Listrik Statis - Kuliah Online Unikom
advertisement
Pertemuan 1 &2 Fisika II Listrik Statis-1 : Hukum Coulomb John Adler 1 PERTEMUAN HARI / TANGGAL MATERI 1 (hari ini) &2 Senin/ 3 Maret 2014 & 10 Maret 2014 BAB I : Listrik Statis-1 (Hukum Coulomb) Responsi : BAB I.1 2 Fenomena Listrik Statis 2600 tahun yang lalu, Thales of Miletus telah memperhatikan fenomena sebuah benda fosil mirip kaca atau resin yang digosokkan dapat menarik benda-benda tertentu secara “ajaib”, misalnya pakaian yang terbuat dari bulu binatang (fur). 3 • Pada tahun 1600-an, William Gilbert menamai gejala batu ambar ini dan gejala apapun yang serupa sebagai Electric (dalam bahasa Yunani batu ambar disebut electron) atau dalam bahasa Indonesia disebut listrik (bukan elektron). • Pada Tahun 1700-an, seorang Ilmuan bernama Du Fay menunjukkan bahwa ada dua jenis gejala kelistrikan statik. Resinous (-) dan vitreous (+). 4 • Benjamin Franklin pada tahun 1752 kemudian menyatakan bahwa fenomena kilat dan batu ambar merupakan gejala yang sama dan menamakan (memberi tanda) kedua jenis listrik (muatan listrik) ini sebagai positif (+) dan negatif (-) (demo) • Robert A. Millikan (1869-1953) mencari harga muatan yang paling kecil hasilnya ternyata 1,6 x 10-19 Coulomb (Elektron) melalui percobaan tetesminyak Millikan 5 Penyebab Gejala Listrik Statis • Setiap benda terdiri dari muatan-muatan listrik elektron, proton dll • Benda yang “tidak memiliki muatan” adalah benda dengan jumlah muatan negatif dan positif yang seimbang, sehingga total muatan netral atau nol Awan elektron proton + • Muatan listrik dari benda dapat berpindah jika berinteraksi dengan benda lain, misalnya dengan cara digosokkan. Contoh kaca digosok kain sutera 6 Contoh jika batang gelas digosok oleh kain sutra, elektron dari gelas berpindah ke kain sehingga batang gelas bermuatan positif dan menarik balon konduktor yang bermuatan negatif (demo) • Balon kemudian diberi muatan positif dengan menyentuhkan batang gelas, sehingga keduanya sekarang bermuatan positif dan akan saling menolak (demo) • Jika batang gelas digosok oleh bulu hewan, muatan positif dari batang gelas berpindah ke bulu hewan sehingga batang gelas sekarang bermuatan negatif dan akan menarik balon konduktor yang telah bermuatan positif (demo) Demo lainnya 7 Gaya Elektrostatik Berapa besar gaya elektrostatik? • Pada tahun 1768, melalui sebuah percobaan, Coulomb mendapatkan Gaya elektrostatik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda/muatan dan sebanding dengan besarnya B muatan benda tersebut. • Karena itu gaya elektrostatik sering disebut gaya Coulomb E D A C Versi modern cavendish 8 • Hasil percobaan Coulomb: Fk Q AQ B 2 rAB dengan k = 1/(40) 9 x 109 F = Gaya Coulomb (Newton) qA = Muatan pertama (coulomb) qB = Muatan kedua (coulomb) rAB = jarak antar muatan 1 dan 2 (meter) • Dua muatan sejenis: QA QB + + 9 rAB • Muatan berlawanan jenis: QA QB - + rAB • Ingat bahwa gaya elektrostatik seperti juga gaya lain merupakan besaran vektor 10 Bagaimana gaya elektrostatik jika muatan lebih dari dua? • Berlaku prinsip superposisi atau penjumlahan Total gaya yang dialami Q1 adalah jumlah dari masingQ2 masing gaya: - F21 F41 Q1 + F31 + Q4 Q3 F1 F21 + F31 + F41 11 Medan Elektrostatik • Mengapa perlu didefinisikan medan elektrostatik? Karena medan listrik lebih lebih mudah diukur • Dengan konsep medan, kita memandang sebuah muatan listrik q sebagai sumber yang memancarkan pengaruh listrik ke segala arah. Pengaruh listrik ini dinamakan medan (field). 12 3D • Interaksi dua muatan dari sudut pandang medan listrik Animasi attract Animasi reppel 13 • Besarnya medan listrik atau elektrostatik ini bergantung pada jaraknya dari muatan sumber dan juga besarnya muatan sumber mengikuti: 1 Q E rˆ 2 40 | r | E r Q 14 • Jika sebuah muatan lain misalnya Qo ditempatkan pada titik tersebut F +Q0 1 r Q ˆr E 2 4 0 |r| Q • Maka muatan tsb akan mengalami gaya elektrostatik sebesar F Qo E 15 Seperti juga gaya elektrostatik medan elektrostatik atau medan listrik juga merupakan besaran vektor dan berlaku juga prinsip superposisi Qi E rˆ 2 i 40 i | ri | 1 r1 E1 E2 r2 Q2 Q1 E total Q2 1 Q1 ˆr + ˆr 2 01 2 02 4 0 |r01 | |r02 | 16 Jika muatan lebih dari satu maka medan total di suatu titik adalah penjumlahan dari seluruh medan Qi E rˆ 2 i 40 i | ri | 1 • Ingat bahwa fenomena elektrostatik yang kita bahas ini adalah pada muatan titik. Untuk muatan bukan titik atau muatan kontinu akan dibahas pada pertemuan mendatang 17 PEKERJAAN RUMAH S 1. [HUKUM COULOMB-I] Hitunglah gaya Coulomb pada muatan D bentuk persegi panjang yang tidak terdapat muatan dari gambar berikut , dimana: QA = 2C, QB = -2C, QC= -4C, QD= 2C Q Q B C O A L 6mm QA 8mm 2. [HUKUM COULOMB-II] Dua bola yang bermuatan sama saling tolak menolak dengan gaya 4 x10-5 N apabila berada dalam jarak pisah 3 cm. Hitunglah (Diketahui k = 9x109 N.m2/c2): a. Muatan bola tersebut b. Kuat medan listriknya c. Potensial listriknya 18 PEKERJAAN RUMAH 3. [Hukum Kirchoff-I] 6 1 Ohm S O A L I1 I3 1 Ohm 1 Ohm I1 I1 3 Ohm I2 I1 I2 2 Ohm I2 19 PEKERJAAN RUMAH [Hukum Kirchoff-I] Diketahui rangkaian di atas dengan looping ke-1 (abcefa) searah jarum jam. Begitu pula dengan looping ke-2 (cdec) searah jarum jam. Hitunglah nilai I1 dan I3 jika diketahui I2= A. Ambil titik cabang di C. R1 = 2 ohm 4. [Hukum Kirchoff-II] R3 R6 R2 R4 R5 R1 R8 R2 = 2 ohm R3 = 4 ohm R4 = 2 ohm R7 R5 = 4 ohm R6 = 2 ohm R7 = 3 ohm R8 = 4 ohm R10 R9 R9 = 4 ohm R10 = 0,8 ohm PEKERJAAN RUMAH [Hukum Kirchoff-II] Hitunglah R-ekivalen/R-total pada rangkaian di atas ? 5.[SUMBER MEDAN MAGNET] Dua kawat lurus panjang dan sejajar. Yang satu berarus 30 mA, yang lain 0,01 A dalam arah yang sama. Hitunglah gaya dikali jarak antara dua buah kawat pada kawat kedua sepanjang 25 cm (dalam satuan pikoNewton), dimana 0 4.10 7 T.m / A 6. [Induktansi, Induktor & Rangkaian RL] Dalam suatu rangkaian RL terhubung seri dengan sumber tegangan 90 Volt. Berapakah arus dalam rangkaian setelah saklar ditutup ? Diketahui nilai R dan L masing-masing 20 Ohm dan 0,3 H, serta waktu t sebesar 0,05 detik. PEKERJAAN RUMAH 7. [RANGKAIAN KAPASITOR] Kapasitas ekivalen rangkaian berikut antara P dan Q? S O 8. [Arus Bolak Balik & Rangkaian RLC] Sebuah rangkaian seri A terdiri atas resistor 5 Ω yang tidak memiliki induktansi, kumparan L berinduktansi 0,2 H dengan hambatan yang dapat diabaikan, dan kapasitor 10 µF. Rangkaian dihubungkan pada sumber daya 120 V, 25 Hz. Tentukan : a. Arus dalam rangkaian b. Daya yang hilang c. Penunjukkan voltmeter pada ketiga unsur itu 22 PEKERJAAN RUMAH 9. [LISTRIK STATIS 3 : POTENSIAL & ENERGI POTENSIAL LISTRIK] Diketahui gaya pada muatan ke-2 dalam bentuk vektor karena pengaruh tarik-menarik muatan ke-1 dan ke-3 adalah . 81.10 9 4î + ĵ 3 5 Tentukan berapa nilai muatan Q2 jika muatan Q1 dan Q3 masing-masing sebesar – 2 C dan – 1 C sesuai gambar di bawah ini. Y (m) 3 Q1 Q2 X (m) 4 - 3 Q3 PEKERJAAN RUMAH 10. [MEDAN MAGNET ]Hitunglah Gaya yang dialami kawat A sepanjang 20 cm A B r=5 15 A C R=3 5A 20 A Minggu Depan ... Pertemuan ke-3 LISTRIK STATIS-2 : Medan Listrik Pada Muatan Kontinu (Hukum Gauss)
