2 muatan listrik gauss law
DESCRIPTION
boookTRANSCRIPT
dE = (K dq / r2) r
E = K (dq / r2) r
E = K ( dV / r2) r
Medan akibat Muatan Terdistribusi Kontinyu
dq
rr
^x
Ingat ini adalah integral vektor
^
^
^
Cara paling umumutk mencari E.
dapat merupakan fungsi posisi yang rumit
meskipun jika sebuah konstan atau fungsi posisi yang sederhana, volume di mana muatan terdistribusi mungkin tidak teratur sehingga limit integrasi bisa rumit dan, sbg contoh, limit x dari integral mungkin tergantung pada y.
Namun utk beberapa situasi hampir atausama sekali integral tidak bisa dilakukan.
E = K ( dV / r2) r ^
Sebagai contoh untuk kasus khusus sederhana
Medan E akibat muatan terdistribusi merata berbentuk spheris
xa
r
r
volume ring
2 r sin r d dr
R
z
xa
r
r
r dd r
dV = r sin d r d dr
R
z
xa
r
r
R
z1
2
E1
E2
E
Hanya komponen z dari E yang tidak nol
Komponen yang lain saling meniadakan berpasangan
E = Ei = (K qi / r2) ri
E = dE = (K dq / r2) r
i^
^
Superposisi
Ketika muatan berjumlah banyak
= (K dV / r2) r^
Fluks Medan ListrikFluks melalui sebuah permukaan sebandingdengan banyak garis medan yang menembuspermukaan tersebut
Jumlah garis medan per satuan luas sebanding dengan E
flux = = E A
= E A cos
Untuk uniform E tegak luruspermukaan rata dengan luas A
Untuk uniform E yg membentuk sudut dengan permukaan rata dengan luas A
Tentukan vektor luasan A • besar sama dengan luasan • arah tegak lurus thd luasan
= E • A
Rumus umum untuk Emelalui permukaan kurva
= E • dAIntegralkan seluruh permukaan
misal dA vektor luasan sebuah permukaan
Fluks dari E melalui permukaan tertutup
muatan titik di dalam permukaan tertutup
semua garis medan yangmemancar dari muatanakan menembus permukaan
Tidak tergantung pada posisi muatandalam permukaan
total fluks melalui permukaan adalah sama
Tidak tergantung bagaimanaukuran atau bentuk permukaan
total fluks melalui permukaan adalah sama
Karena ukuran dan bentuk tidak berpengaruh,pilih bentuk khusus yang sederhana untukmenentukan fluks
sebuah bola dengan muatan di pusat
= K q (1 / r2) dA
r konstan untuk seluruh permukaan
= (K q / r2) dA
= 4 K q
= E • dAE paralel thd dA
Ini adalah fluks m
elalui
sembarang permukaan
yang melingkupi muatan
Bagaimana jika terdapat lebih dari satu muatan di dalam?
Sederhana!
total fluks merupakanpenjumlahan dari keduanya
= 4 K (q1 + q2)
Bagaimana jika muatan beradadi luar volume?
net fluks adalah nolkarena setiap garis medan yang masuk volumejuga keluar darinya
= 0
Sederhana!
Hukum GaussHukum GaussNet fluks melalui sebuah permukaan tertutup adalah sebanding muatan total yang berada di dalam permukaan.
closed surface = E • dA = 4 K qinside
Hukum Gauss
ekivalen dengan
• superposisi
• medan muatan titik
E = (K q / r2) r
E = Ei
^
definisi K 1 / 4 0
Hukum Gauss
= E • dA = qinside / 0
0 = 8.85 x 10-12 C2 / N • m2
permittivity ruang hampa
Medan muatan titik:
E = (q / 4 0 r2) r̂
closed surface
Teori Elektrostatik
E • dA = qinside / 0closed surface
F = Q E
Aplikasi Hukum Gauss
Kita akan menggunakan Hukum Gauss untuk menghitungmedan listrik untuk beberapa kasus sederhana
• Medan listrik sebuah uniform sphere
• Medan listrik dalam sebuah uniform spherical shell
• Medan listrik sebuah infinite uniform line
• Medan listrik sebuah infinite uniform sheet
1) Di luar Muatan Uniform Sphere
E • dA = Q / 0
Secara simetri E harus samapada setiap titik di permukaan dan E harus tegak lurusterhadap permukaan
E • dA = E 4 r2
E 4 r2 = Q / 0
E = Q / 4 0 r2
rx
PermukaanGauss
Q
2) Di dalam Muatan Uniform Spherical Shell
xr
PermukaanGauss
E • dA = E 4 r2
E 4 r2 = 0
E = 0
E • dA = 0Secara simetri E harus samapada setiap titik di permukaan dan E harus tegak lurusterhadap permukaan
3) Muatan Uniform Infinite Line
Secara simetri E harus sama dantegak lurus pada semua titik pada sisipermukaan silinder
E • dA = E 2 r l E 2 r l = Q / 0
E = (Q / l) / 2 0 r
Permukaan Gauss (silinder)
Juga secara simetri tidak ada
fluks melalui ujung silinder
xr
E = / 2 0 r : muatan per satuan panjang
E • dA = Q / 0
l
4) Muatan Uniform Infinite Sheet
Secara simetri E harus sama dantegak lurus di setiap titik pada ujung permukaan silinder
E • dA = E 2 A
E 2 A = Q / 0
E = (Q / A) /2 0
Juga secara simetri tak ada
fluks melalui sisi pillbox E = / 20
: muatan per luasan
Permukaan Gauss (silinder, pillbox)
xr
luasan A
E • dA = Q / 0
Uniform Sphere
E = Q / 4 0 r2
Uniform Infinite Line
Uniform Infinite Sheet
E = / 2 0 r
E = / 2 0
arah radial
arah radial menjauhigaris
arah tegak lurus sheet
Summary
1b) Di Dalam Muatan Uniform Sphere?
R
r
Permukaan Gauss
E • dA = q / 0
Tapi bagaimana jika q didalam permukaan Gauss?
E • dA = E 4 r2
E 4 r2 = q / 0
E = Qr/ 4 0 R3
q=Qr3/R3