peta konsep - FisikaCeriaSite

PETA KONSEP
ELEKTROSTATIS
ELEKTROSTATIS
KUAT
MEDAN
LISTRIK
HUKUM
GAUSS
ENERGI
POTENSIAL
LISTRIK
POTENSIAL
LISTRIK
MEDAN LISTRIK
DUA KEPING
SEJAJAR
KEPING
SEJAJAR
KAPASITOR
POTENSIAL
LISTRIK DUA
KEPING SEJAJAR
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
BAHAN AJAR
ELEKTROSTATIS
A. Petunjuk Belajar
 Sebelum membaca buku ini berdoa terlebih dahulu
 Review daftar isi, lihat materi apa yang akan dipalajari terletak dihalaman berapa
 Baca buku dengan seksama
 Pahami materi pelajaran dengan baik
 Buat catatan kecil untuk inti materi yang telah dibaca
 Kerjakan contoh soal-soal latihan serta pembahansannya dengan baik dan benar.
B. Kompetensi Inti
KI. 1
KI. 2
KI. 3
1
Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong,
kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai
bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan
lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam
pergaulan dunia.
Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural, dan
metakognitif berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya,
dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
KI. 4
C. Kompetensi Dasar
KD 1.1
KD 2.1
KD 3.3
BAHAN AJAR
penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang
kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.
Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan
pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif dan
kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan
Menyadari kebesaran Tuhan yang menciptakan dan mengatur alam jagad raya melalui
pengamatan fenomena alam fisis dan pengukurannya
Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objektif; jujur; teliti; cermat; tekun;
hati-hati; bertanggung jawab; terbuka; kritis; kreatif; inovatif dan peduli lingkungan) dalam
aktivitas sehari-hari sebagai wujud implementasi sikap dalam melakukan percobaan,
melaporkan, dan berdiskusi
Menganalisa gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta
penerapannya pada berbagai kasus.
D. Indikator Pencapaian Kompetensi*)
3.3.1
Menjelaskan pengertian listrik statis
3.3.2
Mengidentifikasi peristiwa kelistrikan statis dalam kehidupan sehari-hari
3.3.3
Menjelaskan bunyi hokum coulomb
3.3.4
Menjelaskankan tentang Gaya Listrik
3.3.5
Menerapkan hokum coulomb pada berbagai kasus
3.3.6
Menjelaskan pengertian medan listrik
3.3.7
Menjelaskan energy potensial dan potensial listrik
3.3.8
Menjelaskan bunyi hukum gauss
3.3.9
Menyelidiki hubungan fluks listrik dan kuat medan listrik
3.3.10
Menerapkan hukum gauss pada bola bermuatan
3.3.11
Menganalisis hokum gauss pada inductor dan kapasitor keeping sejajar
.
2
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
A. KUAT MEDAN LISTRIK
Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda
bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik.
Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik.
Sebuah muatan positif memiliki garis gaya listrik dengan arah keluar dari muatan tersebut sedangkan sebuah muatan
negatif memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut.
Gambar 3. Arah medan listrik : (a) sejenis, (b) berlawanan jenis
Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Jika sebuah muatan uji q’
diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuat medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya
listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan
Adapun kuat medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik q di suatu titik yang berjarak r dari benda tersebut dapat
dituliskan sebagai berikut:
Ket :
E = Kuat medan listrik (N/C)
3
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
B. HUKUM GAUSS
Kita dapat menyatakan Hukum Coulomb di dalam bentuk lain, yang dinamakan Hukum Gauss, yang dapat
digunakan untuk menghitung kuat medan listrik pada kasus-kasus tertentu yang bersifat simetri.
Hukum Gauss menyatakan bahwa “jumlah aljabar garis-garis
gaya magnet (fluks) listrik yang menembus permukaan
tertutup sebanding dengan jumlah aljabar muatan listrik di
dalam permukaan tersebut”.
Pernyataan di atas itulah yang dikenal sebagai hukum Gauss
dan dapat dirumuskan sebagai berikut :
SEKILAS INFO !
Dalam bidang astronomi, Gauss
menemukan cara untuk menentukan
lintasan planet.
Faktor pembanding yang sesuai adalah Sehingga dapat
dirumuskan sebagai berikut.
atau
Fluks Medan Listrik
Fluks medan listrik yang disimbolkan
, dapat
dinyatakan oleh jumlah garis yang melalui suatu
penampang tegak lurus. Kerapatan fluks listrik pada
titik tersebut adalah jumlah per satuan luas pada titik
itu. Untuk permukaan tertutup di dalam sebuah medan
listrik maka kita akan melihat bahwa
adalah
positif jika garis-garis gaya mengarah ke luar, dan
adalah negative jika garis-garis gaya menuju ke dalam,
seperti yang diperlihatkan Gambar 3.
Sehingga,
adalah positif untuk permukaan S1 dan
negative untuk S2.
untuk permukaan S3 adalah
nol.
4
Gambar 4. Dua muatan sama besar dan berlawanan
arah. Garis putus-putus menyatakan
perpotongan diantara permukaan
tertutup hipotetik dengan bidang
gambar.
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
atau
Ket :
= fluks listrik (weber)
= kuat medan listrik (N/C)
= luas bidang yang terbatas garis-garis gaya (m2)
= sudut antara E dengan normal bidang
C. ENERGI POTENSIAL LISTRIK
Suatu muatan listrik dapat memberikan gaya listrik yang bergantung pada jenis muatannya. Gaya listrik itu ditimbulkan
karena adanya energi potensial pada muatan tersebut dengan energi potensial listrik adalah :
Ket:
= energy potensial listrik (Joule)
5
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
D. POTENSIAL LISTRIK
Jika suatu benda bermuatan positif (a) ditempatkan dalam suatu medan listrik dari muatan lain yang lebih
besar (b), maka benda (a) tersebut akan akan mendapatkan gaya listrik. Jika muatannya sejenis, maka gaya yang
bekerja akan menjauhkan benda tersebut (a) dari satu titik ke titik lain. Karena gaya tersebut dapat memindahkan
muatan lain, maka gaya tersebut dapat dikatakan telah melakukan suatu usaha.
Karena adanya usaha tersebut, maka dapat kita katakan bahwa kedua muatan tersebut memiliki beda potensial.
Dapat disimpulkan bahwa potensial listrik atau tegangan adalah besarnya usaha yang harus dilakukan untuk
menggerakkan suatu muatan listrik sebesar 1 Coloumb.
Potensial listrik tersebut dapat dirumuskan :
Ket :
V = Potensial Listrik (Volt)
W = Usaha yang dilakukan (Joule)
q = Muatan Listrik (Coloumb)
E. KEPING SEJAJAR
1. Medan Listrik di antara Dua Keping Sejajar
Pada dua keping sejajar yang mempunyai muatan listrik
sama, tetapi berlawanan jenisnya, antara kedua keping
tersebut terdapat medan listrik homogen. Di luar
kedua keping juga terdapat medan listrik yang sangat
kecil jika dibandingkan dengan medan listrik di antara
kedua keping, sehingga dapat diabaikan, seperti pada
Gambar 4. Jika luas keping A, masing-masing keping
bermuatan +q dan -q, medan listrik dinyatakan oleh
Gambar 5. Medan Listrik antara dua keeping sejajar.
banyaknya garisgaris gaya, sedangkan garis-garis gaya
dinyatakan sebagai jumlah muatan yang menimbulkan
garis gaya tersebut (Hukum Gauss). Muatan listrik tiap
satu satuan luas keping penghantar didefinisikan
sebagai rapat muatan permukaan diberi lambang
6
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
(sigma), yang diukur dalam C/m2.
Karena,
Maka:
Sehingga kuat medan listrik antara dua
keeping sejajar adalah :
2. Potensial Listrik Dua Keping Sejajar
Dua keping sejajar seluas A terpisah dengan jarak d masing-masing diberi muatan +q dan -q. Rapat
muatan listrik
Potensial listrik :
7
a.
Di antara dua keping
b.
Di luar keping
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
F. KAPASITOR
Kapasitor adalah piranti untuk menyimpan muatan dan energi. Ia terdiri dari dua konduktor, yang berdekatan
namun terpisah satu sama lain, yang membawa muatan yang sama besar namun berlawanan. Kapasitansi adalah rasio
antara besar muatan Q pada masing-masing konduktor dengan beda potensial V di antara konduktor-konduktor tersebut
Kapasitansi bergantung semata-mata pada susunan geometris konduktor dan bukan pada muatan atau beda
potensialnya.
Dua plat sejajar yang bermuatan listrik dapat menyimpan energi listrik karena medan listrik timbul di antara dua
plat tersebut. Kapasitansi suatu kapasitor keping-paralel berbanding lurus dengan luas keping dan berbanding terbalik
terhadap jarak pemisah :
Ket :
C = kapasitansi kapasitor
= permitivitas ruang hampa
)
= luas permukaan
r= jarak antar keeping (m)
Apabila dua buah kapasitor atau lebih dihubungkan secara paralel, kapasitansi ekivalen kombinasinya adalah
jumlah kapasitansi tunggal
8
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
Apabila dua buah kapasitor atau lebih dihubungkan
secara seri, kebalikan kapasitansi ekivalen diperoleh dengan
menjumlahkan kebalikan muatan-muatan kapasitor
tunggalnya :
9
BAHAN AJAR
SEKILAS INFO !
Dua kapasitor yang disusun seri, beda
potensial yang lebih besar terdapat pada
kapasitor yang kapasitansinya lebih kecil.
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
BAHAN AJAR
Latihan
-4
-4
1. Dua titik A dan B berjarak 5 meter, masing-masing bermuatan listrik +5x10 C dan -2x10 C. Titik C terletak
di antara A dan B berjarak 3 m dari A dan bermuatan listrik +4x10-5 C. Hitung besar gaya elektrostatis dari C!
(key : 38 N ke kanan)
2. Diketahui segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 3 dm. Pada titik sudut A dan B masing-masing terdapat
muatan +4 μC dan -1,5 μC, pada puncak C terdapat muatan +2× 10-5 C. Hitunglah gaya elektrostatis total di
puncak C!
(key : F C =7 N)
3. Bola konduktor dengan jari-jari 10 cm bermuatan listrik 500 μC. Titik A, B, dan C terletak segaris terhadap
pusat bola dengan jarak masing-masing 12 cm, 10 cm, dan 8 cm terhadap pusat bola. Hitunglah kuat medan
listrik di titik A, B, dan C!
(key :
,
,
)
4. Titik P, Q, dan R terletak pada satu garis dengan PQ = 2 m dan QR = 3 m. Pada masing-masing titik terdapat
muatan 2 μC, 3 μC, dan -5 μC. Tentukan besarnya energi potensial muatan di Q!
(key :
)
5. Bola kecil bermuatan +2 μC , -2 μC , 3 μC , dan -6 μC diletakkan di titik-titik sudut sebuah persegi yang
mempunyai panjang diagonal 0,2 m. Hitung potensial listrik di titik pusat persegi !
10
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |
ELEKTROSTATIS
(key :
BAHAN AJAR
)
6. Jika muatan dan kapasitas kapasitor diketahui berturut-turut sebesar 5 μC dan 20 μF, tentukan beda potensial
kapasitor tersebut!
(key : V=0,25 volt)
7. Sebuah kapasitor mempunyai luas bidang 4 cm2 dan jarak kedua bidang 0,4 cm. Apabila muatan masing-
masing bidang 4,425 μC dan permitivitas listrik udara
, tentukan:
a. kapasitas kapasitor,
b. kapasitas kapasitor apabila diberi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik 5,
c. beda potensial antara kedua bidang kapasitor!
(key : (a) C=0,885 pF ; (b) C=4,435 pF ; (c) V=1 MV)
11
BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS XII SEMESTER I |