5. Garis Equipotensial

1
LAPORAN
PRAKTIKUM LISTRIK MAGNET
Praktikum Ke 5
GARIS EKUIPOTENSIAL
A.
TUJUAN
1. Mengenali set peralatan penguji garis equipotensial.
2. Mengetahui garis / bidang equipotensial.
3. Menentukan garis equipotensial dari sebuah permukaan pelat kaca yang
dilapisi bahan konduktif.
B.
DASAR TEORI
Setiap titik atau benda yang bermuatan listrik pasti mempunyai medan
listrik disekitarnya. Medan listrik itu digambarkan oleh garis-garis gaya listrik.
1. Apakah medan listrik itu? Jelaskan !
Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga pada titik
dalam ruang. Medan merupakan besaran scalar. Dengan demikian medan
listrik atau medan gaya listrik dapat diartikan sebagai besaran yang
memiliki harga gaya listrik pada titik dalam ruang tersebut. Medan listrik
juga dapat diartikan sebagai suatu ruang yang memiliki sifat dapat
memberikan gaya listrik. Medan listrik adalah besaran vektor sebab gaya
listrik merupakan besaran vektor.
2. Apakah garis gaya listrik itu? Jelaskan !
Garis gaya listrik adalah besaran yang mempunyai nilai dan arah
bergantung pada jenis muatan. Kalau kita ingin mengetahui besar dan arah
suatu garis gaya listrik kita tempatkan muatan uji yang cukup kecil
sehingga tidak mengganggu medan yang dibentuk muatan Q. Maka
intensitas (atau kuat) medan listrik (electrical field intensity) E, karena Q
didefinisikan sebagai gaya persatuan muatan pada muatan uji. Ungkapan
garis gaya ini dapat bersifat simetri bola pada system yang kontinue. Perlu
2
diketahui garis gaya listrik adalah garis khayal, kita tidak dapat melihat
secara nyata, garis ini ditarik sedemikian rupa sehingga arahnya sama
dengan arah medan pada titik tersebut.
Gambar 1. Garis gaya listrik
3. Bagaimanakah persamaan matematis dari medan listrik di sekitar sebuah
titik bermuatan listrik ?
Medan listrik disekitar sebuah titik bermuatan listrik dapat
dinyatakan dengan persamaan:

n
E
i 1
an R
4 0 Ri2
4. Bagaimanakah persamaan matematis dari medan listrik di sekitar sebuah
sistem titik bermuatan listrik ?
Medan listrik disekitar sebauah system titik bermuatan listrik
adalah:
E

1  a1  a 2 
 2 R1  2 R2  ...........


4 0  R1
R2

5. Bagaimanakah persamaan matematis dari medan listrik di sekitar sebuah
benda(sistem titik yang kontinu) bermuatan listrik ?
Bila sumber muatan mempunyai ditribusi kontinue maka medan
listrik di suatu titik yang disebabkan oleh distribusi muatan dapat ditentukan
dengan perumusan:
3
E
Dengan
1
4 0

dq 
R
R2
: dq  dV untuk muatan volume
dq  dA untuk muatan luasan
dq  dl untuk muatan garis
Di sekitar titik atau benda yang bermuatan listrik disamping ada medan
gaya listrik (E) juga ada medan potensial listrik V.
6. Apakah potensial listrik itu?
Potensial listrik adalah usaha yang dilakukan oleh suatu satuan
muatan listrik apabila muatan tersebut dibiarkan bergerak menuju muatan
dari jauh tak hingga. Potensial listrik merupakan kuat medan energi
potensial yang merupakan potensial skalar. Permukaan yang memiliki
potensial sama disebut dengan permukaan equipotensial. Permukaan
equipotensial dapat ditentukan dengan permasaan:
R
Q
40V
Nilai R adalah konstan dan permukaan tersebut berpusat di muatan Q.
7. Menurutmu apakah yang dimaksud dengan daerah (permukaan/garis)
equipotensial itu?
Yang
dimaksud
dengan
dengan
daerah
(permukaan/garis)
equipotensial adalah tempat/daerah-daerah atau titik-titik yang mempunyai
potensial sama diantara dua muatan paling sedikit, yang ditimbulkan dari
interaksi antar muatan yang menimbulkan medan listrik dan mempunyai
medan potensial listrik (V).
4
Gambar 2. Garis ekiupotensial
8. Bagaimanakah persamaan matematis dari potensial listrik di sekitar sebuah
titik bermuatan listrik ?
Potensial listrik disekitar sebuah titik bermuatan listrik diberikan
persamaan:
n
V 
i 1
qi
4 0 Ri
9. Bagaimanakah persamaan matematis dari potensial listrik di sekitar sebuah
sistem titik bermuatan listrik ?
Potensial listrik disekitar sebuah sistem bermuatan listrik diberikan
persamaan:
V
Q
40 R
10. Bagaimanakah persamaan matematis dari potensial listrik di sekitar sebuah
benda (sistem titik yang kontinu) bermuatan listrik ?
Potensial listrik disekitar sebuah benda (sistem titik yang kontinu)
bermuatan listrik diberikan persamaan:
5
V
1
4 0

dq
R
11. Bagaimanakah persamaan matematis dari medan listrik di sekitar sebuah
benda (sistem titik yang kontinu) bermuatan listrik yang berbentuk
lempeng/permukaan?
Medan listrik disekitar sebauh benda (system titik yang kontinue)
bermuatan listrik yang berbentuk lempeng/permukaan, ditentukan dengan
permasaan:
E
 
k
2 0

Dengan  = rapat muatan lempeng dan k = vektor posisi arah sumbu z.
C.
ALAT-ALAT
1. Pelat kaca konduktif berukuran 150 x 150 mm
2. Generator daya frekuensi rendah
Frekuensi terbangkit mendekati lkHz
Keluaran maksimum 5 W
Gambar 3. Generator daya frekuensi rendah
3. Sumber Daya : 006P(9V)
4. Kabel penghubung
5. Pembeban
6
D.
LANGKAH EKSPERIMEN
1. Memutar
kembali
ke
empat
sekrop
pada
unit
alat
dan
menghubungkan/memasang tiga baterei aksesori (006P, 9V) pada kunci
006P.
2. Menghubungkan penyumbat pisang (banana plug) dari kawat penunjuk
berwarna merah dengan batang penunjuk pada terminal masukan (input)
merah, dan penyumbat kawat merah dengan klip penjepit pada terminal
keluaran(output).
3. Menempatkan pelat kaca konduktif pada bangku atau meja dengan
permukaan atas konduktif. Memasang knop volume dari unit peralatan pada
posisi pusat/tengah-tengah. Kemudian menyalakan tombol power. Sebuah
bunyi keras dihasilkan ketika batang penunjuk dan klip penjepit
diperkenankan kontak dengan dua titik sebarang pada permukaan konduktif
dari pelat kaca.
4. Menghubungkan kawat penunjuk hitam dengan terminal masukan hitam
dan terminal-terminal keluaran dengan penyumbat dari batang penunjuk
yang disisipkan pada terminal masukan dan dengan klip penjepit yang
disisipkan pada terminal keluaran.
5. Menggunakan kunci-kunci, penjepit pada penunjuk keluaran untuk
menahan pembeban-pembeban tambahan agar tidak bergeser-geser.
Menggunakan tes ini untuk menyentuh dua titik pada pelat kaca sambil
menjaga jarak antara kedua penunjuk.
6. Menyentuh sebuah titik sebarang pada pelat antara dua pembeban dengan
ujung penunjuk tes hitam, kemudian menggunakan penunjuk tes merah
untuk menempatkan titik-titik yang berbeda pada pelat yang tidak
membangkitkan bunyi ketika penunjuk ini kontak dengan pelat. Menandai
titik-titik yang ditemukan.
7
7. Mengulangi prosedur ini sambil menjaga agar penunjuk tes hitam tetap
pada satu titik.
8. Setelah penempatan titik-titik yang yang tidak membangkitkan bunyi yang
menyatakan sebuah garis equipotensial.
Gambar 4. Garis ekuipotensial
Bagan Percobaan
Gambar 5. Bagan Percobaan,
cara menempatkan batang penunjuk pada plat
8
E.
DATA PERCOBAAN
Gambar 6. Garisekuipotensial hasil percobaan
9
F.
ANALISIS DATA/Jawaban pertanyaan dalam tugas
1. Sebelum melakukan percobaan/ eksperimen kerjakanlah pertanyaanpertanyaan yang ada pada dasar teori !
(Ada dalam dasar teori)
2. Jelaskan proses terbangkitkannya medan elektrik pada permukaan kaca
yang dilapisi bahan konduktif !
Proses terbangkitnya medan elektrik pada permukaan kaca yang dilapisi
bahan konduktif adalah:
a. Beban yang diberi muatan dari input terminal akan mempunyai beda
potensial.
b. Beban yang kemudian diletakkan di atas kaca konduktif tersebut
mempunyai beda potensial yang dapat ditunjukkan oleh sinyal audio
dari speaker.
c. Apabila disuatu titik terjadi beda potensial sama oleh beban satu dan
beban yang lain di atas kaca konduktif, maka tidak terdengar bunyi dari
speaker indicator.
3. Apa yang terjadi jika pada pelat kaca yang terlapisi bahan konduktif hanya
dihubungkan dengan satu kutup keluaran saja? (positip saja atau negatip
saja). Bagaimana kedudukan garis-garis equipotensialnya?
Jika pada plat kaca yang dilapisi bahan konduktif hanya dihubungkan
dengan satu kutub keluaran saja, maka tidak akan terbentuk garis
ekuipitensial karena semua permukaan hanya terhubung dengan satu kutub
keluaran. Kita bayangkan seperti mengukur potensial baterai, untuk
mengukur beda potensial maka kutub-kutub keluaran harus dihubungkan
dengan ujung-ujung sesuatu yang mau kita ukur beda potensialnya, dengan
kata lain pengukuran beda potensial harus dipasang parallel dengan sesuatu
yang mau kita ukur. Dengan demikian bila pada permukaan kaca konduktif
10
untuk mengetahui beda potensial hanya satu kutub keluaran, maka tidak
dapat kita ketahui beda potensialnya dan kita tidak akan memperoleh
kedudukan garis ekuipotensial.
G.
PEMBAHASAN
Set up alat pada praktikum ini sudah tinggal memasang kabel-kabel konektor ke
beban dan input, serta output. Dengan menetapkan salah satu kabel input ke plat
kaca konduktif yaitu kabel hitam pada titik yang tetap dan meletakkan kabel
merah pada titik lain sehingga didapatkan sinyal audio yang peling rendah,
karena sinyal audio yang paling rendah ini menandakan potensial di titik di
mana kabel hitam ditempatkan sama dengan potensial di titik baru di mana
kabel merah ditempatkan.
H.
KESIMPULAN
1. Set peralatan penguji garis ekuipotensial adalah sebuah generator daya
frekuensi rendah yang mempunyai dua kutub output dan dua kutub input
dan speaker sebagai indicator ada tidaknya beda potensial.
2. Garis ekuipotensial adalah tempat kedudukan titik-titik yang memiliki harga
potensial listrik yang sama.
3. Berdasarkan hasil percobaan, garis ekuipotensial yang diperoleh tegak lurus
dengan garis gaya medan listrik. Garis ekuipotensial timbul akibat
terbangkitnya medan elektrik pada permukaan kaca yang dilapisi bahan
konduktif.
11
Gambar 7. Garisekuipotensial tegak lurus dengan medan listrik
I.
DAFTAR PUSTAKA
Team. 2005. Petunjuk Praktikum Listrik Magnet. Malang : Laboratorium
Elektromagnetik, Fisika FMIPA UM.
Schaum Series. 1997. Elekomagnetika. Jakarta : Penerbit Erlangga.