Muatan listrik

LISTRIK STATIS
Muatan Listrik
• Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki suatu
benda, yang membuatnya mengalami gaya pada benda
lain yang berdekatan dan juga memiliki muatan listrik.
• Simbol Q sering digunakan untuk menggambarkan
muatan.
• Sistem Satuan Internasional dari satuan Q adalah
coulomb, yang merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar.
• Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu
berupa proton (muatan positif) maupun elektron
(muatan negatif).
Muatan Listrik
• Muatan listrik total suatu atom atau materi ini
bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron.
• Sementara atom yang kelebihan elektron akan
bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung
dari kelebihan atau kekurangan elektron ini.
• Dalam atom yang netral, jumlah proton akan
sama dengan jumlah elektron yang
mengelilinginya (membentuk muatan total yang
netral atau tak bermuatan).
Gaya Antar Muatan
• Charles Augustine Coulumb mengemukakan bahwa dua
muatan listrik sejenis akan tolak-menolak dan tidak sejenis
akan tarik menarik.
• Dari hasil percobaan menunjukkan bahwa besarnya gaya
tolak-menolak atau tarik-menarik antara dua benda
bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan benda
masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat
jarak antara kedua benda. Itulah yang dinamakan Hukum
Coulumb.
Hukum Coulomb
• Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya
yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu,
dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya.
• Secara matematis hukum Coulumb tersebut dapat dituliskan :
Dimana:
F = gaya tolak-menolak atau tarik-menarik satuannya Newton
Q1, Q2 = muatan listrik satuannya Coulumb
r = jarak kedua muatan satuannya meter
k = konstanta pembanding 9 x 109 Nm2C-2
• Apabila dua muatan listrik masing-masing 1 Coulumb, berjarak 1 m, maka
akan mengalami gaya listrik antara dua muatan listrik tersebut sebesar 9 x
109 N.
Hukum Coulomb dalam Vektor
• Dalam notasi vektor, hukum Coloumb dapat
dituliskan sebagai
• yang dibaca sebagai gaya yang dialami oleh
muatan q1 akibat adanya muatan q2.
Medan Listrik
• Medan listrik adalah efek
yang ditimbulkan oleh
keberadaan muatan
listrik, seperti elektron,
ion, atau proton, dalam
ruangan yang ada di
sekitarnya.
• Medan listrik memiliki
satuan N/C atau dibaca
Newton/coulomb
Contoh medan listrik yang
timbul dari muatan listrik q1
dan q2
Kuat Medan Listrik
• Rumus matematika untuk medan listrik dapat
diturunkan melalui Hukum Coulomb, yaitu
gaya antara dua titik muatan:
• Medan listrik didefinisikan sebagai suatu
konstan perbandingan antara muatan dan
gaya
• Dalam rumus listrik sering ditemui konstanta k
sebagai ganti dari
di mana konstanta k
tersebut bernilai :
• yang kerap disebut konstanta kesetaraan gaya
listrik
Kuat Medan Listrik
• Untuk menghitung medan listrik di suatu titik
akibat adanya sebuah titik muatan q yang
terletak di digunakan rumus :
Kuat Medan Listrik
• Medan listrik dapat ditimbulkan oleh lebih dari
satu muatan listrik.
• Medan listrik di titik akibat adanya muatan qi
yang terletak di dituliskan sebagai :
• Kuat medan listrik oleh beberapa titik muatan
listrik q1, q2, q3, … sama dengan jumlah vektor–
vektor kuat medan listrik oleh masing–masing
titik muatan listrik, yaitu :
Garis Gaya Medan Listrik
• Garis gaya medan listrik adalah suatu abstraksi
atau gambaran yang menyatakan arah medan
listrik di berbagai tempat di dalam ruang
bermedan listrik
• Garis medan listrik atau garis gaya listrik
digambarkan keluar dari muatan positif
menuju muatan negatif.
Garis Gaya Medan Listrik
• Gambar a merupakan partikel bermuatan positif, Arah medan
listrik pada gambar a keluar dari partikel bermuatan positif.
Gambar b merupakan partikel bermuatan negatif, arah medan
listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah
partikel
Garis Gaya Medan Listrik
• Gambar a merupakan interaksi dua partikel
yang berlainan jenis. Gambar b merupakan
interaksi dua partikel yang muatanya sama.
Fluks Listrik
• Fluks listrik merupakan garis-garis medan listrik
yang melewati suatu luas permukaan tertentu.
• Secara matematis, fluks listrik adalah hasil kali
antara medan listrik (E), luas permukaan (A) dan
cosinus sudut antara garis medan listrik dengan
garis normal yang tegak lurus permukaan.
Φ = E A cos θ
Fluks Listrik
• Jika garis-garis medan listrik tegak lurus dengan
luas permukaan yang dilewatinya seperti pada
gambar, maka sudut antara garis medan listrik
dengan garis normal adalah 0o, di mana cos 0o =
1. Dengan demikian rumus fluks listrikberubah
menjadi :
Φ = E A cos 0o = E A (1)
Φ=EA
Rapat Fluks
• Rapat fluks listrik di titik yang jaraknya R dari
muatan titik Q adalah jumlah fluks listrik dibagi
luas bola yang jari-jarinya R
• Hubungan rapat fluks listrik dan medan listrik
berlaku juga untuk muatan garis dan bidang
Q
Q
D

2
Sbola 4R
D  o E
1 Q
E
2
4o R
1 Q
 D
a
2 R
4 R
 D  o E
Contoh Soal
• Suatu muatan garis sebesar 8 nC/m
terletak di sumbu z. Hitung rapat
fluks listrik di  = 3 m
Jawaban
L
E
a
2o 
 D  o E
9
9
L
8x10
1,273x10
D
a 
a 
a
2
2

9
1,273x10
nC
3  D
a   0,424 a  2
3
m
Hukum Gauss
• Hukum Gauss menjelaskan hubungan antara jumlah
garis gaya yang menembus permukaan yang
melingkupi muatan listrik dengan jumlah muatan yang
dilingkupi.
• Bunyi Hukum Gauss :
“Fluks total yang melalui sebuah permukaan tertutup
sama dengan sebuah konstanta kali muatan total yang
tercakup”
Φ = EA cos θ =
atau
Hukum Gauss
• Hukum Gauss dapat digunakan untuk
menghitung kuat medan listrik dari suatu sistem
muatan yang muatannya terdistribusi seragam.
• Untuk konduktor dua keping sejajar, misalkan,
luas tiap keping A dan masing-masing keping
diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis +q
dan –q.
• Jumlah garis medan yang menembus keping
adalah:
Φ= EA cos θ =
• Gambar konduktor 2 keping
sejajar
• Berdasarkan gambar
disamping, medan listrik E
menembus keping secara
tegak lurus , maka θ = 0, dan
cos 0 =1, sehingga persamaan
menjadi:
EA =
E=
dengan σ = rapat muatan listrik,
sebagai muatan per satuan luas
Permitivitas
• Permittivitas adalah suatu kuantitas fisik yang mengambarkan
bagaimana medan listrik memengaruhi dan dipengaruhi oleh suatu
medium dielektrik, dan nilainya ditentukan oleh kemampuan bahan
dari medium untuk terpolarisasi sebagai respons dari medan
tersebut, yang pada akhirnya juga mengurangi medan listrik dalam
bahan
• Permittivitas berkaitan dengan kemampuan suatu material untuk
menyampaikan atau memperbolehkan (atau permit dalam bahasa
Inggris) suatu medan listrik.
• Dalam ruang hampa atau tanpa adanya medium, permittivitas
dilambangkan dengan εo = 8.85… × 10−12 F/m, sedangkan dalam
bahan atau medium, dilambangkan dengan ε, yang merupakan hasil
perkalian nilai permittivitas dalam vakum dengan nilai permittivitas
relatif.
Permitivitas
• Permitivitas mencirikan kecenderungan muatan
atom dalam bahan isolator akan terdistorsi di
hadapan medan listrik.
• Semakin besar kecenderungan muatan
mengalami distorsi (juga disebut polarisasi listrik),
semakin besar nilai permitivitas.
• Permitivitas merupakan cara untuk mengukur
tingkat resistensi yang dialami setiap kali adanya
medan listrik di dalam medium.
Permitivitas
• Permitivitas dapat digambarkan sebagai
perhitungan yang terkait dengan bagaimana
pengaruh medan listrik yang dipengaruhi
medium dielektrik