menghitung kuat medan listrik.doc

5/22/2018 menghitung Kuat Medan Listrik.doc

1/15

menghitung Kuat Medan Listrik -Anda mungkin pernah mendengar bahwasetiap muatan yang diletakkan di suatudaerah akan memiliki medan listrik disekitarnya. Jika sebuah muatan uji (q)

diletakkan pada daerah tersebut, muatantersebut akan mengalami gaya Coulomb.Kuat medan listrikdi suatu titikdideinisikan sebagai gaya Coulomb persatuan muatan yang dialami oleh sebuahmuatan di titik tersebut. !e"aramatematis, dituliskan sebagai berikut.

E = F/q

Dengan F = kqq/r2

#aka

Keterangan$

% & kuat medan listrik ('C)

q & muatan listrik (C)

r & jarak antarmuatan (m)

k & * +

'm-

C-

1. Garis-Garis Gaya

ntuk menggambarkan medan listrikdapat juga dilukiskan dalam bentukgaris/garis gaya(lines of force).0ubungan antara garis/garis gaya dan1ektor medan listrik adalah sebagaiberikut.

a. 1ektor kuat medan di suatu titik padagaris gaya menyinggung garis gaya dititik tersebut.

b. 2anyaknya garis per satuan luaspenampang (yang tegak lurus dengangaris/garis tersebut) adalah sebandingdengan besarnya medan listrik %.

3ambar 4.5 (a) 3aris/garis gaya listrikuntuk partikel bermuatan positi6 (b)3aris/garis gaya listrik untuk partikelbermuatan negati6 (C) 3aris/garis gayauntuk dua muatan yang sejenis6 (d)3aris/garis gaya untuk dua muatan yangberbeda jenis.

Resutan Kuat Medan Listrik

#edan listrik merupakan besaran 1ektor.leh karena itu, penjumlahannyamengikuti aturan penjumlahan 1ekror.Anda dapat menggambar 1ektor/1ektormedan listrik di sekitar muatan statisyang menunjukkan besar dan arahmedan listrik pada titik/titik di sekitarmuatan tersebut. 7esultan besar kuatmedan di titik p adalah sebagai berikut.

E = E1! E2! " = En

Kererangan$

%+& kuat medan listrik di titik p akibatmuatan q+
http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xii/contoh-soal-energi-potensial-listrik/http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xi/hukum-gravitasi-newton-dan-medan-gravitasi/http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xi/hukum-gravitasi-newton-dan-medan-gravitasi/http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xii/contoh-soal-energi-potensial-listrik/http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xi/hukum-gravitasi-newton-dan-medan-gravitasi/


2/15

%-& kuat medan listrik di titik p akibatmuatan q-

#edan listrik merupakan besaran 1ektor.leh karena itu, untuk menghitung

resultan dan medan listrik dapatdilakukan dengan "ara metode analisis(menggunakan 1ektor satuan) ataudengan menggunakan metode graik.#etode graik dapat dilakukan dengansyarat setiap medan listrik diketahui arah1ektornya.

#ukum Gauss

0ukum 3auss didasarkan pada konsep

luks. 8luks adalah kuantitas yangmenggambarkan berapa banyak 1ektormedangaris/garis gaya yang menembussuatu permukaan dalam arah tegak lurus.9erhatikan 3ambar 4.+:. Jika terdapatgaris/garis gaya dan suatu med an listnikhomogen yang menembus tegak lurussuatu bidang seluas A, jumlah garismedan yang menembus tegak lurusbidang tersebut sama dengan perkalian %dan A. 9erkalian antara % dan A ini

dinamakan luks listrik (;). !e"aramatematis dituliskan sebagai berikut.

3ambar 4.+: 3aris/garis gaya yangmenembus bidang permukaan.

; & %A

Keterangan$

; & luks


3/15

#edan ?istrik pada Keping !ejajar

#edan listrik di antara pelat sejajardapat dihitung dengan mudah

menggunakan 0ukum 3auss. >ua buahpelat keping yang memiliki luas Amasing/masing diberi muatan samatersebar merata, tetapi berlawanan jenis,yaitu @q dan q seperti pada 3ambar4.+-. 7apat muatan q tiap kepingdideinisikan sebagai muatan q persatuan luas A. !e"ara maternatis,dituliskan sebagai berikut.

= q/%

Kuat medan listrik % pada pelatkonduktor ditentukan berdasarkankonsep 0ukum 3auss. Caranya denganmembuat suatu permukaan tertutup,seperti silinder untuk memudahkanperhitungan. 9erhatikan 3ambar 4.+B.

2erdasarkan 9ersamaan (4), lukslistrik pada silinder tertutup tersebutadalah

;silinder tertutup&; +@; -@; B& %A+"os :o@%Aa"os :o@ %AB"os :o

leh karena A+& A-& AB& A maka ;silinder tertutup& -%A

>ari persamaan ; silinder tertutup& qosehingga

leh karena qA & D (rapat muatan)maka kuat medan listrik % yangditimbulkan oleh satu pelat konduktor

dinyatakan dengan persamaan


4/15

>engan demikian besarnya kuat medanlistrik yang ditimbulkan oleh - pelatkonduktor dinyatakan dengan persamaan

Keterangan$

D& rapat muatan (Cm-)

o& permiti1itas ruang hampa (5,5E F+:/+-C-'m-)

Kuat Medan Listrik +ada 0'a

K'ndukt'r 0er'ngga

3ambar 4.+4. bola konduktor beronggayang memiliki jari/jari 7. r jarak titik kepusat bola.

9erhatikan 3ambar 4.+4. jika ke dalamkonduktor bola berongga yang berjari/jari 7 diberi sejurmlah muatan positiatau muatan negati, muatan tersebut

akan tersebar merata hanya dipermukaan bola. Adapun di dalam bolatidak terdapat muatan listrik.2erdasarkan 0ukurn 3auss dapatditentukan besar medan listrik di dalammaupun di luar bola, yang besarnya

>i bagian dalam bola dengan r G 7,

besarnya medan listrik % & . 0altersebut disebabkan besarya muatanyang dilingkupi permukaan 3auss


5/15

Jika g & +:ms-

, tentukan besarnya kuarmedan listrik yang mempengaruhipartikel tersebut

Jawab$

>iketahui$

m & +mg & +:/kg

g & +: ms-

q & 4IC & 4.+:/C

perhatikan gambar berikut$

-. 9erhatikan gambar berikut$

!ebuah elektron (e & /+,L+:/+C, m &L+:/B+kg) bergerak tanpa ke"epatanawal dari pelat bermuatan negatimenuju plat positi yang berjarak B- "mdalam medan listrik homogen % & :,4E'C. 0itunglah$

a. per"epatan yang dimiliki elektron

b. waktu yang diperlukan men"apai pelatpositi

". laju elektron saat tiba diplat positi

jawab$

oleh karena massa elektron sangat ke"il,gaya berat mg dapat diabaikan terhadapgaya "oulomb 8 & q%

diketahui

q & e & /+,L+:/+C,

m & L+:/B+kg

d & B-"m & :,B-m

% & :,4E 'C

B. 9erhatikan gambar berikut$

Mentukan$


6/15

a. kuat medan listrik di titik 96

b. gaya pada muatan /4.+:/5dititik 9.

9enyelesaian

9erhatikan gambar berikut

#uatan uji 9 biasanya dianggap muatanpositi.

%+& kuat medan listrik akibat q+

%-& kuat medan listrik akibat q-

Jadi kuat medan listrik di titik 9 adalahL+:E'C

b. muatan 9(/4L+:/5C) mengalami gayasebagai berikut

8p& %pF q & (.+:E

'C F (/4.+:/5

C) &/:,:B'. tanda negati menunjukan 8parahnya ke kiri.

4. 9ada titik/titik sudut 2 dan > sebuahpersegi A2C> masing/masing diletakansebuah partikel bermuatan @q. Agar kuatmedan listrik di titik A &nol, tentukan

besar muatan yang harus diletakan dititikC.

Jawab$

leh karena q2 & q>dan A2 & A> & r,maka %A2 & %A>& kqr-. Kuat medan di

titik A oleh muatan di 2 dan > adalah

Agar %A& :, %ACharus sama besar,tetapi berlawanan arah dengan %2>untukitu qCharus bermuatan negati.

Jadi, besar muatan yang harus diletakandi titik C adalah -N-q.

E. 0itunglah luks listrik pada suatubidang persegi yang berukuran -:L+E"m, jika kuat medan listrik homogensebesar +E: 'C dan arahnya$

a. sejajar bidang


7/15

b. membentuk sudut BOoterhadap bidang

". tegak lurus terhadap bidang

Jawab$

>iketahui

?uas persegi A & (-:"m F +E"m) &B::"m-& B.+:/-m-6

Kuat medan listrik % & +E:'C

8luks listrik dapat anda perhatikan padagambar berikut.

a. untuk sudut = & :o

;& %A "os :o& +E:'C (BL+:/-m-)(:)

& :

b. untuk sudut = & EBo

;& %A "os EBo& +E:'C (BL+:/-m-)(:,) & -,O wb

b. untuk sudut = & :o

;& %A "os :o& +E:'C (BL+:/-m-)(+) &4,E wb


8/15

Listrik Statis 12

Category$ 8isika *


9/15

'a 3'. 7

>ua buah muatan tersusun sepertigambar berikut

Jika Q+& @ + IC, Q-& R - IC dan k & F +:' m-CR - tentukan besar dan arahkuat medan listrik pada titik 9 yangterletak 4 "m di kanan Q+

em,ahasan

7umus dasar yang dipakai untuk soal iniadalah

dimana % adalah kuat medan listrikyang dihasilkan suatu muatan, dan r

adalah jarak titik dari muatan sumber.0arap diingat lagi untuk menentukanarah % $ Skeluar dari muatan positiS danSmasuk ke muatan negatiS

9erhatikan ilustrasi pada gambar

?angkah berikutnya adalah menghitungmasing/masing besar kuat medanmagnet %+dan %-kemudian men"ariresultannya jangan lupa ubah satuan

"entimeter menjadi meter. !upaya lebihmudah hitung se"ara terpisah satupersatu saja,..

Arah ke arah kanan.

'a 3'. ;

3ambar berikut adalah susunan tigabuah muatan A, 2 dan C yangmembentuk suatu segitiga dengan sudut

siku/siku di A.

Jika gaya tarik/menarik antara muatan A

dan 2 sama besar dengan gaya tarik/menarik antara muatan A dan C masing/masing sebesar E 8, tentukan resultangaya pada muatan A

em,ahasan


10/15

Karena kedua gaya membentuk sudut:T"ari dengan rumus 1ektor biasa $

'a 3'. :

Miga buah muatan membentuk segitigasama sisi seperti gambar berikut. Jarakantar ketiga muatan masing/masingadalah +: "m.

Jika Q+& @ + C, Q-& QB& R - C dan k & F +:' m-CR - tentukan besarresultan gaya Coulomb pada muatan Q+

em,ahasan

Mipe soal mirip soal nomor 4, dengansudut :T dan nilai masing/masing gayaharus di"ari terlebih dahulu.

Angka +5 F +:++' namakan saja *untuk mempermudah perhitunganselanjutnya.

'a 3'. ua buah muatan masing / masing Q+&+ IC dan Q-& 4 IC terpisah sejauh +:"m.

Mentukan letak titik yang memiliki kuatmedan listrik nol (Mipikal !oal ')

em,ahasan

?etak titik belum diketahui sehingga adatiga kemungkinan yaitu di seblah kiri Q+,di sebelah kanan Q-atau diantara Q+dan

Q-. ntuk memilih posisinya se"arabenar perhatikan ilustrasi berikut ini daningat kembali bahwa kuat medan listrikSkeluar untuk muatan positiS danSmasuk untuk muatan negatiS.'amakan saja titik yang akan di"arisebagai titik 9.


11/15

Ada - tempat dimana %+dan %-salingberlawanan, ambil saja titik yang lebihdekat dengan muatan yang nilaimutlaknya lebih ke"il yaitu disebelahkiri Q+dan namakan jaraknya sebagai

F.

'a 3'. 4

!ebuah muatan listrik negati sebesar Qyang berada pada suatu medan listrik %yang berarah ke selatan. Mentukan besardan arah gaya listrik pada muatantersebut

em,ahasan

0ubungan antara kuat medan listrik %dan gaya listrik 8 yang terjadi pada suatumuatan q adalah

F = E

dengan perjanjian tanda sebagai berikut$

>ntuk muatan +'siti?@ F searahdengan arah E

>ntuk muatan negati?@ F

,eraAanan arah dengan arah

E

9ada soal diatas % berarah ke selatansehingga arah 8 adalah ke utara, karenamuatannya adalah negati.

'a 3'. 8

9erhatikan gambar tiga buah muatanyang berada di sekitar titik 9 berikut

Jika k & F +:' m-CR -, Q+& @ +:R+-C, Q-& @ - F +:R+-C dan QB& / +:R+-C,

tentukan besar potensial listrik pada titik9

em,ahasan

'a 3'. B

5 buah muatan listrik 4 diantaranyasebesar @ E C dan 4 lainnya adalah R E Ctersusun hingga membentuk suatu kubusyang memiliki sisi sepanjang r.


12/15

Mentukan besar potensial listrik di titik 9yang merupakan titik berat kubus

em,ahasan

Kenapa nolU Jarak masing/masingmuatan ke titik 9 adalah sama dan besarmuatan juga sama, separuh positi danseparuh lagi negati sehingga jikadimasukkan angkanya hasilnya adalahnol.

'a 3'. 16

>ua buah partikel dengan besar muatanyang sama digantung dengan seutas talisehingga tersusun seperti gambar

berikut

Jika tan = & :,OE dan besar teganganpada masing/masing tali adalah :,:+ ',tentukan besar gaya tolak / menolakantara kedua partikel

em,ahasan

9erhatikan uraian gaya pada Q-berikut

Karena nilai gaya tali sudah diketahui,maka dengan prinsip keseimbangan

biasa didapat$

F= C sin

F= 6@61 9 6@< = 6@66< 3eAt'n

'a 3'. 11

!ebuah partikel yang bermuatan negatisebesar E Coulomb diletakkan diantaradua buah keping yang memiliki muatanberlawanan.


13/15

Jika muatan tersebut mengalami gayasebesar :,4 ' ke arah keping 2,tentukan besar kuat medan listrik danjenis muatan pada keping A

em,ahasan

F = E

E = F / = 6@; / : = 6@68 3/

ntuk muatan negati arah % berlawanandengan 8 sehingga % berarah ke kiri dandengan demikian keping 2 positi,keping A negati.

'a 3'. 12!ebuah bola berongga memiliki muatansebesar Q Coulomb dan berjari/jari +:"m.

Jika besar potensial listrik pada titik 9adalah (kQ F ) 1olt, tentukan nilai F

em,ahasan

ntuk men"ari potensial suatu titik yangberada di luar bola, = kq/rdimana radalah jarak titik tersebut ke pusat bolaatau 9 = 6@1 ! 6@2 = 6@7 meter.

'a 3'. 17

Mentukan besarnya usaha untukmemindahkan muatan sebesar positisebesar +: IC dari beda potensial -B:

kilo1olt ke BB: kilo1olt

em,ahasan

H = q I

H = 16J 9 166 k't = 1 *'ue

'a 3'. 1;

9erhatikan gambar berikut % adalahkuat medan listrik pada suatu titik yangditimbulkan oleh bola berongga yangbermuatan listrik @ q.

Mentukan besar kuat medan listrik di titik9, Q dan 7 jika jari/jari bola adalah 9dan titik 7 berada sejauh hdaripermukaan bola

em,ahasan

Mitik 9 di dalam bolasehingga E= 6

Mitik Q di permukaan bola

sehingga E= kq/92

Mitik 7 di luar bola sehinggaER= kq/9 ! h

2

'a 3'. 1:

!ebuah partikel bermassa m danbermuatan negati diam melayangdiantara dua keping sejajar yangberlawanan muatan.


14/15

Jika g adalah per"epatan gra1itasi bumidan Q adalah muatan partikel tentukannilai kuat medan listrik % antara kedua

keping dan jenis muatan pada keping Q

em,ahasan

Jika ditinjau gaya/gaya yang bekerjapada partikel maka ada gaya gra1itasigaya berat yang arahnya ke bawah.Karena partikel melayang yang berartiterjadi keseimbangan gaya/gaya, makapastilah arah gaya listriknya ke atasuntuk mengimbangi gaya berat. #uatan

negati berarti arah medan listrik %berlawanan dengan arah gaya listrik 8sehingga arah % adalah ke bawah dankeping 9 adalah positi (% Skeluar daripositi, masuk ke negatiS), keping Qnegati.

ntuk men"ari besar % $

F istrik= H

qE = mg

E = mg/q

'a 3'. 1

menghitung kuat medan listrik.doc

Documents