MODULJUDUL LISTRIK STATIS

Disusun oleh :

Andisha Suandi XII IPA 6Khusus dipakai dalam lingkungan sendiri SMA Negeri 16 Makassar Tahun Pelajaran 2010/2011

Mutmainnah Syamsir Veronica Ezekiel Reski Amelia Dewi Ayu Safitri Ika Saputri Tita Siti Yusnita

MODUL Standar Kompetensi Kompetensi Dasar : : Indikator : Mendeskripsikan gaya elektrostatik (hokum Coulomb) pada muatan titik Mengaplikasikan hokum Coulomb dan gauss untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik Memformulasikan prinsip kerja kapasitor keping sejajar Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping sejajar Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dari produk teknologi

Muatan Listrik dan Hukum Coloumb Sama halnya seperti massa, muatan listrik merupakan salah satu sifat dasar zat. Muatan listirk berkaitan dengan partikel atomik penyusun zat yaitu, elektron dan proton. 1. Muatan listirk Muatan listrik terbagi atas dua jenis, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik yang sejenis tolak-menolak, sedangkan yang tidak sejenis saling tarik-menarik. 2. Gaya Coloumb dan gaya elektrolisis Gaya tarik-menarik atau tolak-menolak yang terjadi antara dua muatan listrik adalah berbanding lurus dengan muatan masing-masing dan berbanding terbalik terhadap kuadrat jaraknya. Hukum Coloumb dirumuskan : q1.q 2 FC = k r2 Menurut Coloumb persamaan di atas dapat disimpulkan Gaya tarik-menarik atau gaya tolakmenolak antara dua benda bermuatan berbanding lurus dengan muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak 3. Gaya Coloumb oleh beberapa muatan Apabila sebuah muatan dipengaruhi dua muatan lain, maka gaya Coloumb yang terjadi merupakan resultan gaya dari kedua gaya Coloumb pengaruh masing-masing muatan.

4.

Gaya Coloumb dalam bahan Jika medium muatan buakn ruang hampa, maka gaya Coloumb antara q1 dan q2 berkurang. Permitasi bahan dirumuskan : = r . o Keberadaan muatan listrik dalam kehidupan sehari-hari

Ledakan petir merupakan contoh nyata dari keberadaan listirk, petir merupakan hasil pelepasan muatan listrik di awan, terjadinya petir bisa dijelaskan sebagai berikut : Apabila di antara dua gumpalan awan P dan Q terdapat perbedaan muatan dan perbedaan tegangan yang cukup besar akan mengakibatkan terjadinya loncatan bunga api listrik di antara kedua gumpalan awan tersebut.Bunga api listrik kita kenal sebagai kilat. Kuat Medan Listrik Daerah sekitar muatan yang dapat mempengaruhi (menarik/menolak) muatan lain yang berada di daerah sekitarnya disebut medan listrik. 1. Kuat medan listrik Kuat medan listrik adalah gaya Coloumb yang bekerja pada satu satuan muatan listrik (+) yang berada di suatu titik dalam medan listrik. 2. Kuat medan oleh beberapa muatan Besarnya kuat medan listrik di titik A adalah : E A = E1 + E 2 3. Garis gaya listrik Garis gaya listrik adalah suatu garis yang dapat dibayangkan sedemikian rupa sehingga arahnya atau garis singgungnya pada setiap titik adalah arah kuat medan pada titik tersebut. Ukuran yang menyatakan jumlah garis gaya listrik yang menembus suatu permukaan disebut fluks listrik. Banyaknya garis gaya listrik tiap satuan luas (A) sebanding dengan kuat medan listrik (E) dirumuskan : = E . A . cos dimana : E = kuat medan listrik (N/C) A = luas bidang (m 2 ) = fluks listrik (weber = Wb) 4. Hukum Gauss a. Kuat medan listrik untuk konduktor dua keping sejajar E= keterangan : E = kuat medan listrik dalam keping (N/C) o = fluks listrik (weber) = rapat muatan listrik (C/m 2 ) b. Kuat medan listrik untuk konduktor bola berongga 1 R E= 4o r 2 c. Kuat medan listrik untuk konduktor bola pejal dengan distribusi muatan seragam R E=k 2 keterangan : r = jari-jari permukaan Gauss r R = jari-jari konduktor bola pejal

Energi Potensial dan Potensial Listrik Ketika kita berbicara tentang gerak sebuah benda dari satu tempat ke tempat ke tempat lain dalam medan gravitasi bumi, maka akan menyangkut tentang energi potensial garvitasi. Hal yang sama juga berlaku pada bidang kelistrikan. Benda-benda bermuatan listrik juga memiliki energi potensial listrik yang bisa diubah menjadi energi kinetik. 1. Energi potensial Energi potensial pada muatan q yang ada dalam medan listrik yang berasal dari sumber Q dapat dirumuskan : Q.q Ep =k keterangan : E p = energi potensial (joule) r r = jarak antara Q dan q VA =Ep q

keterangan : V A = potensial listrik di A (volt)

2.

Potensial listrik di suatu titik Potensial listrik di suatu titik adalah besarnya energi potensial listrik pada suatu satuan muatan (+) yang ada di titik tersebut. Potensial listrik dirumuskan : VA =Ep q

keterangan : V A = potensial listrik di A (volt)

3.

Usaha Usaha untuk memindahkan suatu muatan listrik dari suatu titik ke titik lainnya. Dirumuskan : W 1, 2 = E p 2 - E p1 keterangan : W 1, 2 = usaha untuk memindahkan muatan q dari keadaan (1) ke keadaan (2)

W 1, 2 = q(V 2 - V 1 ) 4. Potensial listrik pada konduktor bola berongga Potensial di dalam bola sama dengan potensial di kulit bola (r < R) VA =VB =k 5. Potensial oleh beberapa muatan sumber titik Potensial listrik merupakan besaran skalar sehingga jika ada beberapa sumber medan, maka potensial listrik seluruhnya dirumuskan : Q2 Q Q V = k 1 + + 3 r r3 r2 1 q r

Kapasitor Komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik dalam sementara waktu adalah kapasitor. Beberapa jenis kapasitor antara lain kapasitor kertas, kapasitor keping sejajar, kapasitor silinder, dan lain-lain. Penggunaan kapasitor antara lain untuk : - Meratakan arus listrik pada power supply - Menghilangkan bunga api motor - Menyimpan muatan listrik pada alat-alat elektronika - Memilih frekuensi gelombang pada radio penerima

1. Kapasitas kapasitor Kapasitas kapasitor adalah perbandingan muatan listrik yang ditampung dengan potensial listriknya, dirumuskan : C= C= Kapasitas kapasitor keping sejajar dirumuskan :q V

. Ad

keterangan : C = kapasitas kapasitor (F) A = luas keping kapasitor (m 2 ) = permitivitas isolator d = jarak antara kedua keping(m) 2 1 o = 8,85 . 10 12 C 2 m N q = muatan (C) r = permitivitas relatif V = beda potensial (V) 2. Kuat medan listrik di antara dua keping sejajar Pada sebuah kapasitor sejajar yang dipasang pada tegangan V, di antara keping-kepingnya terjadi medan listrik homogen. Dirumuskan : E=V d1 keterangan : E = medan listrik homogen (NC )

d = jarak antara kedua keping (m) V = beda tegangan (V) Energi dalam Kapasitor Energi yang tersimpan dalam kapasitor bergantung pada nilai muatan dan tegangan kapasitor. Bila sebuah kapasitor diberikan muatan listrik, maka sesungguhnya yang terjadi adalah perpindahan muatan dari satu keping ke keping lainnya, sehingga untuk itu diperlukan usaha dan usaha yang telah dipakai untuk pemberian muatan akan disimpan oleh kapasitor sebagia energi. Muatan q yang telah dipindahkan dari satu keping ke keping lainnya akan menimbulkan beda potensial V, yang besarnya : V =q 1 q , sehingga potensial rata-rata masing-masing keping : V = . C 2 C

Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan tersebut adalah : W=1 q2 . keterangan : W = energi kapasitor (Joule) 2 C

q = muatan kapasitor (C = coloumb) C = kapasitas kapasitor (F = farad) Energi kapasitor tersimpan dalam bentuk medan listrik kapasitor : W=1 C.V 22

=

1 .o . A.d 2

.

E2

Materi

: Listrik Statis

Latihan Soal dan Pembahasannya

Pertanyaan

:

1. dua muatan terpisah pada jarak 12 cm, mengalami gaya tarik menarik 16N. Berapa gaya yang terjadi

b.

bila jarak diubah menjadi 8 cm? 2. dua muatan masing masing 10 C dan 30 C terpisah pada jarak 5 cm. hitunglah bersar gaya yang bekerja pada kedua muatan, jika : a. Berada di udara Berada pada suatu bahan dengan permivitas relatif 3. sebuah konduktor bola berongga dengan jari jari 4 cm diberi muatan 0,4 C. titik A, B, dan C

a. b.

berturut turut berjarak 2 cm, 4 cm, dan 6 cm dari pusat bola. Hitunglah kuat medan listrik di titik A, B, C! 4. titik A berada 180 cm dari permukaan sebuah bola yang bermuatan listrik. Diameter bola 40 cm dan kuat medan di titik A adalah 3,6. 10 5 N/C, tentukan : muatan listrik sumber medan kuat medan pada permukaan bola 5. dua buah kapasitor C1 = 6 F dan C 2 = 3 F dihubungkan parallel dan dipasang pada tegangan 12 volt. Tentukan kapasitas total dan muatan q1 dan q 2 !Jawaban 1.q1.q 2 r12 k .q1.q 2 16 = (12 .10 2 ) 2 k .q1.q 2 16 = 144 .10 4 2,304 .10 4 = k .q1.q 2 F1 = k q1.q 2 r22 2,304 .10 4 2,304 .10 4 = = = 36 (8.10 2 ) 2 64 .10 4 F2 =

:

2.

a.Fu = k q1.q 2 r210 5.3.10 5 9. ( 5.10 2 ) 2

Fu = 9.10

3.10 10 26 .10 4 Fu = 1,08 .10 3 N Fu = 9.10 9.

b. Permivitas relative bahan tidak diketahui 3. a. r < R, maka E = 0, karena di dalam bola tidak terdapat muatan b.

r = R = 4.10 2 E = k. E= q 4.10 7 E = 9.10 9. r2 ( 4.10 2 )( 4.10 2 )

9.10 2 = 2,25 .10 6 N / C 4.10 4

c. r > R, r = 10 1E = k. E= q 4.10 7 9.10 9. = r2 (10 1 ) 2

3,6.10 2 = 3,6.10 5 N / C 10 2

4. a.rA EA

=R+r = 0,2 + 1,8 = 2 m q = k. 2 r4

q 22 3,6.10 5. A = 9.10 9 q 3,6.10 5 = 9.10 9. 1,44 .10 5 = 9.10 9 q q= 1,44 .10 5 = 1,6.10 4 9 9.10

b.

E Permukaan = k .

q r21,6.10 4 N /C 3,6.10 7

= 9. 10 9 . 5. a. Kapasitas totalnyaC p = C1 + C 2 C p = 6 + 3 = 9 F

b. muatan masing masing kapasitor q1 = C1 x v = 6 x 12 = 72 C q 2 = C 2 x v = 3 x 12 = 36 C

Pilihan Ganda

:

1. sebuah bola konduktor berongga dengan jari jari 20 cm diberikan muatan 60 C yang tersebar merata di permukaannya. Kuat medan listrik pada titik yang berjarak 10 cm dari permukaan bola adalah N/C a. 6 x 10 2 b. 6 x 10 3 c. 6 x 10 4 d. 6 x 10 5 e. 6 x 10 6

2. jumlah garis gaya (fluks) yang menembus bidang persegi panjang dengan luas 0,02 m 2 dan medan listrik 100 N/C tegak lurus bidang adalah Wb a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 e. 5 3. dua buah muatan q1 = 4 C dan q 2 = 8 C terpisah sejauh 9 cm, energi potensial pada masing masing muatan adalah joule a. 320 b. 32 c. 3,2 d. 0,32 e. 0,032 4. kuat medan listrik di suatu titik yang berjarak 15 cm dari muatan +q adalah 600 NC 1 potensial listrik di titik tersebut adalah volt a. 90 b. 60 c. 45 d. 30 e.15 5. muatan A + 2q dan muatan B q terpisah pada jarak r ternyata menghasilkan gaya elektrostatis F. jika masing masing muatan diperbesar 2 kali dan jarak pisah diperkecil menjadi 0,5 r, maka gaya tariknya menjadi F a. 6 b. 9 c.12 d. 16 e. 20 Penyelesaian 1. e. 6 x 10 6pembahasan g E = k. 2 r

:

E = (9 x10 9 )

(6 x10 5 ) (3 x10 4 ) 2

2. b. 2 Wb

E = 6 x10 6

pembahasan = E. A =100 .0,02 =2W b

3. c. 3,2 joulepembahasan q1.q 2 Ep = k . r12 ( 4.10 6 )( 8.10 6 ) Ep = (9.10 9 ) (9.10 2 ) Ep = 3, joule

4. a. 90 voltpembahasan E r2 q E =k 2 = k r 2 (6.10 )( 2,25 .10 1 ) q= 9.10 9 q = 1,5.10 9 Maka q v =k r (1,5.10 9 ) v = (9.10 9 ) (1,5.10 9 ) v = 9volt

5. d. 16 F

pembahasan 2q 2 k .q 2 F =k 2 =2 2 r r 2 4q q2 F1 = k = 16 k 2 = 16 F 1 2 r r 4

selesai