pertemuan ke 10 [Compatibility Mode]

8 MUATAN LISTRIK DAN
MEDAN LISTRIK
1 Listrik Statis; Muatan Listrik dan Kekekalannya
- Muatan yang tidak sama tarik-menarik; muatan yang sama tolak-menolak
- jumlah total muatan listrik yang dihasilkan pada setiap proses adalah nol
9/17/2012
[email protected]
1
9/17/2012
[email protected]
2
2 Muatan Listrik dalam Atom
Gaya dlm
Gaya tarik
Contoh
Muatan berbeda tanda
H
Kristal Inonik
Muatan berbeda tanda
NaCl
Ikatan
Kovalen
Pasangan Inti – e-
H-H
Logam
Kation logam dan
delokalisasi elektron
Au
Atom
Model
–
+
9/17/2012
[email protected]
3
Inti atom bermuatan positif
dikelilingi oleh elektron yang
bermuatan negatif
9/17/2012
[email protected]
4
3 Isolator dan Konduktor
•
Konduktor adalah bahan yang menghantarkan
listrik
•
Isolator bahan yang tidak menghantarkan
listrik
•
Semikondutor adalah bahan yang
pertengahan
9/17/2012
[email protected]
5
4 Hukum Coulomb
Q2
Q1
r
Q1Q2
F =k 2
r
k = 9,0 × 10
9
(Newton = N)
9/17/2012
[email protected]
6
Contoh 1.
Gaya listrik pada elektron oleh proton. Tentukan besar gaya listrik
pada elektron di atom hidrogen yang diberikan oleh satu proton
yang merupakan intinya. Anggap elektron mengorbit proton pada
jarak rata-rata r = 0,53 x 10-10 m.
Jawab.
(
9 × 10
F=
9/17/2012
9
)(
)(
Nm 2 / C 2 1,6 × 10−19 C 1,6 × 10−19 C
(0,53 × 10
−10
m
)
2
[email protected]
) = 8,2 × 10
−8
N
7
Contoh 1a
•
Tiga muatan pada satu garis. Tiga
partikel bermuatan disusun dalam satu
garis. Hitung gaya elektrostatik total
pada petikel 3 (muatan −4 µC di sebelah
kanan) yang disebabkan oleh dua
muatan yang lain.
9/17/2012
[email protected]
8
Contoh 1b
•
Gaya listrik dengan menggunakan
komponen-komponen vektor. Hitung
gaya elektrostatik total pada muatan
sebagaimana ditunjukkan pada gambar
yang disebabkan oleh muatan-muatan
dan .
9/17/2012
[email protected]
9
5 Medan Listrik
r
Q
E=k
r
r
9/17/2012
[email protected]
(N/C)
10
Contoh 2.
Medan listrik satu muatan titik. Hitung besar dan arah medan
listrik pada titik P yang terletak 30 cm di sebelah kanan muatan
titik Q = - 3 x 10-6 C.
Jawab.
(
)(
)
Q
9 × 109 Nm 2 / C 2 3 × 10−6 C
5
E=k 2 =
=
3
×
10
N/C
2
r
(0,3 m )
9/17/2012
[email protected]
11
Contoh 2a
•
E di antara dua muatan titik. Dua muatan titik
dipisahkan oleh jarak 10 cm. Yang satu
memiliki muatan −25 µC dan yang lainnya +50
µC. (a) Bagaimana arah dan besar medan
listrik pada titik P yang terletak di antara
keduanya, yaitu 2 cm dari muatan yang
negatif? (b) Jika sebuah elektron diletakkan
dalam keadaan diam pada P, berapa
percepatannya (arah dan besar) pada saat
awal?
9/17/2012
[email protected]
12
Contoh 2b
•
E di bawah dua muatan titik. Hitung
medan listrik total (a) pada titik A dan (b)
pada titik B dalam gambar yang
disebabkan oleh kedua muatan, Q1 dan
Q 2.
9/17/2012
[email protected]
13
Penyelesaian Masalah Elektrostatika
• Gambar diagram yang teliti – yaitu, diagram bendabebas untuk setiap benda, yang menunjukkan semua
gaya yang bekerja pada benda tersebut, atau medan
listrik pada titik yang disebabkan oleh muatan sumber.
• Terapkan hukum Coulomb untuk mendapatkan besar
setiap gaya pada yang bermuatan, atau medan listrik
pada suatu titik. Perhitungkan saja besar muatan
(dengan tidak memakai tanda minus), dan dapatkan
besar setiap gaya atau medan listrik
• Gunakan simetri bilamana mungkin
9/17/2012
[email protected]
14
6 Garis-garis medan
• Garis-garis medan menunjukkan arah medan listrik;
medan menujuk arah tangen terhadap garis medan pada
semua titik.
• Garis-garis tersebut digambarkan sedemikian sehingga
besar medan listrik, E, sebanding dengan jumlah garis
yang melintasi daerah yang tegak lurus terhadap garisgaris itu. Makin dekat garis-garis tersebut, makin kuat
medan yang bersangkutan.
• Garis-garis medan listrik dimulai pada muatan positif dan
berakhir pada muatan negatif, dan jumlah pada wal dan
akhir sebanding dengan besar muatan
9/17/2012
[email protected]
15
6 Gaya-gaya listrik pada biologi Molekuler: Struktur
DNA dan Replikasi
O
−
H
+
C
N
9/17/2012
H
+
N
−
[email protected]
16
Contoh 3.
Gaya listrik dengan menggunakan komponen-komponen vektor. Hitung
gaya elektrostatik total pada muatan Q3 sebagaimana ditunjukkan pada
gambar di bawah yang disebabkan oleh muatan-muatan Q1 dan Q2.
Q3 = +65 µC
Q2 = +50 µC
9/17/2012
Q1 = -86 µC
[email protected]
17
Contoh 4.
E di bawah dua muatan titik. Hitunglah medan listrik total (a) pada titik
A dan (b) pada titik B di gambar bawah yang disebabkan oleh kedua
muatan Q1 dan Q2.
B.
A.
30o
40 cm
30 cm
60 cm
26 cm
26 cm
Q1 = -50 µC
Q2 = +50 µC
9/17/2012
[email protected]
18
PR Medan Listrik:
1. Berapakah besarnya sebuah muatan titik yang dipilih supanya besarnya medan
listrik yang ditimbulkannya pada jarak 50 cm dari muatan titik tersebut adalah 2
N/C?
2. Sebuah partikel yang mempunyai muatan sebesar -2 x 10-9 C dipengaruhi oleh
sebuah gaya listrik sebesar 3 x 10-6 N yang mengarah ke bawah di dalam sebuah
medan listrik yang uniform. (a) Berapakah kekuatan medan listrik tersebut? (b)
Berapakah besarnya dan kemanakah arahnya gaya listrik yang dikerahkan pada
sebuah proton yang ditempatkan di dalam medan ini? (c) Berapakah gaya
gravitasi pada proton tersebut? (d) Berapakah perbandingan gaya listrik terhadap
gaya gravitasi pada proton tersebut? (e) Berapakah perbandingan gaya listrik
terhadap gaya gravitasi di dalam kasus ini?
3. Berapakah besarnya dan kemanakah arahnya E pada pusat segi empat
kuadratis Gb. Di bawah? q = 1 x 10-8 C; a = 5 cm
a
+q
-2q
a
9/17/2012
-q
a
a
+2q
[email protected]
19