fisika dasar muatan dan medan listrik
DESCRIPTION
materi kuliah pertemuan keduaTRANSCRIPT
![Page 1: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/1.jpg)
Bab 1Muatan dan Medan Listrik
Abdillah, S.Si, MIT
![Page 2: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/2.jpg)
Tujuan Hari ini
Memahami o teori muatan dan atomo hukum Coulombo medan listrik o dipol listrik
![Page 3: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/3.jpg)
Muatan (charge)
Dalam ilmu listrik, konsep dasarnya adalah muatan.
Ilmu listrik hanya menjelaskan bagaimana muatan bertingkah laku, bukan muatan itu apa.
![Page 4: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/4.jpg)
Teori Muatan
o 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: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/5.jpg)
Teori Atom
Muatan elektron e = 1,602 X 10-19 C
Massa elektron me = 9,1 X 10-
31 kg
Massa proton mp = 1,67 X 10-27
kg
![Page 6: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/6.jpg)
Perhatian
o Muatan sejenis tidak berarti kedua muatan tersebut identik, hanya bahwa kedua muatan memiliki tanda aljabar yang sama (keduanya positif atau keduanya negatif)
o Muatan berlawanan berarti kedua muatan memiliki tanda yang berlawanan
![Page 7: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/7.jpg)
Hukum Coulomb
Untuk 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: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/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: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/9.jpg)
Contoh Soal
Gaya listrik versus gaya gravitasi
Sebuah 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: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/10.jpg)
Penyelesaian
Diketahui : 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: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/11.jpg)
Medan Listrik
Medan listrik E adalah gaya listrik per satuan muatan qo yang dikerahkan pada muatan tsb. E = Fo / qo
qo Fo
E Fo qo
![Page 12: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/12.jpg)
Perhatian
o Gaya listrik pada sebuah benda yang bermuatan dikerahkan oleh medan listrik yang diciptakan oleh benda bermuatan lainnya.
o Persamaan Fo = qo E dapat digunakan hanya untuk mencari gaya listrik pada sebuah muatan titik.
![Page 13: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/13.jpg)
Vektor Medan Listrik
E = 1 |q| ( besarnya medan listrik 4o r2 dari sebuah muatan titik )
E = 1 q r (medan listrik dari sebuah 4o r2 muatan titik)
![Page 14: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/14.jpg)
Strategi Penyelesaian SoalPenghitungan Medan Listriko Satuan harus konsisten, jika diberi cm atau nC, jangan lupa mengkonversikannya
o Medan listrik adalah sebuah vektor, sehingga medan total adalah jumlah vektor dari medan individu
o Ingat bahwa vektor E yang dihasilkan oleh muatan titik positif arahnya menjauhi muatan tersebut dan begitu juga sebaliknya
![Page 15: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/15.jpg)
Contoh Soal
Elektron dalam sebuah Medan HomogenSebuah medan listrik di antara dua pelat konduktor sejajar adalah E=1,00 X 10-4 N/C dengan arah ke atas. a) Jika sebuah elektron dilepaskan dari keadaan diam di pelat sebelah atas, berapakah percepatannya? b) Berapa laju dan energi kinetik yang diperoleh elektron waktu berjalan 1,0 cm ke plat sebelah bawah. c) Berapa waktu yang dibutuhkan elektron untuk menempuh jarak ini?
B
![Page 16: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/16.jpg)
Penyelesaian
Diketahui : me = 9,11 X 10-31 kg -e = -1,60 X 10-19 C
E = 1,00 X 10-4 N/C
Ditanya : a) ay = ?
b) vy , K = ?
c) t = ?
Jawab :
![Page 17: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/17.jpg)
Penyelesaianb) v0y
= 0, y0 = 0 dan y = -1,0 X 10-2 m
vy2 = v0y
2 + 2ay (y –y0) = 2ay y
![Page 18: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/18.jpg)
Penyelesaian
c) vy = v0y + ay t
Kita dapat juga mencari waktu itu dengan memecahkan persamaan untuk t.
y = y0 + v0y t + ½ ay t2
![Page 19: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/19.jpg)
Garis Medan Listrik
![Page 20: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/20.jpg)
Garis Medan Listrik
![Page 21: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/21.jpg)
Perhatian
o Jika sebuah partikel bermuatan bergerak dalam sebuah medan listrik, maka lintasan partikel tersebut tidak sama seperti garis medan, kecuali garis-garis medan tersebut adalah garis lurus dan partikel dilepas dalam keadaan diam
![Page 22: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/22.jpg)
Dipol Listrik
Sebuah dipol listrik adalah sepasang muatan listrik yang besarnya sama, tetapi tandanya berlawanan dan terpisah sejauh d.
p F+= q E
d E
F- = -q E d sin
![Page 23: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/23.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 E
F- = -q E d sin
![Page 24: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/24.jpg)
Torsi pada Dipol ListrikTorsi dihitung terhadap pusat dipol. Jika adalah sudut antara medan listrik dan sumbu dipol, maka lengan tuas untuk kedua F+ dan F- adalah (d /2) sin . Torsi dari F+ dan F- mempunyai besar yang sama, (qE)(d /2) sin , dan kedua torsi merotasikan dipol itu dalam arah perputaran jam. Maka besar torsi netto sama dengan dua kali besar torsi individu: = (qE) (d sin )
![Page 25: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/25.jpg)
Momen Dipol Listrik
Hasil kali muatan q dan jarak d dinyatakan sebagai momen dipol listrik p mempunyai besar p = qd Arah vektor p adalah dari muatan negatif menuju muatan positif. Torsi vektor = p X E dan besarnya = pE sin
![Page 26: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/26.jpg)
Energi Potensial Dipol ListrikKerja 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
![Page 27: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/27.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 U() = - p . E
1
2
12 cos pE -cos pEd ) sin (-pE W
φ
φφφφφ
![Page 28: Fisika Dasar Muatan Dan Medan Listrik](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061311/557213e5497959fc0b934907/html5/thumbnails/28.jpg)
Saran
o Kerjakan latihan bab 22 dari soal-soal nomor ganjil
o Mulailah dengan apa yang diketahui dan apa yang ditanyakan
o Tulis di buku khusus latihan