HUKUM COULOMB DAN INTENSITAS MEDAN LISTRIK I P03(F2F) Pertemuan ini merupakan pertemuan pertama dari dua seri yang membahas menge -nai hukum Coulomb dan intensitas medan listrik . Materi yang dibahas dalam pertemuan ini akan mencakup hukum Coulomb yang terdiri dari : gaya Coulomb , gaya Coulomb antar banyak muatan titik dan intensitas medan listrik yang terdiri dari definisi medan , intentas medan muatan titik serta intensitas medan oleh banyak muatan titik . 7/11/2017 1 Aplikasi dari hukum Coulomb dan medan listrik terdapat diperbagai peralatan elektronik seperti , televisi dan monitor , extraktor debu pada industri pembangkit listrik tenaga uap (batu bara) , alat penangkal petir dan lainlain . .. Setelah menyelesaikan dengan baik materi kuliah ini mahasiswa diharapkan sudah mampu menyelesai -kan masalah-masalah yang berhubungan dengan medan listrik , khususnya yang terkait dengan teknik sistem komputer . 7/11/2017 2 1. HUKUM COULOMB Bangsa yang mula-mula mengenal .muatan listrik adalah bangsa Yunani kuno . .Pada zaman tersebut telah diketahui bah.wa bila batu ambar digosok maka dapat .menarik benda-benda kecil seperti jerami .maupun bulu .Perkataan listrik berasal dari .kata batu ambar yang artinya elektron . .Dalam percobaan dua batang gelas ; yang .pertama digosok dengan sutera kemudian .digantungkan pada benang sutera sedang.kan batang kedua juga digosok dengan .sutera dan didekatkan pada batang .... 7/11/2017 3 pertama maka kedua batang akan saling . tolak menolak . Sebaliknya bila sebuah . tongkat plastik (lucit) digosok dengan bulu . dan didekatkan ke gelas pertama maka ke .. duanya saling tarik menarik , dan bila dua .. tongkat plastik digosok dengan bulu maka .. ke duanya akan saling tolak menolak . .. Dari pengamatan di atas dapat disimpul - ..-kan adanya dua macam muatan ; muatan .. pada gelas berlawanan dengan muatan .. pada plastik . . Fisikawan Benyamin Franklin (1706-1790) .. adalah yang mula-mula menamakan mua.. tan pada gelas muatan positif dan pada ..( 7/11/2017 4 muatan negatif . .. Telah diketahui bahwa setiap benda . terdiri dari sejumlah molekul dan molekul . terdiri dari sejumlah atom sedangkan atom . tersusun dari inti atom dan elektron-eklek . -tron yang mengelilingi inti . Inti atom . terdiri dari : proton yang bermuatan positif . dan neutron yang tak bermuatan listrik . . Jumlah muatan listrik proton sama dengan . jumlah muatan listrik seluruh elektronnya . sedangkan jumlah proton dalam suatu inti . sama dengan nomor atom Z dalam tabel . periodik elemen-elemen . 7/11/2017 5 • Satuan muatan listrik Dalam SI satuan muatan listrik adalah Coulomb [C] Satu Coulomb adalah banyaknya muatan yang mengalir melalui suatu penampang kawat dalam 1 detik bila arus tetap sebesar 1 ampere terdapat pada kawat tersebut. • Muatan listrik tidak kontinu tetapi terkuantisasi yaitu merupakan kelipatan bulat dari muatan elektron. Muatan 1 elektron = 1.6 x 10-19 Coulomb 7/11/2017 6 • Gaya Coloumb Gaya Coulomb antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan besarnya masing masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke dua muatan. Untuk muatan bertanda sama tolak menolak dan berlawanan tanda tarik menarik . Q1Q2 FC k 2 a r 7/11/2017 ….…(C1) k = 1/4πε0 = 9 x 109 Nm2 /C2 a = vektor satuan 7 0 8.854 x 10 12 9 F 10 F ; F farad m 36 m Q1 = muatan listrik di titik 1 Q2 = muatan listrik di titik 2 r = jarak antara ke dua muatan - Notasi arah gaya Coulomb r2 – r1 Q2 Q1 = muatan di 1 Q1 Q2 = muatan di 2 r1 r2 r1 dan r2 vektor posisi di titik 1 dan 2 O 7/11/2017 8 Besarnya gaya yang dialami oleh muatan 2 akibat muatan 1 adalah : F21 = (k Q1 Q2 / r122 ) a12 a12 = r12 / r12 = (r2 – r1 )/(r2 – r1 ) • Gaya Coulomb oleh beberapa muatan titik. Gaya pada muatan q1 oleh muatan – muatan q2 , q3 , . . . . Qn . n F1 F12 F13 F14 ....Fn F1 j .....(C2) j 2 7/11/2017 9 CONTOH SOAL 1: Suatu muatan titik Q1= -2 mC terletak dalam ruang hampa di titik P1 (-3,7,-4) dan muatan Q2 = -5 mC di titik P2 (2,4,-1). Cari gaya coulomb pada muatan Q1 . Jawaban : F12 = (k Q1Q2 / r212 ) a21 a21 = (r1 – r2 ) / ( r1 – r2 ) = (-5i +3j – 3k) / √43 F12 = (9x109 Nm/C2 x (2 x 10-3 C) x (-5 x 10-3 C) / 43) (-5i +3j – 3k) / √43 = 2.093 (5 i - 3 j + 3 k) / √43) F12 = 1.59 i – 0.96 j + 0.96 k 7/11/2017 F12 = 2.093 kN → 10 2: Carilah gaya pada muatan titik 100 μC di titik P (0,0,3)m oleh 4 muatan titik yang masing-masing besarnya 20 μC dan berada pada sb X dan sb Y ± 4m. Jawaban : P (0,0,3) ● C (-4,0,0) ● D (0,-4,0) 0 ● B (0,4,0) ● A (4,0,0) 7/11/2017 11 rA = 4i + 3k → │rA│= 5 → arA = ( 4i + 3k)/5 rC = -4i + 3k → │rC│= 5 → acC = (-4i + 3k)/5 rB = 4j + 3k → │rB│= 5 → arB = ( 4j + 3k)/5 rD = -4j + 3k → │rD│= 5 → arD = ( -4j + 3k)/5 Gaya Coulomb oleh muatan di titik A dan titik di C pada muatan di titik P adalah : 2 4 6 Nm 10 C 20 x 10 C 4i 3k 9 FPA 9 x10 x 2 C 5 5m2 2 4 6 Nm 10 C 20 x 10 C 4i 3k 9 FPB 9 x10 x 2 C 5 5m2 7/11/2017 12 . . . . Dari jarak titik P ke empat titik lainnya ternyata bahwa komponen vektor pada arah sumbu X dan sumbu Y saling menghapus (sifat simetri) , sehingga gaya Coulomb yang bekerja pada muatan di titik P hanya komponen Z saja , yaitu : 18 3 FP 4 k N 1.73 k N 25 5 Soal latihan : ... ... ... ... ... Suatu muatan sebesar 5 μC berada pada sumbu .Y dimana y = 3 cm dan muatan ke dua -5 μC juga berada pada sumbu Y dengan y = -3 cm ,sedangkan muatan ke tiga 2μC berada pada sumbu X dimana x = 8 cm ,carilah gaya yang bekerja pada muatan ini . 7/11/2017 13 2. Medan listrik [N/C = V/m] Gaya Coulomb yang dibangkitkan di setiap titik di sekeliling suatu muatan Q , bila pada setiap titik tersebut ditempatkan muatan uji q0 adalah : Q q0 FQq0 ☻ r ● FqoQ Fq 0Q Fq 0Q q0 Q Q k 2 ar atau k 2 ar r q0 r Besarnya gaya Coulomb pada muatan u;ji q0 . dibagi dengan besarnya muatan uji disebut ... kuat medan listrik E di titik muatan uji ...... 7/11/2017 14 sehingga , E : Fq 0Q Q E ar atau E k 2 ar q0 r . ....(C3) Definisi E yang lebih eksak adalah : E E lim t0 Fqo q0 ……(C4) sehingga berdasarkan persamaan (C3) dan … (C4) yaitu kuat medan listrik pada jarak r .. dari Q adalah : 7/11/2017 Q E k 2 ar r …….(C5) 15 Aplikasi persamaan (C5) bila muatan titik ... Q terdapat dalam ruang (koordinat .. Kartesian) : Q • Z r*- r r* P r O Y x (r r *) Q EP k k (r r *) ..(C6) 2 3 r r* r r* r r* Q 7/11/2017 16 atau dalam bentuk skalar : EP k ........(C7) Q r r* 2 Persamaan (06) dalam koordinat .... Kartesian menjadi : EP kQ .. [( x x*)i ( y y*) j ( z z*)k ] [( x x*) 2 EP ( y y*) 2 ( z z*) 2 ] 3 2 .....(C8) • Kuat medan lisstrik oleh banyak muatan titik : E = E1 + E2 + …..+ En = ∑j=1j=n Ej 7/11/2017 atau 17 j n EP kQj (r rj *) r rj * j 1 3 ........(C9) Contoh soal 3 : ... Carilah kuat medan di (0,0,5) m karena adanya muatan q1 = 0.35 μC di titik E kQ ... (0,4,0) m dan muatan q2 = - 0.55 μC di .... titik (3,0,0) m. Jawaban : R1 = - 4ay +5az .→ aR1 = (- 4ay +5az )/ ..... √41 R2 = - 3ax +5az .→ aR2 = (- 3ax +5az)/ ... √34 j 7/11/2017 18 E1 E1 E2 E2 → .. .... ... .. . ... .... .... .... = kq1/R1 aR1 → = (- 48.0 ay +60.0 az )V/m = kq2/R2 aR2 → = ( 74.9 ax – 124.9 az )V/m E = E1 + E2 = 74.9 ax – 48.0 ay – 64.9 az Contoh soal 4 : Suatu massa m = 0.60 gr yang bermuatan listrik , digantungkan pada seutas tali dalam medan lisrik homogen E = 700 N / C seperti tergambar. Tentukan muatan listrik pada massa tersebut. 7/11/2017 19 E 200 FC ☻ ☺ • Karena muatan menyim -pang ke kiri maka muatannya negatif • Gaya yang bekerja pada tali adalah adalah resultante dari FC = qE dan mg → tg 200 = FC / mg → FC = mg x tg 200 7/11/2017 20 ... FC = 0.60 gr x 10-3 kg x 9.8 m/dt2 X tg 200 FC = q E → q- = (2.13 x 10-3 N) / 700 N/C q- = - 3.1 x 10-6 C 7/11/2017 21 simulasi gaya Coulomb dan medan listrik http://www.cco.caltech.edu/~phys1/java/phys1/ EField/EField.html 7/11/2017 22 Rangkuman : 1.Gaya Coulomb , FC ... Gaya tarik menarik antara dua ......muatan positif Q1 dan Q2 yang berjarak r FC k . Q1Q2 r2 - Gaya Coulomb pada suatu muatan oleh muatan-muatan lain n F1 F12 F13 F14 ....Fn F1 j j 2 7/11/2017 23 atau j n FC1 Q1Qj k j 2 r1 j , FC1 = gaya Coulomb pada muatan 1 2.Kuat medan listrik ,E Kuat medan listrik di sekitar muatan titik Q yang berjarak r dari Q Q E k 2 ar r - Kuat medan listrik oleh banyak muatan titik 7/11/2017 24 E = E1 + E2 + …..+ En = ∑j=1j=n Ej atau j n EP kQj j 1 7/11/2017 (r rj *) r rj * 3 25
© Copyright 2024 Paperzz
