fisika materi xi smk

7/25/2019 FISIKA Materi XI SMK

1/16

FISIKA

Standar Kompetensi : Menginterpretasikan listrik statis dan dinamis

Kompetensi Dasar : 1.1 Membedakan konsep listrik statis dan

dinamis

1.2 Menjelaskan penerapan listrik statis dan dinamis

Tujuan Pembelajaran : Setela mempelajari bab ini! diarapkan sis"a

mampu #

Membuktikan melalui percobaan tentang interaksi elektrostatik

dua muatan listrik. Memformulasikan hokum Coulumb

Mendeskripsikan pengertian medan listrik.

Memformulasikan kuat medan listrik.

Mendeskripsikan dan merumuskan konsep potensial dan

merumuskan konsep potensial dan energi potensial listrik. Mengidentifikasi macam-macam kapasitor.

Mendeskripsikan cara kerja kapasitor keeping sejajar.

Menganalisis rangkaian kapasitor. Menjelaskan pengaruh dielektrik terhadap kapasitansi kapasitor.

Menentukan energiyang tersimpan di dalam kapasitor yang

bermuatan.

PROFI !"R"

#ama $ Pusparani% &.'

#IP $ ()*(+*, ,++ +/ ,+(,

Mata 0iklat $ Fisika 1 2imia

Ri3ayat Pendidikan $

&0 $ &0 #egeri ( 2a3ali

&MP $ &MP #egeri ( 2a3ali

&M4 $ &M4 #egeri ( 2a3ali


2/16

"ni5ersitas $ "ni5ersitas Pasundan 6andung

7urusan 'ekhnik Management Industri

Motto $ 8idup itu jangan dibuat susah% nikmati saja.

P$%FI& A'%(T M)

#ama $ 4ap 4bdul Rohman

2elas $ 9II Multimedia ,

'empat% ':ahir $ Ciamis% (+ - 7uli ; ())

&0 $ &0 #egeri ( Cisaga

&MP $ &MP #egeri ( Cisaga

&M4:&M2 $ &M2 #egeri 6anjar

Facebook $ aapmultimedia


3/16

Muatan listrik yang sejenis akan tolak menolak% sedangkan muatan listrik

yang berlainan jenis akan tarik menarik.Pipa paralon P>C akan bermuatan negatif jika di gosokan pada sehelai kain%

sedangkan pipa kaca akan bermuatan positif jika di gosokkan pada seelai

kain.

2elebihan muatan7ika sebuah benda di gosok% maka sebagian benda akan kelebihan muatan

negatif dan sebaliknya benda satu lagi akan kekurangan muatan negatif.

6atang kaca akan menjadi bermuatan positif karena banyak melepaskan

muatan negatif ketika digosok pada kain.

6. !4?4 =O2'RO&'4'I26esarnya gaya elektrostatik antara dua muatan listrik berbanding lurus

dengan besarnya muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengankuadrat jarak kedua muatan tersebut.

Hukum Coulomb

!aya listrik antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan muatan

listrik masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

antar kedua benda.

@( . @,

FA

rB

F gaya elektostatik

@( besar muatan (

@, besar muatan ,

r jarak kedua muatan

Hukum Coulomb

0ua benda masing-masing bermuatan ( D C detempatkan pada jarak (+ cm. jarak

salah satu muatan benda dijadikan / D C% berapa kali lipat gaya listrik antar kedua

benda itu sekarang dibandingkan dengan gaya listrik semula.

7a3ab


4/16

!aya listrik sebanding dengan muatan listrik benda. 7ika salah satu benda / kali

lipat maka gaya listrik juga meningkat / kali lipat.

Hukum Coulomb

0ua benda masing-masing bermuatan ( D C ditampatkan pada jarak (+ CM. 7ika

muatan masing-masing dijadikan / D C berapa kali lipat gaya listrik antara kedua

benda itusekarang dibandingkan gaya listrik semula.

7a3ab

!aya pada muatan pertama / kali% sedangkan muatan kedua juga / kali jadi gaya

yang ditimbulkan adalah$ / E / ( kali lipat gaya semula.

Menguji Jenis Muatan Listrik

=loktrostatik dapat digunakan untuk mengetahui jenis muatan suatu benda.

Pemberian muatan listrik negatif atau positif pada kepala elektroskop akan

menghasilkan pengaruh yang sama.

0engan alat ini kita dapat mengetahui sebuah benda apakah bermuatan listrik atau

tidak.

C. M=04# I&'RI2

Medan istrik

Medan listrik adalah ruang desekitar muatan listrik yang masih depengaruhi gaya

listrik.

4rah medan listrik akibat suatu muatan negatif. 4rahnya radial ke dalam.

4rah medan listrik akibat suatu muatan positif. 4rahnya radial ke luar.

Medan Listrik

7ika didekatkan maka medan listrik yang berbeda akan tarik-menarik.

!ambar animasi

Muatan negatif dan positif ketika bertemu. 4rah medan listrik dari positif ke negatif.


5/16

Medan Listrik

7ika kedua muatan negatif maka gaya akan saling tolak menolak dan medan gaya

megnetnya seperti ini.

!amabar animasi

2edua muatan negatif.

Medan Listrik

7ika kedua muatan positif didekatkan maka gaya akan terjadi gaya tolak menolak.

Medan gaya pada kedua muatan akan tampak seperti ini.

!ambar animasi

2edua muatan positif.

0. =#=R!I PO'=#&I4

=nergi potensial dari sistem muatan 4 dan muatan 6 menunjukkan usaha yang

dibutuhkan untuk memindahkan muatan 6 dari titik yang sangat jauh ke titik letaknya

sekarang.

!ambar 4nimasi.

7ika kita mmenekan muatan positif ke kiri maka akan terjadi gaya tolak menolak.

#amun jika muatan yang kita dorong kita tahan% maka akan terdapat energi

tersimpan yang siap untuk melepaskan gaya tolak tersebut.

Klik sekali untuk mendorong muatan positif yang kecil sebesar 1 Joule

Potensail listrik pada suatu titik menunjukan usaha yang dibutuhkan untukmemindahkan muatan ( colomb dari titik yang jauh sekali ke titik itu. &atu potensial

listrik adalah joule per coulomb atau 5olt disingkat > G.

!ambar animasi per.

Potensial listrik menunjukan energi potensial yang dihasilkan ketika muatan yang

dipindahkan itu besarnya ( coulomb.

Baterai


6/16

7ika dalam sebuah baterai tertulis (%H 5olt atau (%H 7:C maka artinya adalah usaha

untuk memindahkan muatan ( C dari ujung atas baterai ke ujung ba3ah baterai

butuh energi sebesar (%H 7.

7ika kita menyusun empat buah baterai yang dijadikan satu maka kita akan

mendapatkan energi potensial sebesar (%H E / 7:C.

!ambar 6atterai.

Kegunaan Listrik Statis

Pengumpal 4sap $ seorang kimia3an 4merika pada tahun ()+ membuat

suatu alat sederhana untuk mengumpulkan asap yang keluar dari cerobang

asap pabrik sehingga dapat mengurangi polusi udara. 4lat ini memenfaatkan

pronsip induksimuatan dan gaya Colulomb.

Pengecat Mobil $ 2etika cat disemprot% butir-butir halus akan menjadi

bermuatan karena bergesekan dangan udara. Mobil yang akan dicat deberi

muatan ang berla3anan dengan muatan butiran cat sehingga butiran cat

akan tertarik ke mobil. Cara ini akan menghasilkan pengecatan yang rata dan

menjangkau tempat yang tersembunyi.

Mesin Fotocopy $ Mesin fotocopy pertama kali derancang oleh seorang

fisika3an 4merika bernama Chester F. 9arlston pada tahun ()H. Mesin ini

memanfaatkan pronsip muatan induksi serta gaya coulomb. &erbuk tinta yang

bermuatan negatif akan desemprotkan pada plat. &elanjutnya tintadipindahkan ke kertas lain untuk membuat salinannya lalu dipanaskan agar

kuat.

Printer Inkjet $ Printer injek juga bekerja dengan prinsip listrik statis. 43alnya

butiran halus tinta pada permukaan kertas. 0engan banyaknya titik

semprotan% materi yang akan dicetak menampakkan bentuknya%J. #amun

untuk melakukan hal itu% printer harus mengontrol tempat jatuhnya semprotan

tinta dengan menerapkan gaya elektrostatik.

KAPASITOR


7/16

4. Mengenal 2apasitor

Desain Kapasitor

2apasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan muatan dan energi listrik.

&ecara prinsip kapasitor terdiri dari dua keping konduktor yang ruang di antaranyadiisi oleh dielektrik penyekatG. Misalnya udara atau kertas. &ecara garis besar

diagram kapasitor dapat anda lihat pada gambar di ba3ah iniK

!ambar 2apasitor

Jenis-jenis

2apasitor terdiri dari berbagai bentuk% ukuran% dan jenis desesuaikan dengan

penggunaannya. 6entuk ini akan dibahas kapasiotr yang sering digunakan dalampraktek% yaitu% kapasitor kertas % kapasitor elektrolit dan kapasitor 5ariabel.

2apasitor kertas

2apasitor kertas terdiri dari dua lembar kertas timah panjang yang berfungsi sebagai

keping-keping konduktor. 2ertas timah ini digulung pada sebuah silinder yang di

antaranya diberi dielektrik kertas. 7adi% kertas befungsi sebagai deilektrik di antara

kedua pelat.

!ambar kapasitor kertas

6. Cara 2erja 2apasitor

Cara kerja kapasitor dibagi menjadi dua% pertama adalah bagaimana kapasitor

kosong dimuati sampai penuh% dan kedua adalah bagaimana kapasitor penuh

muatan melepaskan muatan pada suatu rangkaian listrik tertutup.

2etika saklar ditutup jarum gal5anometer menyimpang% tetapi hanya sesaat% karena

jarum kembali ke posisi nol. 0efleksi sesaat jarum gal5anometer menunjukkanbah3a pada penutupan saklar% ada arus kecil mengalir selama selang 3aktu singkat%

3alaupun rangkaian listrik terbuka. 4rus ini disebut arus pengisian kapasitor.

!rafik di samping tampak bentuk pulsa saat pengisian muatan pada kapasitor.

Perhatikanlah gerak pulsa pada grafik dan gerak penyimpanan jarum gal5anometer

menyimpang sesaat dan kembali ke posisi nol% hal ini terlihat pada pulsa grafik turun

hingga mencapai keadaan tunak mantapG. 2etika beda potensial antar keping >

sama dengan beda potensial baterai pengisi% kapasitor penuh. 2eadaan di mana


8/16

kapasitor telah penuh kita sebut sebagai keadaan tunak mantapG. Pada keadaan

tunak% hubungan kapasitor adalah terbuka openG.

Kapasitas Kapasitor

0efinisi kapasitas kapasitor adalah ukuran kemampuan:daya tampung kapasitor

untuk menyimpan nyimpan muatan listrik untuk beda potensial yang deberikan.

&ecara matematis kapasitansi yang deberi lambang C dapat dituliskan sebagai

berikut $

L

C

>

C kapasitansi FaradG

L muatan listrik CoulombG

> tegangan >oltG

Perhitungan kapasitansi kapasitor

Perhatikan gambar di ba3ah ini tampak sebuah kapasitor dimuati oleh baterai ,%+

m> dapat menyimpan muatan H%+ E (+*+C. tentukanlah kapasitas kapasitor

tersebut

H%+ E (+N C

,%H E (+-/ F

,%+ E (+- >

2apasitas kapasitor keping sejajar

&ecara umum anda telah mengetahui bah3a kapasitas keping sejajar dari dua

konduktor bentuk keping atau pelat G yang diletakkan sejajar berdekatan tanpa

saling menyentuh. Ruang diantara keping sejajar diberikan isoator:penyekat yang

disebut dielektik. "ntuk menentukan kapasitas kapasitor keping sejajar dapat

dihitung dengan persamaan berikut $


9/16

L 0 4

C

> d

2apasitor keping sejajar dengan luas tiap keping 4 dan jarak pisah d. tiap keping

bermuatan sama tetapi berbeda jenis.

Perhitungan kapasitas kapasitor keping sejajar

&ebuah kapasitor keping sejajar memiliki keping empat persegi panjang% dengan

panjang (+ cm dan lebar cm% dipisahkan oleh jarak ,%+ mm.

aG 8itung kapasitasnyabG 7ika banyak muatan yang dipindahkan dari satu keping ke keping lainnya

adalah +%H( n C% berapa beda potensial kedua keping itu

0iketahui$

4 p E l (+ cm E cm

+ cmB E (+-( mB

aG 2apasitas pada keping sejajar$

0 4 %H E (+-(,G E (+-(G

C d ,%+ E (+- H%/ E (+-(+ F H%/ nF

bG 6eda potensial pada keping sejajar$ L L +%H( nCC ----->

> C H%/ nF +%+(H >

C. Pengaruh 0ielektrikum terhadap 2apasitas 2apasitor

0ielektrik adalah suatu penyekat yang terbuat dari bahan isolasi% seperti kertas%

karet% kaca% atau plastik. 2etika sebuah dielektrik disisipkan dalam ruang antara

keping-keping sebuah kapasitor% kapasitas kapasitor akan meningkat.

Pada kapasitor tanpa dielektrik dielektrik uadara G untuk kapasitasnya berlaku

persamaan $


10/16

0 4

C+

0

Pada kapasitor dengan dielektrik untuk kapasitasnya berlaku persamaan $

'elah anda ketahui bah3a penyisipan dielektrik dalam ruang antar keping akan

menyebabkan kapasitas kapasitor meningkat. 6erikut ini adalah pengaruh dielektrik

kapasitor yang terjadi pada baterai yang dihubungkan dan baterai yang dihubungkan

dan baterai yang tidak dihubungkan.

6aterai tidak dihubungkan.

Pengaruh dielektrik untuk baterai yang tidak dihubungkan $

iG 6eda potensial antarkeping setelah disisipi dielektrik akan berkurang >0

>+iiG 2uat medan listrik dalam ruang berkurang =0 =+G.

6aterai dihubungkan.

Pengaruh dielektrik untuk baterai yang dihubungkan $

iG 6eda potensial antarkeping sebelum dan sesudah disisipi dielektrik tetap

>0 >+G.iiG Muatan pada keping setelah disisipi dielektrik mengalami kenaikan L0

L+G.

Perhitungan pada kapasitor sejajar yang diberi dielektrik dan baterai yang tidak

dihubungkan

2apasitasnya (+ DF% jarak pisah antar keping (+ mm% diisi udara% dan dimuati (+ >.

kemudian% baterai dilepas dari kapasitor% dan ruang antar keping diisi dengan nilon

0 %/ G. 'entukan $ aG kapasitas% bG muatan% cG beda potensial antarkeping%

dan dG kuat medan listrik antarkeping.

7a3ab $

Mula-mula kapasitor berisi udara dengan kapasitas C+ (+ DFQ beda potensial >+

(, >. kemudian% kapasitor diisi nilon dengan permi5itas relatif 0 %/ G


11/16

Perhitungan pada kapasitor sejajr yang diberi dielektrik dan baterai tetap

dihubungkan

&ebuah kapasitor dengan udara sebagai dielektrik. 7arak pisah kedua keping adalah+%* cm. kapasitas kapasitor adalah + pF dan ujung-ujung keping dihubungkan ke

baterai ++ >. aG berapa muatan yang tersimpan dalam kapasitor

0. 4nalisis Rangkaian 2apasitor

&usunan &eri dan Paralel 2apasitor

&usunan seri dan paralel sautu kapasitor dilakukan orang untuk mensiasati nilai

kapasitasnya. 8al ini biasanya dilakukan untuk mendapatkan nilai-nilai tertentudari suatu kapasitor yang tidak terdapat dipasaran. 6erikut ini 5isulisasi kapasitor

yang disusun secara seri maupun secara pararel.

&usunan Campuran &eri dan Paralel 2apasitor

"ntuk memudahkan dalam menentukan kapasitas kapasitor dalam suatu

rangkaian campuran seri dan paralel adalah dengan cara menyerhanakan

rangkaian tersebut. Perhatikan proses penyederhanaan pada ilustrasi di ba3ah

ini.

4nalisis Rangkaian istrik yang Mengandung 2apasitor

2apasitor dianggap dalam kondisi tunak% yaitu kapasitor telah terisi muatan.

0alam keadaan tunak% cabang yang mengandung kapasitor adalah terbuka

open G sehingga arus dalam cabang ini sama dengan nol.

&aat saklar ditutup tampak kapasitor dimuati hingga penuh tunak G. &etelah C(

mencapai tunak% cabang rangkaian yang mengandung C( akan terbuka.

=. =nergi Potensial 2apasitor

=nergi yang tersimpan dalam kapasitor2apasitor keping sejajar yang mula-mula tidak bermuatan memiliki beda

potensial a3al nol. 4pabila kapasitor tersebut dihubungkan ke baterai untukmemberi muatan hingga kapasitor penuh tunak G% maka muatan yang


12/16

berpindah ke kapasitor akan membentuk energi potensial yang tersimpan di

dalam kapasitor.

2apasitor dalam keadaan kosong pada saat kapasitor tidak dimuati% sehingga

energi potensial yang terdapat di dalam kapasitor-pun sama dengan nol.

Memuati kapasitor dengan munghubungkan ke baterai hingga penuh

tunak G.

&aat penjepit dilepaskan muatan kapasitor telah terisi penuh% sehingga energi

potensial telah tersimpan di dalam kapasitor.

ampu yang menyala sesaat adalah akibat energi poten-sial yang dilepaskan

oleh kapasitor. =nergi potensial kapasitor dapat dirumuskan sebagai berikut $

( C>B ,

Perhitungan Energi yang tersimpan daam kapasitor&ebuah kapasitor H+ DF dimuati oleh baterai (, >. kemudian% kapsitor

diputuskan dari baterai. 6erapakah energi yang tersimpan di dalam kapsitor

7a3ab$0iketahui C H+ DF > (, >

0iatanya SSSS

T C>B T H+ DF G (, > GB ++ D7

!" Penggunaan Kapasitor

Kamera dengan #it$

6litU alat pengahsil kilat cahaya G pada kamera menggunakan kapasitor. 2apasitor

dalam sebuah blitU dimuati oleh sebuah baterai kecil. Muatan yang tersimpan ini

kemudian dilepaskan ketika tombol untuk mengambil gambar ditekan. Muatan yang

tersimpan dihantarkan kesebuah tabung cahaya dengan sangat cepat% dan

menyinari sobyek yang dipotret ketika lebih banyak cahaya dibutuhkan untuk

menghasilkan poto yang baik.

!ambar kamera 1 blitU


13/16

De%i#riator

0efibrillatro menggunakan energi listrik yang disimpan dalam sebuah kapasitor

untuk menjalankan suatu arus listrik terkontrol yang dapat memperbaiki ritmejantung normal pada korban serangan jantung.

E&AL'ASI LISTRIK STATIS

(. 6esarnya gaya elektrostatis antara dua muatan listrik berbanding lurus

dengan besarnya muatan masing-masing dan berbanding terbalik terbalik

dengan kuadrat jarak kedua muatan. 8al ini dikenal dengan Sa. 8ukum kekekalan energi listrikb. 8ukum archemedesc. 8ukum Coulombd. 8ukum boyle

,. 7ika kita mendekatkan muatan yang sejenis akan tolak menolak. #amun jika

kita dekatkan dan tidak dilepaskan gaya tolak yang tersimpan dinamakan Sa. =nergi tolak potensialb. =nergi potensial listrikc. =nergi kinetik listrikd. =nergi kinematika

. 'arik menarik antara potongan kertas dan penggaris yang di gosokkan

dengan kain penyebabnya adalah Sa. 6erkurangnya elektron pada penggarisb. 6ertambahnya elektron pada penggarisc. Mistar penggaris menjadi panasd. Muatan listrik statis pada penggaris dan kertas berubah dan berlainan

jenis

/. &atuan untuk potensial listrik dinamakan Sa. attb. 7oulec. Coulomb per jouled. >olt

H. Muatan medan listrik positif arahnya S

a. urus acakb. urus tak berarah


14/16

c. Radial ke dalamd. Radial keluar

. 0ua buah yang memiliki muatan (DC dan (+DC yang ditempatkan pada jarak(+ cm. jika kedua muatan itu diberikan / kali lipat dari muatan semula% maka

memiliki gaya listrik Sa. / kali lipatb. kali lipatc. (, kali lipatd. ( kali lipat

*. Pipa P>C yang digosokkan pada kain sutra akan menyebabkan S

a. Muatan positif batang P>C bertambahb. Muatan batang P>C menjadi negatifc. Muatan batang P>C menjadi positifd. Muatan negatif batang P>C berkurang

. Pipa kaca yang digosokkan pada kain sutra akan menyebabkan Sa. Muatan batang P>C menjadi positifb. Muatan batang P>C menjadi negatifc. Muatan negatif batang P>C bertambah

d. Muatan positif batang P>C berkurang

). 4lat untuk menguji jenis muatan listrik sebuah benda dinamakan Sa. 6arometerb. 'ermometerc. =lektroskopd. =lektrometer

(+. Muatan medan listrik negatif arahnya Sa. Radial keluarb. Radial ke dalamc. urus tak berarahd. urus acak

E&AL'ASI KAPASITOR


15/16

(. 2apasitor ekui5alent antara 4 dan 6 pada rangkaian di samping adalah Sa. / Cb. , Cc. Cd. C:,

,. 2apasitor , F dihubungkan dalam rangkaian seperti ditunjukan dalam

gambar. !gl baterai adalah > dan hambatan dalamnya +%H V. Resistor R(

dan R, memiliki nilai H dan (. Muatan yang tersimpan dalam kapasitor adalah

Sa. DCb. DCc. , DCd. / DC

. untuk rangkaian% beda potensial antara ujung-ujung kapasitor (H DF adalah Sa. ,H >b. + >c. /H >d. + >

/. 4gung memerlukan kapasitor F untuk rangkaian elektroniknya. 6erapakah

kapasitas kapasitor yang harus disusun seri dengan kapasitas (+ F agarkeperluan 4gung terpenuhi Sa. (H DFb. (, DFc. (+ DFd. H DF

H. 7ika antara titik P dan @ pada rangkaian di ba3ah ini dihubungkan ke baterai

,/ >% maka beda potensial pada kapasitor , F adalah S

a. ,+ >b. (, >c. ( >d. ,/ >

7a3aban e5aluasi kapasitor

a

b

d

b


16/16

b

a

c

d

b

a

V

fisika materi xi smk

Documents