Matakuliah Tahun Versi : D0564/Fisika Dasar : September 2005 : 1/1 Pertemuan 15-16 Muatan dan Medan Listrik 1 Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : • Menjelaskan konsep muatan listrik, medan listrik dan potensial listrik (C2) 2 Outline Materi • Listrik statis, muatan listrik dan kekekalannya • Hukum Coulomb • Medan listrik dan potensial listrik 3 MEDAN LISTRIK Muatan listrik : • Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan Positif dan muatan Negatif. • Jika dua muatan listrik saling berdekatan akan terjadi interaksi antar keduanya. • Coulomb adalah orang yang pertama kali mengamati interaksi dari dua muatan tersebut, dan hasil pengamatannya dikenal sebagai Hukum Coulomb. 4 • Interaksi antar dua muatan tersebut dikarenakan setiap muatan mengeluarkan pengaruh yang disebut Medan listrik. • Sifat utama medan listrik adalah Meninggalkan muatam positif dan Menuju muatan negatif. + + Medan Listrik meninggalkan muatan positif 5 - - Medan Listrik Meniju muatan negatif Hukum Coulomb : • Mempelajari interaksi antara 2 muatan listrik. • Hasil interaksinya berupa Gaya, yang disebut gaya Coulomb. • Gaya Coulomb akan tarik menarik jika dua muatan berbeda jenis, dan tolak menolak jika muatannya sejenis. 6 • Arah gaya Coulomb selalu berada pada satu garis lurus. • Gaya Coulomb berbanding lurus dengan besar muatan, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan. r F F= q1 q q 1 2 4 0r 2 q2 F 7 Y r12 q1 r1 q2 r2 X - r12 = r1 r2 merupakan vektor jarak r12 = r12 nilai dari vektor jarak 8 r12 r12 = r12 vektor satuan q1 dan q2 = muatan listrik F = 12 qq 1 2 rˆ 2 12 40 r12 atau F12 = 1 qiq2 4 0 r12 3 r12 9 [C] dimana : F12 1 [] = gaya Coulomb, N 4 0 0 = 9,0 x 109 2 m N. C2 = permitivitas hampa = 8,85 x 10-12 C2/Nm2 [] q1q2 = muatan titik, C 10 Contoh : Muatan titik q1 dan q2 terletak pada koordinat (x1,y1) dan (x2,y2). Tentukan gaya pada masing-masing muatan ! Jawab : q1 r1 r12 q2 r2 11 Gaya pada muatan q1 adalah F12, besarnya : 1 q1q2 F12 r̂12 2 4 0 r12 r12 r1 r2 x1 x 2 î y1 y 2 ĵ r12 r12 r̂12 r12 r12 x1 x 2 2 y1 y 2 2 x1 x 2 î y1 y 2 ĵ x1 x 2 2 y1 y 2 2 12 Jadi : q1q2 F12 4 0 x1 x 2 î y1 y 2 ĵ 3 2 2 2 x1 x 2 y1 y 2 Dengan cara yang sama, gaya pada q2 diperoleh : F21 q1q2 4 0 x 2 x x1 î y 2 y1 ĵ x1 y 2 y1 2 2 2 3 2 13 Gaya oleh beberapa muatan titik Y r12 q2 q1 r r1 2 0 r3 r4 q3 q4 r14 X 0 r13 14 Gaya pada q1 karena q2, q3 dan q4 : F1 F12 F13 F14 Dimana F12, F13 dan F14 dihitung seperti pada bab di atas. Contoh : Medan Listrik : Gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh suatu muatan di setiap titik pada ruang di sekelilingnya. 15 Intensitas Medan Listrik ( E ): Gaya Coulomb yang bekerja pada satu satuan muatan. E r F r,q1 q1 E q1 F 16 Intensitas medan listrik oleh sumber berupa muatan titik : Y q ' r 0 ' r r r P X 17 Intensitas medan listrik di titik P diberitahu : E r 1 4 0 ' ' q r - r q r - r 1 2 4 3 0 r r' r r' r r' muatan sumber q berada pada posisi r' Contoh : Muatan q1 = 7 C berada pada titik (0,0). Tentukan Intensitas medan listrik pada posisi (0,5) ? 18 Jawab : Ep P (0,5) q1 = 7 C r1 =5j r1 = r1 = 5 19 r1 r1 = 5j = r1 Ep = 1 q1 40 (r12) r1 = 2,52 . 103 j N C =1j 5 = 9.109 7.10-6 . 1 j 52 20 Gambaran untuk Medan Listrik yang umum Muatan garis Muatan titik E=..? Muatan bidang Muatan ruang 21 Potensial dari titik muatan Q 4 0 r 2 Er 1 VAB A rA rA = - E. d l = - Er dr = - Q 4o rdr2 - Q 4o ( 1rA B rB rB 1 rB ) Bila titik acuan B di daerah tak terhingga, maka : VA = Q 4o 1 rA atau : V = 1 Q 4or 22 Potensial oleh beberapa muatan titik : q1 q2 r1 r2 r3 VP = 1 40 q3 [ q1 + q2 + q3 + … + … ] r1 r2 r3 23 Contoh : Diberikan muatan listrik seperti gambar berikut : Ditanya : a. Potensial di titik P (0,4) ? b. Kerja untuk membawa muatan 4 mc dari ~ ke titik P Jawab : 24 a. VP = 1 [ q1 + q 2 ] 40 r1 r2 = 9.109 [ 5.10-6 – 2.10-6 ] 5 4 = 7,65.103 valt b. Kerja : W = q.VP = 4 mc.7,65.103 = 3,06.10-2 joule 25
© Copyright 2024 Paperzz
