Pert 3. potensial listrik dan kapasitor

Efek distribusi bermuatan dapat dijelaskan
dengan :
Vektor medan listrik E
Skalar potensial listrik V
Selisih potensial titik A dan B : mengukur kerja
yang dilakukan untuk memindahkan muatan
uji q0 dari B ke A dengan kecepatan konstan
W + VA < VB
W - VA > VB
W nol VB = VA
wBA
VB − VA =
q0
W tidak tergantung pada jalan yang ditempuh
skalar, titik awal dan titik akhir
Permukaan ekipotensial tempat kedudukan
titik-titik yang semuanya mempunyai potensial
listrik yang sama
Equipotential surface
Karena potensial listrik adalah energi potensial elektrostatik per
satuan muatan, maka satuan SI untuk beda potensial adalah joule
per coulomb atau volt (V).
1 V = 1 J/C
Karena diukur dalam volt maka beda potensial terkadang disebut
voltase atau tegangan.
Jika diperhatikan dari persamaan beda potensial yang merupakan
integral dari medan listrik E terhadap perubahan jarak dl, maka
dimensi E dapat juga disebut:
1 N/C = 1 V/m
Oleh karenanya maka Beda Potensial (V) = Medan Listrik (E) x Jarak
(L) Satuan V = (V/m).(m)
Potensial dan Medan Listrik
Ada gaya F yang
mengimbangi gaya
medan listrik
sehingga kecepatan
muatan konstan
Kerja yang dilakukan
oleh gaya F
WAB = F d = q0Ed
WAB
VB − VA =
=Ed
q0
B
dl
F
d
q0
q0E
A
E
Potensial oleh muatan titik
1 q
V=
4ππ0 r
B
rB
A
rA
VB − VA = − ∫ E.dl = − ∫ E dr
q
VB − VA = −
4ππ0
dr
q 1 1
∫r r 2 = 4ππ0  rB − rA 
A
rB
Potensial oleh sekelompok muatan titik
Muatan titik :
Menghitung potensial
Vn yang disebabkan
oleh setiap muatan lalu
menjumlahkannya
1
V = ∑ Vn =
4ππ0
n
qn
∑n r
n
Muatan kontinyu :
1
dq
V = ∫ dV =
4ππ0 ∫ r
Soal
y, cm
P2
10 cm
6 cm
4 cm
q1=5nC
+
P1
8 cm
+
x, cm
q2=5nC
Dua muatan titik positif sama
besarnya + 5 nC pada sumbux. Satu di pusat dan yang lain
pada x = 8 cm seperti
ditunjukkan pada gambar.
Tentukan potensial di
a. Titik P1 pada sumbu x di x=4
cm
b. Titik P2 pada sumbu y di y =
6 cm.
kqi kq1 kq2
(9 ×109 Nm 2 / C 2 )(5 ×10 −9 C )
=
+
= 2×
(a). V = ∑
r10 r20
0,04 m
i ri 0
V = 2250 V
kqi kq1 kq2
=
+
(b). V = ∑
r10 r20
i ri 0
(9 × 109 Nm 2 / C 2 )(5 ×10 −9 C ) (9 ×109 Nm 2 / C 2 )(5 × 10 −9 C )
V=
+
0,06 m
0,10 m
V = 749 V + 450 V = 1200 V
Kapasitor dan
Dielektrik
Kapasitor.
Kapasitor terdiri dari dua permukaan konduktor yang
dipisahkan oleh suatu bahan isolator yang disebut sebagai
dielektrik.
Permukaan konduktor tersebut dapat berupa plat
berbentuk bulat atau persegi atau berupa silinder atau
bola.
Kegunaan kapasitor adalah sebagai media penyimpanan
energi listrik dalam bentuk elektrostatis dalam bahan
dielektrik.
A
B
I
Kapasitor plat sejajar.
Plat A terhubung dengan kutub positif
batere yang menyerap elektronnya
sehingga menjadi positif.
Plat B terhubung dengan kutub negatif
batere
yang
kelebihan
elektron
sehingga menjadi negatif.
Beda
Potensial
kedua
plat
menyebabkan tekanan elektrostatis
pada bahan dielektrik antara keduanya
sehingga terjadi penyimpanan listrik
elektrostatis diantara kedua plat.
Kapasitansi.
Definisi kapasitansi adalah jumlah muatan yang dibutuhkan
untuk menghasilkan beda potensial antara plat-plat
kapasitor.
Jadi jika kita memberikan muatan sebesar Q Coulomb pada
salah satu plat kapasitor yang menghasilkan beda potensial
V volt antara kedua platnya, maka kapaistansinya adalah :
C = Q/V Coulomb/Volt
Satuan Coulomb/Volt disebut farad (F)
1 farad berarti kapasitansi dari suatu kapasitor yang
membutuhkan muatan 1 coulomb untuk menghasilkan beda
potensial 1 volt antara kedua platnya.
Kapasitor Plat Sejajar.
Suatu kapasitor yang terdiri dari dua plat sejajar M dan N
dengan luas A2 yang terpisah dengan jarak d , berlaku :
Q V
E=
=
ε0 A d
.
Q ε0 A
=
=C
V
d
ε0 A
C=
d
M
Q
N
εr
E
A
d