listrik statis – 1

LISTRIK
STATIS
Hukum coulomb dan
medan listrik pada
muatan titik
LISTRIK STATIS
•Penemuan Muatan Listrik
Listrik statis adalah listrik yang diam untuk sementara pada
suatu benda
Orang pertama yang melakukan percobaan tentang listrik
statis adalah Thales of Miletus.
Ia menggosokkan batu ambar dengan kain wol, kemudian ia
dekatkan ke bulu ayam. Ternyata bulu ayam terbang dan
menempel pada batu ambar beberapa saat kemudian jatuh
lagi.
Pada tahun 1600-an, William Gilbert meneliti
batu ambar tersebut secara alamiah
kemudian menamai gejala batu ambar
tersebut ataupun gejala lain yang serupa
sebagai electric / listrik. Sekarang istilah
electric / listrik dipakai untuk menamai
semua gejala yang berhubungan dengan ion
(elektron dan proton).
Tahun 1700-an, seorang ilmuwan
bernama Du Fay menunjukkan bahwa
ada 2 jenis gejala kelistrikan statik,
yaitu dapat menimbulkan efek tarikmenarik dan tolak-menolak. Sehingga
disimpulkan ada 2 jenis muatan listrik,
yaitu resinous(-) dan vitreous(+)
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 (-). Penamaan ini
dipakai hingga saat ini dan amat
membantu dalam menjelaskan gaya
elektrostatik
•Hukum Coulomb
Gaya tolak menolak atau gaya tarik
menarik antara dua buah benda
bermuatan listrik disebut gaya
Coulomb sebagai penghargaan atas
jasa Charles Augustin de Coulomb, ahli
fisika berkebangsaan Prancis yang
merupakan orang pertama yang
meneliti gaya listrik dan
merumuskannya secara matematis.
Coulomb mendapatkan bahwa
muatan-muatan sejenis akan
menimbulkan efek tarik-menarik
(atraktif) dan benda yang berlainan
jenis akan saling menolak (repulsif).
Gaya tarik/tolak ini berbanding terbalik
dengan kuadrat jarak antar
benda/muatan dan sebanding dengan
besarnya muatan benda tersebut.
q1
q2
r
F12 
1
4 o
q1 q 2
r
2
dimana :
k = 1/(4πε0) = 9 x 109
F = Gaya Coulomb (Newton)
Qa = Muatan pertama (coulomb)
Qb = Muatan kedua (coulomb)
rab = jarak antar muatan 1 dan 2
(meter)
Contoh Soal
1. Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti
gambar berikut!
Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k
= 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan arah gaya
Coulomb pada muatan B !
Pembahasan :
Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka
untuk mencari resultan gaya cukup dengan mengurangkan
kedua gaya ,
F total = FBC – FBA
F total = 72 X 10 - 3 – 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N
Arah sesuai dengan FBC yaitu ke kanan .
2. Misalkan tiga buah muatan listrik sebagai berikut :
Qa = -1 μC
Qb = 2 μC
Qc = 4 μC
dengan konfigurasi posisi sebagai berikut :
Fbc
300
Fba
Qa
Qb
300
Qc
=
Hitunglah gaya elektrostatik total di Qb !
Pembahasan:
hitung dahulu besar gayanya
Fbc =
Fba =
Fbc
300
Fba
Qa
Qb
300
Qc
Komponen X
Komponen Y
Fbc
720 cos 1200 = -360 N
720 sin 1200 = 360 √3N
Fba
180 cos 2400 = - 90 N
180 cos 2400 = -90 √3 N
∑
Rx = -450 N
Ry = 270√3 N
Gaya total
F=
=
= 450,2 N
arahnya :
namun dari gambar kita lihat bahwa sudut yang benar
adalah (180o+(-46,10o)=133,90o
karena sifat kesamaan trigonometri :
tan(180o+θ)=tan(θ)
•Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar
muatan di mana pengaruh listrik masih
berpengaruh pada muatan lain.
Medan digambarkan dengan garis-garis
gaya, bersumber dari muatan positif dan
menuju/masuk ke muatan negatif.
Rapat garis gaya disekitar muatan
sumber menunjukkan besar/kuantitas
medan tersebut.
Visualisasi Medan Listrik di sekitar muatan
Muatan (+)
Muatan (+) dan (-) /dipole
Muatan (-)
Muatan (+) dan (+)
Rumus :
E=
sehingga
qQ 1
1 Q
E 

2
4o r q 4o r 2
1
Contoh Soal
3. Dua buah muatan tersusun seperti
gambar berikut!
Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC dan k = 9
x 109 N m2 C− 2 tentukan besar dan
arah kuat medan listrik pada titik P
yang terletak 4 cm di kanan Q1 !
Pembahasan :
E=
Arahnya ke arah kanan.
•Dipol Listrik
Q+
Jika dua buah muatan
berlawanan ”diposisikan”
sejauh d seperti pada
gambar maka terbentuk
sebuah sistem sumber
listrik statis yang disebut
dipol listrik.
d
Q-
Dipol listrik ini diukur oleh sebuah besaran
bernama momen dipol p yang didefinisikan
sebagai perkalian muatan q dengan jarak
antar muatannya (d)
p = qd
jika berada dalam medan magnet E, momen
dipol ini akan berputar hingga
sejajar dengan medan megnetnya. Torsi dari
putaran ini dapat dihitung melalui :
Contoh Soal
4. Sebuah dipol listrik memiliki momen dipol sebesar 1
e⋅nm dikenakan padanya medan listrik 5x103 N/C
dengan arah 30o terhadap dipol. Hitunglah besarnya
torsi yang timbul
Pembahasan :
Momen dipol 1 e⋅nm = 1(1,6 x 10-19 C)(10-9 m) = 1,6 x 10-28 Cm
Ʈ=pxE
= p E sin ǿ
= (1,6x10-28 )(5x103 N/C)sin 30o = 4x10-23 Nm