muatan listrik dan medan listrik

Hand Out Kuliah Fisika
69
Hand Out Kuliah Fisika
70
kelipatan bilangan bulat dari
terkuantisasi.
+ e atau − e ; yaitu, muatan
Ada dua jenis muatan listrik, positif dan negatif.
Tanda-tanda ini harus diperhitungkan secara aljabar –
artinya, setiap muatan merupakan plus atau minus sekian
Coulomb (C), dalam satuan SI.
6. Sebuah benda bisa menjadi bermuatan dengan
menggosoknya (di mana elektron dipindahkan dari satu
materi ke yang lainnya), dengan konduksi (yang
merupakan perpindahan muatan dari satu benda
bermuatan ke yang lainnya dengan cara bersentuhan),
atau dengan induksi (pemisahan muatan di dalam benda
yang diakibatkan oleh dekatnya benda lain yang juga
bermuatan, tetapi tanpa bersentuhan).
2. Mutan listrik bersifat kekal: jika sejumlah tertentu
dari satu jenis muatan dihasilkan pada suatu proses,
jumlah yang sama dari jenis yang berbeda juga
dihasilkan; dengan muatan total yang dihasilkan adalah
nol.
7. Mutan listrik memberikan gaya satu sama lain. Jika dua
muatan memiliki jenis yang berbeda, satu positif dan
satu negatif, mereka akan saling memberikan gaya tarik.
Jika kedua muatan tersebut berjenis sama, keduanya
akan saling menolak.
3. Menurut teori atom, listrik berasal dari atom, yang
terdiri dari inti yang bermuatan positif yang dikelilingi
oleh elektron yang bermuatan negatif. Setiap elektron
8. Besar gaya yang diberikan satu muatan titik pada yang
lainnya sebanding dengan hasil kali muatan-muatan
tersebut, dan berbanding terbalik dengna kuadrat jarak
di antaranya:
MUATAN LISTRIK DAN MEDAN
LISTRIK
1.
memiliki muatan
e = −1,6 × 1019 C .
4. Konduktor adalah materi di mana banyak elektron
bergerak bebas, sementara isolator listrik adalah
materi di mana hanya ada beberapa elektron yang
bergerak bebas.
5. Sebuah benda bermuatan negatif jika mempunyai
kelebihan elektron, dan bermuatan positif jika
mempunyai lebih sedikit elektron dari jumlah normalnya.
Dengan demikian, muatan pada semua benda merupakan
Oleh: Dr. Mitrayana, M.Si., E-mail: [email protected]
F =k
Q1Q2
;
r2
(1)
ini merupakan hukum Coulomb. Dalam satuan SI,
k sering kali dituliskan sebagai 1 4πε o .
9. Kita menganggap medan listrik berada di ruang sekitar
muatan atau sekumpulan muatan. Gaya pada benda
bermuatan lainnya dikatakan, disebabkan oleh medan
listrik yang ada di lokasi tersebut.
Oleh: Dr. Mitrayana, M.Si., E-mail: [email protected]
Hand Out Kuliah Fisika
71
Hand Out Kuliah Fisika
72
r
10. Medan listrik, E , pada semua titik di ruang yang
disebabkan oleh satu atau lebih muatan, didefinisikan
sebagai gaya per satuan muatan yang bekerja pada
muatan tes q yang diletakkan pada titik itu:
r
r F
E=
q
(2)
Contoh soal:
1.
Garis listrik pada elektron oleh proton. Tentukan besar
gaya listrik pada elektron di atom hidrogen diberikan
oleh satu proton ( Q2 = + e ) yang merupakan intinya.
Anggap elektron “mengorbit” proton pada jarak ratarata
11. Medan listrik pada titik
r
pada titik ri adalah:
r = 0,53 × 10−10 m.
P akibat suatu muatan titik qi
r
kq
Ei = 2i rˆio
ri 0
rio adalah jarak dari muatan qi ke titik P dan
r̂io adalah vektor satuan yang mengarah dari qi ke P .
2. 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.
di mana
Medan listrik akibat beberapa muatan merupakan
jumlah vektor dari medan akibat masing-masing muatan:
r
r
kq
E = ∑ Ei = ∑ 2i rˆio
rio
i
12. Medan litrik digambarkan dengan garis-garis medan
listrik yang dimulai pada muatan positif dan berakhir
pada muatan negatif. Arahnya menunjukkan arah gaya
pada suatu muatan tes kecil yang diletakkan pada sutau
titik.
Garis-garis
tersebut
dapat
digambarkan
sedemikian sehingga jumlah per satuan luas sebanding
dengan besar E .
13. Medan listrik statis (yaitu, tidak ada muatan yang
bergerak) di dalam konduktor yang baik adalah nol, dan
garis-garis medan listrik di luar konduktor yang
bermuatan tegak lurus terhadap permukaannya.
Oleh: Dr. Mitrayana, M.Si., E-mail: [email protected]
3. Gaya listrik dengan menggunakan komponen-komponen
vektor. Hitung gaya elektrostatik total pada muatan
Q3
sebagaimana ditunjukkan pada gambar yang disebabkan
oleh muatan-muatan Q1 dan Q2 .
4. 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 × 10−6 C .
5. 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?
Oleh: Dr. Mitrayana, M.Si., E-mail: [email protected]
Hand Out Kuliah Fisika
73
Hand Out Kuliah Fisika
6. 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 Q2 .
Soal latihan:
1.
Berapa banyak elektron yang terdapat pada muatan −30
µC?
2. Dua partikel asap yang bermuatan saling memberikan
gaya sebesar
4,2 × 10−2 N. Berapa besar gaya jika
keduanya dipindahkan sehingga
seperdelapan dari semula?
hanya
berjarak
3. Partikel dengan muatan +70, +48, dan −80 µC diletakkan
pada garis. Yang berada ditengah berjarak 0,35 m dari
dua yang lainnya. Hitung gaya total pada setiap muatan
yang disebabkan oleh dua yang lainnya.
4. Sebuah proton dilepaskan pada medan listrik seragam,
dan mengalami gaya listrik sebesar
3,2 × 10−14 N menuju
selatan. Berapa besar dan arah medan listrik?
5. Hitung medan listrik pada pusat bujur sangkar dengan
sisi 60 cm jika satu sudut diisi dengan muatan +45 µC
dan tiga sudut lainnya diisi dengan muatan-muatan −31
µC.
Oleh: Dr. Mitrayana, M.Si., E-mail: [email protected]
Oleh: Dr. Mitrayana, M.Si., E-mail: [email protected]
74