Bab 22 Muatan dan Medan Listrik
advertisement
Medan dan Dipol Listrik TEE 2207 Listrik & Magnetika Abdillah, S.Si, MIT Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN Suska Riau Tujuan Mahasiswa mengerti konsep medan listrik dan dipol listrik. Konsep Medan Listrik Ketika dua partikel muatan berinteraksi, bagaimana muatan yang satu mengetahui keberadaan muatan yang lain? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu merumuskan kembali hukum Coulomb dengan menggunakan konsep medan listrik. Konsep Medan Listrik Konsep Medan Listrik E = 1 40 |q| r2 besar medan listrik sebuah muatan titik Vektor Medan Listrik E = 1 40 q r r2 vektor medan listrik muatan titik Contoh Soal Vektor Medan Listrik untuk Muatan Titik Sebuah muatan titik q = -8,0 nC berada di titik asal. Hitunglah vektor medan listrik pada koordinat titik x = 1,2 m dan y = -1,6 m. Penyelesaian Prinsip Superposisi Medan Listrik Medan listrik total pada titik P adalah jumlah vektor medan listrik pada titik P yang ditimbulkan oleh setiap muatan titik dalam distribusi muatan. Contoh Soal Medan sebuah Dipol Listrik Muatan titik q1 = +12 nC dan q2 = -12 nC terpisah sejauh 0,1 m. Hitunglah medan listrik yang ditimbulkan q1 dan q2 pada titik a, b dan c. Penyelesaian Penyelesaian Contoh Soal Medan sebuah Muatan Lingkaran Muatan Q terdistribusi homogen di sekitar lingkaran konduktor dengan jejari a. Hitunglah medan listrik di titik P pada sumbu lingkaran berjarak x dari O. Penyelesaian Penyelesaian Contoh Soal Medan sebuah Muatan Garis Muatan positif Q terdistribusi homogen di sepanjang sumbu y antara y = -a dan y = +a. Hitunglah medan listrik di titik P pada sumbu-x pada jarak x dari O. Penyelesaian Penyelesaian Garis Medan Listrik Garis Medan Listrik Arah Medan Listrik Arah Medan Listrik Dipol Listrik Sebuah dipol listrik adalah sepasang muatan listrik yang besarnya sama, tetapi tandanya berlawanan dan terpisah sejauh d. Momen Dipol Listrik Momen dipol listrik p dinyatakan sebagai hasil kali muatan q dan jarak d. p = qd Arah vektor p adalah dari muatan negatif menuju muatan positif. Sebuah molekul air H2O adalah contoh dipol listrik. Gaya pada Dipol Listrik Gaya F+ dan F- pada kedua muatan mempunyai besar yang sama tapi arahnya berlawanan, sehingga jumlah kedua gaya tsb sama dengan nol. p F+= q E d F- = -q E d sin E Torsi pada Dipol Listrik Torsi () sama dengan hasil kali gaya dan lengan tuas. Jika adalah sudut antara medan listrik E dan momen dipol p, maka lengan tuas untuk gaya F+ dan F- adalah (d/2) sin . Kedua torsi mempunyai nilai yang sama, yakni (qE)(d/2) sin , dimana keduanya merotasikan dipol tsb searah putaran jam. Maka besar torsi total adalah: = (qE ) (d sin ) = pE sin Contoh Soal -q p 35o 145o E +q 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 dipol listrik. Penyelesaian Diketahui : 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) = ? 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 Penyelesaian b) p = qd = (1,6 X 10-19 C)(0,125 X 10-9 m) = 2,0 X 10-29 C.m, dari negatif ke positif c) = pE sin = (2,0 X 10-29 C.m)(5,0 X 105 N/C)(sin 45o) = 5,7 X 10-24 N.m, keluar dari bidang Kesimpulan 1. Medan listrik E adalah gaya per satuan muatan yang dihasilkan oleh sebuah muatan titik q pada sebuah muatan uji q0. Arah medan listrik keluar dari muatan positif dan menuju muatan negatif. E= F = 1 |q| q0 40 r2 2. Medan listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan adalah superposisi atau penjumlahan vektor dari setiap medan listrik. Kesimpulan 3. Garis medan listrik merepresentasikan medan listrik. Garis singgung pada garis medan listrik merupakan arah medan listrik pada titik tersebut. Jumlah garis per satuan luas sebanding dengan besar medan listrik di titik tersebut. 4. Dipol listrik adalah sepasang muatan listrik yang besarnya sama tapi tandanya berlawanan. Besar momen dipol listrik p = qd. Arah p dari muatan negatif ke muatan positif. Dipol listrik dalam medan listrik menghasilkan torsi = pE sin dan energi potensial U = -pE cos . Tugas Terstruktur 2 Sebuah muatan titik q1 -4,00 nC berada di titik x=0,600 m, y=0,800 m, dan sebuah muatan titik kedua q2 6,00 nC berada di titik x=0,600 m, y=0. Hitunglah besar dan arah medan listrik total di titik asal yang ditimbulkan oleh kedua muatan titik ini.
