Uploaded by User79728

PPT LISTRIK STATIS

advertisement
LISTRIK STATIS (Hukum Colloum)
Ni’matut Tamimah, M.Sc
Listrik Statis
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.
awal
Memberi Muatan Listrik Statis
Suatu benda dapat diberi muatan listrik statis
dengan cara menggosoknya dengan benda lain
Mengapa demikian?
Untuk jelasnya kita perlu memahami model
atom terlebih dahulu.
awal
Atom
Atom merupakan partikel
terkecil penyusun suatu unsur
yang masih memiliki sifat
unsur tersebut.
Atom terdiri dari partikelpartikel yang jauh lebih kecil
yang memiliki sifat sendiri.
Partikel-partikel tersebut
adalah proton, netron yang
terdapat dalam inti atom dan
elektron yang mengorbit inti
dengan lintasan tertentu.
awal
Atom
Proton memiliki sifat
bermuatan listrik positip
dan elektron memiliki sifat
bermuatan listrik negatip,
sedang neutron memiliki
sifat yang netral.
Besar muatan listrik proton
dan elektron sama.
awal
Atom
Atom yang netral memiliki
jumlah proton dan elektron
yang sama.
Suatu atom akan memiliki
muatan listrik negatif bila
atom tersebut kelebihan
elektron
Dan atom akan bermuatan
positip bila kekurangan
elektron
awal
Atom Netral
Atom yang netral
memiliki jumlah proton
dan elektron yang
sama.
awal
Atom Negatif
Bila suatu atom
mendapat tambahan
elektron dari atom lain,
maka atom ersebut
menjadi kelebihan
elektron
Atom menjadi
bermuatan negatip
awal
Atom Positip
Jika suatu atom
kehilangan elektron,
maka atom tersebut
menjadi kekurangan
elektron
Atom tersebut menjadi
bermuatan positip
awal
Menggosok dua jenis benda
Dua buah benda tertentu bila saling digosok,
maka kedua benda akan bermuatan listrik.
Contoh: Balon dengan kain wol,
Kaca dengan kain sutra
Mika dengan kain wol
Mika dengan kain sutra
awal
Balon dengan Kain Wol
Balon bila kita gosok
dengan kain wol maka
elektron berpindah dari
kain wol ke balon.
Sehingga balon menjadi
bermuatan listrik negatif
dan kain wol bermuatan
listrik positif
awal
Kaca dengan kain sutra
Bila kaca kita gosok
dengan kin sutra, elektron
berpindah dari kaca ke
kain sutra.
Sehingga kaca menjadi
bermuatan lisrik positip
dan kain sutra bermuatan
listrik negatif.
awal
Sifat Muatan Listrik
Dua buah benda bermuatan listrik memiliki
sifat:
• jika muatannya sama akan saling tolak
menolak
• jika muatannya berbeda akan saling tarik
menarik
Benda netral akan selalu ditarik oleh benda
bermuatan listrik
awal
Menginduksi dengan Benda
Bermuatan Listrik
Selain dengan
menggosok, suatu
benda dapat diberi
muatan listrik
dengan cara
diinduksi dengan
benda lain yang
telah bermuatan
listrik.
awal
• Gilbert, 1600, dokter istana Inggris 
electric (membedakannya dgn gejala
kemagnetan)
• Du Fay, 1700, tolak menolak - tarik menarik
 resinous (-), vitreous (+)
• Franklin, ilmuwan USA membagi muatan
listrik atas dua: positif dan negatif. Jika gelas
dengan sutera digosokkan, maka gelas akan
bermuatan positif dan sutera akan
bermuatan negatif
• Millikan, 1869 – 1953, mencari harga
muatan paling kecil, percobaan tetes minyak
Millikan
• Muatan elektron e = 1,6 10-19 C
Gilbert
Du Fay
Millikan
Hukum Coulomb
Gaya tolak menolak atau gaya tarik menarik antara dua buah
benda bermuatan listrik kita sebut gaya Coulomb sebagai
penghrgaan atas jasa Charles Augustin de Coulomb, ahli fisika
berkebangsaan Prancis yang merupakan orang pertama yang
meneliti gaya listrik dan merumuskannya secara matematis.
Dari hasil percobaannya, Disimpulkan bahwa:
Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua
muatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik masingmasing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah
antara kedua muatan listrik. (Hk. Coulomb)
awal
Hukum Coulomb
• Gaya yg dilakukan oleh satu muatan titik pada muatan titik
lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua
muatan tersebut. Besarnya gaya berbanding terbalik kuadrat
jarak keduanya, berbanding lurus dgn perkalian kedua muatan.
• Gaya tolak menolak  muatan sama
• Gaya tarik menarik  muatan beda
kq1q2
F12 
r̂12
2
r12
• Dengan k = 8,99 109 N.m2/C2
Satuan Standar Internasional
• Menurut SI satuan muatan adalah
Coulomb (C), yang didefinisikan dalam
bentuk arus listrik, Ampere (A).
• Muatan sekitar 10 nC sampai 0,1 C
dapat dihasilkan dalam laboratorium
dengan cara menempelkan bendabenda tertentu dan menggosokkannya.
Contoh Soal
• Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 C
dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah (a) besarnya
gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan
lainnya dan (b) Jumlah satuan muatan dasar pada
masing-masing muatan.
• Tiga muatan titik terletak pada sumbu x; q1 = 25 nC
terletak pada titik asal, q2 = -10 nC berada pada
x=2m, dan q0 = 20 nC berada pada x = 3,5 m.
Carilah gaya total pada q0 akibat q1 dan q2.
Solusi Soal no.1
F21
0, 05C
 q1
10 cm
0, 05C
q2 
F12
kq1q 2
F
r2
8,99x10 9 N .m 2 / C 2 0,05 x10 6 C 0,05 x10 6 C

(0,1m) 2


 2,25 x 10 -3 N
q  Ne
q 0,05 x10  6 C
11
N  

3
,
12
x
10
e
1,6 x10 19 C


Solusi Soal no.2
2m
q1 = 25nC
F10 
1,5 m
q2 = -10nC
F10
F20
q0 = 20nC
kq1q0
rˆ10
2
r10
(8,99  109 N .m 2 / C 2 )( 25  10 9 )( 20  10 9 )

i
2
(3,5m)
 (0,367 N) i
kq2 q0
F20 
rˆ20
2
r20
(8,99 109 N .m 2 / C 2 )( 10 10 9 C )( 20 10 9 C )

i
2
(1,5m)
 (- 0,799 N)i
Ftotal  F10  F20  (0,367N )i  (0,799N )i  (-0,432N)i
Soal
• Carilah resultan gaya pada muatan
20C dalam soal gambar berikut:
q2
q1
q3
Solusi Soal
(9 109 Nm2 / C 2 )( 4 10 6 C )( 20 10 6 )
F23 
 2N
2
(0,6m)
(9 109 Nm2 / C 2 )(10 10 6 )( 20 10 6 )
F13 
 1,8 N
2
(1m)
F13 x  (1,8 N ) cos 37 o  1,4 N
F13 y  (1,8 N ) sin 37 o  1,1N
Fx  1,4 N dan Fy  2,0 N  1,1N
F  1,4 2  3,12  3,4 N
3,1
dan   arctan
 66o
1,4
Medan Listrik (E)
Garis-garis medan listrik
•
•
•
•
•
Garis medan listrik bermula dari muatan + dan berakhir pada muatan –
Garis2 digambar simetris, meninggalkan atau masuk ke muatan
Jumlah garis yang masuk/meninggalkan muatan sebanding dgn besar muatan
Kerapatan garis2 pada sebuah titik sebanding dgn besar medan listrik di titik itu
Tidak ada garis2 yang berpotongan
Medan Listrik
• Untuk menghindari kesalahan yang
mungkin terjadi dalam konsep gaya
maka diperkenalkanlah konsep medan
listrik. Dimana:
F
E
( q0 kecil )
qo
• Hukum Coulomb untuk E
akibat satu muatan titik.
kqi
Ei 
rˆ
2 i0
ri 0
• Hukum Coulomb untuk E
akibat suatu sistem
muatan titik.
kqi
E   Ei   2 rˆi 0
ri 0
i
Contoh Soal
• Sebuah muatan positif q1=+8nC berada pada titik
asal dan muatan kedua positif q2=+12nC berada
pada sumbu x = 4m dari titik asal. Carilah medan
lisriknya di sumbu x untuk:
– P1 yang berjarak x=7m dari titik asal.
– P2 yang berjarak x=3m dari titik asal.
Solusi soal
3m
q2=12nC
+
P2
q1=8nC +
P1
4m
7m
E
kq1
kq2
i

2
2
x1
x2
8,99 10


 



 


Nm 2 / C 2 8 10 9 C
8,99 109 Nm 2 / C 2 12 10 9 C
i
2
7m
3m2
 (1,47 N / C )i  (12,0 N / C )i  (13,5 N / C )i (di P1 )
E
9
kq1
kq2
i

2
2
x1
x2
8,99 10

Nm 2 / C 2 8 10 9 C
8,99 109 Nm 2 / C 2 12 10 9 C
i
2
3m
1m2
 (7,99 N / C )i  (108 N / C )i  (100 N / C )i (di P2 )
9
soal
E di P3 ?
3m
q2=12nC
+
q1=8nC
+
4m
• Hitunglah nilai E di P3 !
• Berapa besar sudut yang diciptakan resultan E di
P3 terhadap sumbu x positif.
Gerak Muatan Titik di Dalam
Medan Listrik
• Muatan titik dalam medan listrik akan mengalami gaya qE.
• Sehingga percepatan partikel dalam medan listrik memenuhi:
• Didapatkan dari: Fmekanik = Flistrik
q
a
E
m
soal
• Sebuah elektron ditembakkan memasuki
medan listrik homogen E = (1000 N/C)i dengan
kecepatan awal Vo=(2 x 106 m/s)i pada arah
medan listrik. Berapa jauh elektron akan
bergerak sebelum berhenti?
Bahaya Listrik Statis
Pada truk tangki pengangkut bahan yang
mudah terbakar, dipasang rantai pada bagian
bawahnya. Ini dimaksudkan agar listrik statis
yang timbul karena gesekan ban dengan jalan
dapat dinetralkan sehingga tidak
membahayakan muatan tangki.
awal
Penggunaan Listrik Statis
Pengendap elektrostatis
Alat ini ditemukan oleh F.G. Cottrell pada tahun 1907. Alat ini
digunakan untuk membersihkan udara yang keluar dari
cerobong asap
Pengecatan Mobil
Agar mobil dapat dicat dengan rata, maka badan mobil diberi
muatan listrik yang berbeda dengan muatan listrik pada cat.
Dengan demikian cat dapat menempel kuat dan merata pada
mobil
awal
Penggunaan Listrik Statis
Mesin Fotokopi
Mesin fotokopi memanfaatkan konsep listrik statis dan optik.
Mesin ini memanfaatkan sifat unik dari logam selenium, yaitu
dapat menghantarkan listrik ketika terkena cahaya dan tidak
menghantarkan listrik ketika tidak terkena cahaya.
awal
Download