p1-muatan listrik & gaya listrik - web upi official
TRANSCRIPT
Muatan Listrik & Gaya Listrik
Minggu ke- 2
Kelistrikan
Thales (600 SM)
Sepotong ambar yang
digosok - dapat
Pengamatan
Batu-batuan yang
terdapat secara alami -
menarik besimenarik
Potongan jerami kecil
menarik besi
Oersted (1777-1851)
Arus listrik dalam sebuah kawat dapat
mempengaruhi sebuah jarum kompas)
Elektromagnetise
(Faraday )Maxwell
Rumusan hukum-hukum
Elektromagnetisme
Kelistrikan
Listrik statis Medan Listriknya statis (tetap terhadap waktu)
Medan Listrik statis = tidak ada arus listrik, dihasilkan dari muatan yang bergerak
Listrik dinamis Medan Listriknya homogen (tetap terhadapposisi
Muatan Listrik
Muatan = sifat fundamental materi Satuan
Satuan alamiah muatan = muatan elektron
e = 1,6021892 x 10-19 C C = Coloumb (SI)
Muatan fundamental
1C = 6,2 x 1018 e
q = Ne
Muatan fundamentalMuatan listrik minimum
Setiap muatan q
N = bilangan bulat (+/_)
Jika sifat fisis muatan terdapat dalam bentuk paket
diskrit dan bukan di dalam jumlah kontinyu
Muatan terquantisasi
Sifat-sifat partikel atomik
Elektrifikasi Cara pemberian muatan listrik pada benda
Proses Gesekan
Konduksi • Untuk bahan konduktor
• Dua buah bahan konduktor disentuhkan, dimana
salah satunya memiliki muatan bebas
Induksi
• Balon pada dinding
Dinding adalah netral (insulator)
Mutan + bergerak
menuju depan balon
Mutan - bergerakmenjauhi balon
Interaksi listrik
• Gaya listrik (Tarik-manerik/Tolak-menolak)
• Energi potensial listrik
• Usaha oleh medan listrik/usaha pada muatan
listriklistrik
Gaya Listrik
Gaya listrik antara muatan q1 dan q2 adalah
(a) tolak-menolak jika muatan-muatan bertanda
sama
(a) tarik-menarik jika muatan-muatan berlainan
tanda
Keseimbangan Torsi Coulomb Perputaran ini untuk mencocokan dan mengukur torsi dalam serat dan sekaligus gaya yang menahan muatan
Skala dipergunakan untuk membaca besarnya pemisahan muatan
Percobaan Coloumb
Hukum Coloumb
• Penentuan Coloumb
• Gaya tarik-manerik jika muatan berbeda tanda
• Gaya sebanding dengan perkalian muatan q1 dan q2
sepanjang garis lurus yang menghubungkannya
• Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak• Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak
Hukum Coulomb: Gaya
oleh q1 pada q2
1
1 212 2
ˆe
q qk
r=F r
r
9 2 2
0
18.9875 10 N m /C
4ekπε
= = ×
ˆ :r vektor satuan dari q1 ke q2
r
rr
r
=ˆ 1 212 3e
q qk
r⇒ =F r
r r
Contoh
( )3132 2 2
ˆ ˆ m
1mr
= −
=
r i jr
a = 1 m
q = 6 C
q3 = 3 C
q = 3 C
?32 =Fr
32rr
1mr =q1 = 6 C q2 = 3 C
32 3 2 3ek q qr
= rF
rr
( )981 10 ˆ ˆ3 N
2
×= −i j
( )( )( ) ( )( )
129 2 2
3
ˆ ˆ3 m9 10 N m C 3C 3C
1m
−= ×
i j
Prinsip Superposisi
= +F F Fr r r
Banyak Muatan yang Muncul:
Gaya neto pada setiap muatan adalah penjumlahan
vektor-vektor gaya dari muatan individu yang lain
Contoh:
3 13 23= +F F Fr r r
1
N
j iji=
=∑F Fr r
Contoh:
Secara umum:
Gaya dari muatan kontinu :
QR - r
R
r
dq
R
( )3
04
1
rR
rRdqQFQ
−
−= ∫πε
Gaya dari muatan kontinu :
Simetri Bola
Q
RR - r
z φθθρρ dddssdVdq = = sin2
kLR ˆ =
dq
R
r
x
y
( )kjisrsr
kLR
ˆcosˆsinsinˆcossinˆ
ˆ
+ + = =
=
θφθφθ
( )3
04
1
rR
rRdqQFQ
−
−= ∫πε
Gaya dari muatan kontinu :
muatan batang (4 SKS)
ydxxdLxdq = = )()( λλ
jhR ˆ =R
r
R - r
dqx
ixr
jhR
ˆ
ˆ
=
=
( )3
04
1
rR
rRdqQFQ
−
−= ∫πε
Gaya dari muatan kontinu :
muatan cakram (4 SKS)
Q
R - r
θθσσ ddsssdAdq = = ),(( )jisrsr
jhR
ˆsinˆcosˆ
ˆ
+ = =
=
θθ
x
y
dqRr
R - r
( )3
04
1
rR
rRdqQFQ
−
−= ∫πε
Coulomb vs Newton
• Selalu tarik menarik
Hukum Coulomb
vs Hukum Gravitasi Newton
12212
2112 ˆ
||r
rF
mmG−=
• Tarik menarik atau
12212
21
012 ˆ
||4
1r
rF
πε=
• Selalu tarik menarik
• 1/r2
• Sangat lemah
• Skala besar, planet,
alam semesta
• Tarik menarik atau
tolak menolak
• 1/r2
• Sangat kuat
• Skala lokal
2
0
2
4Gm
e −>>πε
Ringkasan
• Hukum Coulomb– Gaya elektrostatik diantara muatan
• Bentuk vektor hukum Coulomb• Bentuk vektor hukum Coulomb
• Gaya Coulomb vs Gravitasi– Gaya Elektrostatik lebih kuat
• Superposisi
4131211 FFFF ++=