1

Pendahuluan Listrik StatisRudi Susanto

http://rudist.wordpress.com

Sifat-sifat Muatan Listrik – ObservasiMakroskopik

• Berdasarkan pengamatan :– Penggaris plastik yang digosokkan ke rambut/kain akan

menarik potongan-potongan kertas kecil*– Batang kaca yang digosok sutera akan tarik-menarik

dengan pengaris plastik yang digosok dengan rambut– Batang kaca yang digosok sutera akan tolak menolak

dengan batang kaca lain yang juga digosok sutera.• Berdasarkan pengamatan tersebut tampak ada dua

jenis muatan yang kemudian oleh Benjamin Franklin (1706-1790) dinamakan sebagai muatan positipdan negatip.

• Disimpulkan : muatan sejenis tolak menolak, muatan tak sejenis tarik menarik *

2

Klasifikasi Material – Insulator, Konduktor dan Semikonduktor

• Secara umum, material dapat diklasifikasikan berdasarkankemampuannya untuk membawa atau menghantarkan muatan listrik

• Konduktor adalah material yang mudah menghantarkan muatan listrik.

– Tembaga, emas dan perak adalah contoh konduktor yang baik.

• Insulator adalah material yang sukar menghantarkan muatan listrik.

– Kaca, karet adalah contoh insulator yang baik.

• Semikonductor adalah material yang memiliki sifat antara konduktordan insulator.

– Silikon dan germanium adalah material yang banyak digunakan dalampabrikasi perangkat elektronik.

3

Formulasi Matematik Hukum Coulomb

• ke dikenal sebagai konstanta Coulomb.

• Secara eksperimen nilai ke = 9109 Nm2/C2.

4

Ketika menghitung dengan hukum Coulomb, biasanya tanda muatan-muatan

diabaikan dan arah gaya ditentukan berdasarkan gambar apakah gayanya

tarik menarik atau tolak menolak.

Contoh: Dua buah muatan, Q1 = 1 10-6 C dan Q2 = 2 10-6 C terpisahkan

pada jarak 3 cm. Hitung gaya tarik menarik antara mereka!

Prinsip Superposisi

• Berdasarkan pengamatan, jika dalam sebuah sistem terdapatbanyak muatan, maka gaya yang bekerja pada sebuah muatansama dengan jumlah vektor gaya yang dikerjakan oleh tiapmuatan lainnya pada muatan tersebut.

• Gaya listrik memenuhi prinsip superposisi.

Contoh: tiga muatan titik terletak pada sumbu x ; q1= 8C terletakpada titik asal, q2= 4C terletak pada jarak 20 cm di sebelahkanan titik asal, dan q0= 18C pada jarak 60 cm di sebelah kanantitik asal. Tentukan besar gaya yang bekerja pada muatan q0

5

Medan Listrik

6

• Misalkan sebuah muatan titik q1

(positip) diletakkan di suatutempat di dalam ruang

• Bila terdapat muatan lain q2

(positip) di sekitarnya, makamuatan q1 memberikan suatu gayatolak kepada muatan q2 yang besarnya dapat tergantung padabesar kedua muatan dan jaraknyaantar keduanya

• Pertanyaannya : bagaimana q1mengetahui bahwa disekitarnyaada muatan q2 ?

Medan Listrik

• Bagaimana menjelaskan fenomena‘action at distance’ ini.?

• Fenomena ini dapat diterangkandengan konsep/pengertian medandimana muatan q1 menghasilkanatau menyebarkan (set-up) suatumedan di sekitarnya.

• Pada setiap titik P dalam ruangmedan ini mempunyai besar danarah.

• Besarnya tergantung pada besar q1dan jarak titik P dari q1 sedangkanarahnya tergantung dari posisi titikP terhadap q1.

• Medan skalar (temperatur, tekananudara) = distribusi di dalam ruang

• Medan listrik = medan vektor

7

Definisi Medan Listrik

• Misalkan di sekitar obyek bermuatan diletakkan suatumuatan uji qo

• Kemudian gaya yang bekerja padanya diukur, misalkan F• Medan listrik didefinisikan sebagai :

• Medan listrik = gaya Coulomb pada muatan sebesar 1 C• Di ruang sekitar obyek bermuatan terdapat distribusi

medan listrik

C

N

q

FE

o

Medan Listrik

2e

qE k

r

o

FE

q

9

• Untuk muatan q positip, medan listrik pada

suatu titik berarah radial keluar dari q.

• Untuk muatan negatip, medan listrik pada

suatu titik berarah menuju q.

Contoh Soal

Dua buah muatan titik, + 8 q dan -2 q, dipegang tetap pada pada titik

A(0,0) dan B(L,0). Di titik mana medan listrik akibat kedua muatan ini

nol ?

Jawab :

Hanya mungkin di titik sebelah

kanan muatan negatip (yang

lebih kecil)

x

L2x

xL2x22

1

x

Lx

4

1

8

2

x

)Lx(

)Lx(

)q2(k

x

)q8(k

EE

2

2

22

21

11

Contoh:

Hitung kuat medan listrik yang dihasilkan proton

(e=1,610-19C) pada titik yang jaraknya dari

proton tersebut (a) 10-10 m dan (b) 10-14 m. (c)

Bandingkan kuat medan di kedua titik tersebut!

(Keterangan : dimensi atom adalah dalam orde

10-10 m dan dimensi inti adalah dalam orde 10-14

m).

• Memvisualisasikan pola-pola medan listrik adalah denganmenggambarkan garis-garis dalam arah medan listrik.

• Vector medan listrik di sebuah titik, tangensial terhadap garis-garismedan listrik.

• Jumlah garis-garis per satuan luas permukaan yang tegak lurus garis-garis medan listrik, sebanding dengan medan listrik di daerahtersebut.

12

+q

a)

-q

b)

Garis-garis Medan Listrik

+ -

Ink-Jet Printing

• Drop generator mengeluarkan tetesan-tetesan (drops) tinta

• Drop charging unit memberikan muatan negatip pada tetesan tintasesuai dengan besarnya input sinyal dari komputer

• Tetesan tinta yang masuk ke deflecting plate yang di dalamnyaterdapat medan listrik seragam E yang arahnya ke bawah

• Tetesan tinta akan mendapat gaya/percepatan ke atas dan menumbukkertas pada tempat yang diinginkan

• Untuk membentuk 1 hurup diperlukan kira-kira 100 tetesan tinta

Contoh Soal

Sebuah tetesan tinta bermassa 1,3x10-10 kg dan bermuatan sebesarnegatip 1,5x10-13 C masuk ke daerah diantara dua pelat dengankecepatan awal 18 m/s. Medan listrik diantara kedua pelat adalah1,4x106 N/C dengan arah ke bawah dan panjang pelat adalah 1,6 cm.Hitung defleksi vertikal pada saat keluar dari ujung pelat

Jawab :

mm64,0m10x4,6

)18)(10x3,1(2

)10x6,1)(10x4,1)(10x5,1(

mv2

qEL

v

L

m

qE

2

1y

v

LttvL

ta2

1y

m

qE

m

Fa

4

10

22613

2

x

22

x

x

x

2

yy

16

23

32

13

31

12

21

r

qq

r

qq

r

qqkPE

r

qqkPE 21.

ENERGI POTENSIAL ELEKTROSTATIK

Jika terdapat dua benda titik bermuatan q1 dan q2 yang

dipertahankan tetap terpisah pada jarak r, maka besar

energi potensial sistem tersebut adalah :

Jika ada lebih dari dua muatan, maka energi

potensial yang tersimpan dalam sistem tersebut

adalah jumlah (skalar) dari energi potensial dari

tiap pasang muatan yang ada. Untuk tiga

muatan:

Contoh: Hitung energi potensial dari sistem 3 muatan, Q1=10-6 C,

Q2=210-6C dan Q3=310-6C yang terletak di titik-titik sudur segitiga

samasisi yang panjang sisinya 10 cm.

Potensial Listrik• Beda potential antara titik A dan B, VB-VA, didefinisikan sebagai

perubahan energi potensial sebuah muatan, q, yang digerakkan dari A keB, dibagi dengan muatan tersebut.

• Potensial listrik merupakan besaran skalar• Potensial listrik sering disebut “voltage” (tegangan)

• Satuan potensial listrik dalam sistem SI adalah :

• Potensial listrik dari muatan titik q pada sebuah titik yang berjarak r darimuatan tersebut adalah : (anggap titik yang potensialnya nol terletak ditak berhingga)

1 1V J C

e

qV k

r

17

B A

PEV V V

q

• Jika terdapat lebih dari satu muatan titik, makapotensialnya di suatu titik akibat muatan-muatan tersebut dapat ditentukan denganmenggunakan prinsip superposisiTotal potensial listrik di titik P yang diakibatkan oleh beberapa muatan titik samadengan jumlah aljabar potensial listrik darimasing-masing muatan titik.

Contoh: Hitung potensial listrik di sudut puncaksebuah segitiga samasisi yang panjang sisinya20 cm, jika di sudut-sudut dasarnyaditempatkan muatan Q1=10-6 C dan Q2=210-

6C.

18

Terima Kasih

19