muatan medan listrik
TRANSCRIPT
![Page 1: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/1.jpg)
Muatan dan Medan Listrik
![Page 2: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/2.jpg)
Tujuan
Anda mengerti tentang:MuatanGaya ListrikMedan listrik Dipol listrik
![Page 3: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/3.jpg)
Ilmu Listrik Ilmu yang mempelajari tingkah laku
muatan Dalam ilmu listrik, hanya dijelaskan
bagaimana muatan bertingkah laku, bukan muatan itu apa
Muatan adalah besaran skalar
![Page 4: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/4.jpg)
Teori Muatano Ada dua jenis muatan: positif dan negatif
o Dua muatan positif atau dua muatan negatif saling tolak-menolak
o Sebuah muatan positif dan sebuah muatan negatif saling tarik-menarik
o Muatan dinyatakan dengan q atau Q, satuannya adalah coulomb, disingkat C
![Page 5: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/5.jpg)
Perhatian
Muatan sejenis tidak berarti kedua muatan tersebut identik, hanya bahwa keduanya positif atau keduanya negatif
Muatan berlainan jenis berarti bahwa kedua muatan memiliki tanda yang berlawanan
![Page 6: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/6.jpg)
Teori Atom
Muatan elektron e = 1,602 X 10-19 CMassa elektron me = 9,1 X 10-31 kgMassa proton mp = 1,67 X 10-27 kg
![Page 7: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/7.jpg)
Hukum CoulombUntuk muatan q1 dan q2 yang terpisah sejauh r, besarnya gaya listrik pada masing-masing muatan adalah F = 1 |q1 q2| 4o r2
1 = k = 9,0 X 109 N . m2/C2
4o
![Page 8: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/8.jpg)
Strategi Penyelesaian SoalHukum Coulombo Jarak harus dinyatakan satuan dalam m, muatan dalam C dan gaya dalam N
o Gaya listrik adalah sebuah vektor, sehingga gaya total pada muatan adalah jumlah vektor dari gaya-gaya individu
o Dalam kasus distribusi kontinu dari muatan, jumlah vektor dapat dihitung dengan cara integral
![Page 9: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/9.jpg)
Contoh Soal
Gaya listrik versus gaya gravitasiSebuah partikel alpha mempunyai masa m=6,64 X 10-27 kg dan muatan q=+2e. Bandingkanlah gaya tolak listrik antara dua partikel alpha dengan gaya tarik gravitasi di antaranya.
![Page 10: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/10.jpg)
PenyelesaianDiketahui : m = 6,64 X 10-27 kg
q = +2e = 3,2 X 10-19 C Ditanya : Fe /Fg = ? Jawab : Fe = 1 q2 Fg = G m2 4o r2 r2
![Page 11: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/11.jpg)
Gaya ListrikUntuk muatan q1 dan q2 yang terpisah sejauh r, besarnya gaya listrik F pada masing-masing muatan adalah
F = k q1 q2 Hukum Coulomb r 2
k = 1 = 9,0 X 109 N.m2/C2
40
![Page 12: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/12.jpg)
Strategi Penyelesaian Soal
Gaya ListrikJarak harus dinyatakan dalam satuan m, muatan dalam C dan gaya dalam N
Gaya listrik adalah sebuah vektor, sehingga gaya total pada muatan adalah jumlah vektor dari gaya-gaya individu
Dalam kasus distribusi kontinu dari muatan, jumlah vektor dapat dihitung dengan cara integral
![Page 13: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/13.jpg)
Contoh Soal Penjumlahan vektor gaya listrikDua muatan titik diletakkan pada sumbu y sbb: muatan q1 = +2,0 C di y = 0,30 m dan muatan q2 = +4,0 C di y = -0,30 m. Carilah besar dan arah gaya total yang dikerahkan oleh kedua muatan ini pada muatan Q = +4,0 C di x = 0,4 m
![Page 14: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/14.jpg)
PenyelesaiannyaPertama buatlah gambar sumbu xy dan posisi di mana partikel q1, q2 dan Q berada. Tentukanlah arah gaya listrik yang ditimbulkan q1 dan q2.
![Page 15: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/15.jpg)
PenyelesaiannyaGaya total pada Q adalah jumlah vektor dari gaya-gaya yang ditimbulkan oleh q1 dan q 2.
Muatan q1 menimbulkan gaya F1 pada muatan Q:
F1 pada Q = k |q1 Q| r2
= (9,0 x 109 N.m2/C2)(2,0 x 10-6 C)(4,0 x 10-6 C) (0,50 m)2
= 0,29 N
![Page 16: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/16.jpg)
PenyelesaiannyaCara paling mudah menjumlahkan vektor adalah menggunakan komponen x dan y. Sudut adalah di bawah sumbu x, sehingga komponen gaya ini diberikan oleh:(F1 pada Q)x = (F1 pada Q) cos = (0,29 N) 0,40 m
0,50 m = 0,23 N
(F1 pada Q)y = -(F1 pada Q) sin = -(0,29 N) 0,30 m 0,50 m
= -0,17 N
![Page 17: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/17.jpg)
PenyelesaiannyaSementara itu muatan q2 menimbulkan gaya F2 pada muatan Q:
F2 pada Q = k |q2 Q| r2
= (9,0 x 109 N.m2/C2)(4,0 x 10-6 C)(4,0 x 10-6 C) (0,50 m)2
= 0,58 NKomponen gaya F2 pada Q adalah: (F2 pada Q)x = (0,58 N) cos = 0,46 N(F2 pada Q)y = (0,58 N) sin = 0,34 N
![Page 18: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/18.jpg)
PenyelesaiannyaMaka komponen gaya Ftotal pada Q adalah:Fx = 0,23 + 0,46 = 0,69 NFy = -0,17 + 0,34 = 0,17 N Fy Ftotal
= 0,71 N Fx
Arah Ftotal adalah pada sudut di atas sumbu x.tan = Fy = 0,17 N = 0,25 Fx 0,69 N = arc tan (0,25) = 14o
22yxtotal FFF
![Page 19: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/19.jpg)
Medan ListrikMedan listrik E adalah gaya listrik per satuan muatan q0 yang dikerahkan pada muatan tsb. E = F0 / q0 q0 F0 E F0 q0
![Page 20: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/20.jpg)
Perhatian
Gaya listrik pada sebuah benda yang bermuatan ditimbulkan oleh medan listrik yang diciptakan oleh benda bermuatan lainnya
Persamaan Fo = qo E dapat digunakan hanya untuk mencari gaya listrik pada sebuah muatan titik
![Page 21: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/21.jpg)
Vektor Medan Listrik
E = 1 |q| besarnya medan listrik 40 r2 sebuah muatan titik
E = 1 qr vektor medan listrik 40 r2 muatan titik
![Page 22: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/22.jpg)
Strategi Penyelesaian Soal
Penghitungan Medan ListrikMedan listrik adalah sebuah vektor, sehingga medan total adalah jumlah vektor dari medan individu
Vektor E yang dihasilkan oleh muatan titik positif arahnya menjauhi muatan tersebut
Vektor E yang dihasilkan oleh muatan titik negatif arahnya menuju muatan tersebut
![Page 23: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/23.jpg)
Garis Medan Listrik
![Page 24: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/24.jpg)
Garis Medan Listrik
![Page 25: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/25.jpg)
Dipol ListrikSebuah dipol listrik adalah sepasang muatan listrik yang besarnya sama, tetapi tandanya berlawanan dan terpisah sejauh d.
p d d sin E
![Page 26: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/26.jpg)
Momen Dipol ListrikHasil kali muatan q dan jarak d dinyatakan sebagai momen dipol listrik p dan besarnya p = qd
Arah vektor p adalah dari muatan negatif menuju muatan positif.
Sebuah molekul air H2O adalah contoh dipol listrik.
![Page 27: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/27.jpg)
Gaya pada Dipol ListrikGaya F+ dan F- pada kedua muatan itu mempunyai besar qE yang sama, tetapi arahnya berlawanan, dan jumlah kedua gaya itu sama dengan nol.
p F+= q E d d sin E F- = -q E
![Page 28: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/28.jpg)
Torsi pada Dipol Listrik
Torsi dihitung terhadap pusat dipol. Jika adalah sudut antara medan listrik dan momen dipol, maka lengan tuas untuk setiap F+ dan F- adalah (d /2) sin . Torsi dari F + dan F- mempunyai besar yang sama, yakni (qE) (d /2) sin , dan kedua torsi merotasikan dipol itu dalam arah sama dgn perputaran jam. Maka besar torsi netto sama dengan dua kali besar torsi individu:
= (qE ) (d sin ) = pE sin
![Page 29: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/29.jpg)
Kerja dW yang dilakukan oleh sebuah torsi selama pergeseran d yang sangat kecil diberikan oleh persamaan:
dW = d
Karena torsi tsb adalah dalam arah yang semakin berkurang, = -pE sin sehingga
dW = -pE sin d
Energi Potensial Dipol Listrik
![Page 30: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/30.jpg)
Energi Potensial Dipol Listrik
Dalam suatu pergeseran berhingga, kerja total yang dilakukan pada dipol tsb adalah
Karena W = U1 – U2 , maka U() = - pE cos Perkalian skalar p . E = pE cos Sehingga energi potensial U () = - p . E
1
2
12
φ
φφ cos pE -φ cos pEdφ φ sin pE- W
![Page 31: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/31.jpg)
Contoh Soal 3
Gaya dan torsi pada sebuah dipol listrik Sebuah dipol listrik berada dalam medan listrik homogen 5,0 x 105 N/C. Dipol tersebut adalah ± 1,6 x 10^-19 C dan terpisah sejauh 0,125 nm. Carilah a) gaya netto yang dikerahkan medan pada dipol; b) besar dan arah momen dipol listrik; c) besar dan arah torsi; d) energi potensial sistem
-q p 35o
145o E +q
![Page 32: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/32.jpg)
PenyelesaianDiketahui : q = 1,6 X 10-19 C; d = 0,125 X 10-9 m E = 5,0 X 105 N/C; = 145o
Ditanya: a) F = ? b) p = ? c) = ? d) U = ?Jawab : a) F+ = qE dan F- = -qE Karena medan itu homogen maka gaya-gaya pada kedua muatan itu sama besar dan berlawanan, sehingga gaya total F = 0 N
![Page 33: Muatan Medan Listrik](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062316/587913071a28ab6f658b736f/html5/thumbnails/33.jpg)
Penyelesaianb) p = qd = (1,6 X 10-19 C)(0,125 X 10-9 m) = 2,0 X 10-29 C.m, dari negatif ke positifc) = pE sin = (2,0 X 10-29 C.m)(5,0 X 105 N/C)(sin 145o) = 5,7 X 10-24 N.m, keluar dari bidangd) U = -pE cos = -(2,0 X 10-29 C.m)(5,0 X 105 N/C)(sin 145o) = -5,7 X 10-24 J