE r

    4

    12

    0

    )(

    =r

  • +

    EEEE

    F=qE

    -

    EEEE

    F=-qE

  • Er

    Medan listrik di titik p, yang diakibatkan oleh muatan q.

    yq+

    p1rr

    rr

    )( 1rrrr

    )(4

    1

    )(

    4

    1

    13

    10

    1

    1

    2

    10

    rrrr

    qE

    rr

    rr

    rr

    qE p

    rr

    rr

    r

    rr

    rr

    rr

    v

    =

    =

    x

    Contoh :

    Diketahui 2 buah muatan q1= 10 c pada koordinat (2,4)cm dan q2=5 c pada koordinat (-5,10)cm. Suatu titik P berada pada posisi (10,-2)cm. Tentukan kuat medan listrik di titik P akibat 2 buah muatan di atas !

    410 rr

  • Medan sebuah cincin bermuatan

    dQ

    Q

    0

    a

    ds22

    axr +=

    X

    p dEXdEY

    dE

    Sebuah konduktor berbentuk cincin dengan jari-jari a mengangkut muatan total Qyang terdistribusi homogen di sekelilingnya.

    Qsekelilingnya.

    Carilah medan listrik di sebuah titik P yang terletak pada sumbu cincin itu sejauh x dari pusatnya !

  • Penyelesaian :

    Diambil satu segmen cincin ds yang di dalamnya mengandung muatan sejumlah dQ sehingga akan mengakibatkan medan listrik di titik P sebesar dE.

    Ingat persamaan umum E :

    q1rr

    r

    qE r

    4

    12

    0

    )(

    =r

    Untuk kasus di atas, maka :

    22

    04

    1

    ax

    dQdE

    +=

  • ax

    dQx

    ax

    x

    ax

    dQdEdE

    dE

    x

    y

    )(

    4

    1

    4

    1cos

    !Jelaskan! kan,menghilang saling karena,0

    2/322

    2222

    0

    +=

    ++==

    =

    Komponen dE terdiri dari dEx dan dEy; dalam kasus ini dapat dilihat bahwa komponen y akan saling berlawanan dari masing-masing segmen ds, sedangkan komponen x berada pada arah yang sama sehingga akan saling

    menjumlahkan. Maka dari itu, E untuk kasus ini hanya memiliki satu komponen Ex

    ix

    QE

    iax

    QxiEE

    ax

    dQxE

    ax

    x

    x

    4

    1

    : maka a),(xjauh sangat yangUntuk x

    )(4

    1

    )(

    4

    1

    : Sehingga

    )(4

    2

    0

    2/322

    0

    2/322

    0

    2/322

    0

    =

    >>

    +==

    +=

    +

    r

    r

    Jadi untuk x yang sangat jauh, besarnya E mengikuti persamaan umum medan listrik akibat suatu muatan q.

  • Medan sebuah garis bermuatan

    dQ

    0

    a

    dy22 yxr +=

    X

    p dEXdEY

    Muatan listrik positif Q didistribusikan merata sepanjang sebuah garis yang panjangnya 2a yang terletak sepanjang sumbu y diantara y=-a dan y=+a.

    yy

    y

    dE diantara y=-a dan y=+a.

    Carilah medan listrik di sebuah titik P yang terletak pada sumbu x sejauh x dari titik asalnya!

    -a

  • Penyelesaian :

    Diambil satu segmen garis dy yang di dalamnya mengandung muatan sejumlah dQ sehingga akan mengakibatkan medan listrik di titik P sebesar dE.

    Ingat persamaan umum E :r

    qE r

    12)(

    =

    rr

    rE r

    4 20)(

    =

    Untuk kasus di atas, maka :

    22

    04

    1

    yx

    dQdE

    +=

  • yxa

    xdyQdEdE

    yxa

    dyQdE

    a

    QdydydQ

    aQ

    x)(24

    cos

    )(24

    2

    2/muatan Kerapatan

    2/322

    22

    0

    +==

    +=

    ==

    =

    Komponen dE terdiri dari dEx dan dEy; dalam kasus ini dapat dilihat bahwa komponen y akan saling berlawanan dari masing-masing segmen dy, sedangkan komponen x berada pada arah yang sama sehingga akan saling menjumlahkan.

    Maka dari itu, E untuk kasus ini hanya memiliki satu komponen Ex

    Jadi untuk x yang sangat jauh, besarnya E mengikuti

    ix

    QE

    iaxx

    QE

    axx

    Q

    yx

    dy

    a

    QxE

    yxa

    a

    a

    x

    4

    1

    : maka y),(xjauh sangat yangUntuk x

    1

    4

    1

    4

    )(24

    1

    )(24

    2

    0

    220

    220

    2/322

    0

    0

    =

    >>

    +

    =

    +

    =

    +=

    +

    r

    r

    jauh, besarnya E mengikuti persamaan umum medan listrik akibat suatu muatan q.

    Coba cari medan pada kasus tersebut apabila panjang kawat tak terhingga !!!

  • Garis Gaya

    Di sekitar muatan listrik, baik muatan positif maupun negatif timbul garis gaya.

    Kuat medan listrik pada suatu titik menyinggung garis gaya. Di tempat yang

    bermedan kuat garis gaya dilukiskan rapat. Bila medan lemah garis gaya

    dilukiskan renggang.

    + -+

    1. Arah medan menyinggung garis gaya listrik

    2. Arah garis gaya keluar dari muatan positif

    3. Arah garis gaya masuk ke mauatan negatif

    4. Kuat medan dinyatakan oleh rapat garis gaya

    +

    +

    +

    +

    -

    -

    -

    -

  • Lintasan elektron di sekitar medan listrikJika kita meluncurkan sebuah elektron ke dalam medan listrik dengan kecepatan horizontal awal V0, bagaimanakah persamaan lintasannya?

    + + + + + + + + + + +

    - - - - - - - - - - -

    e