TI205-111061-803-1 2074KB Jun 30 2011 11:28:51 AM

Muatan & Materi
1
Muatan Listrik
Muatan Listrik terdiri atas :
 Elektron yang membawa muatan negatif.
 Proton yang membawa muatan positif.
Muatan 1 elektron = -1,6x10-19 coulomb
Muatan 1 proton = +1,6x10-19 coulomb
Muatan Listrik dari suatu benda ditentukan oleh jumlah
proton dan elektronnya.
 Bila benda kelebihan elektron (Σ elektron > Σ proton),
maka benda bermuatan negatif.
 Bila benda kekurangan elektron (Σ elektron < Σ proton),
maka benda bermuatan positif.
 Bila Σ elektron = Σ proton, maka benda bermuatan netral.
2
Sifat Muatan Listrik

Muatan sejenis akan tolak-menolak.
+

+
-
Muatan tidak sejenis akan tarik-menarik.
+

-
-
Gaya Coulomb yang dialami oleh sebuah muatan yang
dipengaruhi muatan-muatan lain dilukiskan sbb :
q1
q2
q
q3
+
+
+
+
F3
F1 F2
Besar gaya Coulomb pada muatan q adalah:
F = F1 + F2 + F3
Besar gaya Coulomb F adalah jumlah gaya-gaya Coulomb
yang berasal dari masing-masing muatan secara vektor.
3
Hk.Coulomb yang dinyatakan oleh Charles Augustin de
Coulomb (1786) adalah sbb :
“Gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan listrik
sebanding dengan muatan-muatannya dan
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara
kedua muatan.”
1 q1q2
F12 
2
40 r12
dengan :
F = gaya Coulomb (Newton)
q = muatan listrik (Coulomb)
r = jarak kedua muatan (meter)
εo = permitivitas listrik dalam ruang hampa/udara
K = konstanta = 1/4πεo = 9x109 N.m2/C2
4
y

F12
q1

r1

r12
q2
Sebuah benda titik bermuatan
 q1
berada pada vektor posisi r1 , dan
benda bermuatan q2 ada pada

vektor posisi r2.
Vektor posisi q1 relatif terhadap
q2 adalah 
 
r12  r1  r2

Vektor satuan pada arah r12dituliskan

r2
x


r
r
ˆr12  12  12
r12 r12

Secara kuantitatif gaya F12 pada q1 yang disebabkan oleh q2
dapat dituliskan sbb :

1 q1q2
F12 
rˆ
2 12
40 r12
5
Gaya oleh beberapa buah muatan
 q2
q2
r12
q1

r1

r2

r4
q1

r3
q3

r14

r13
q3
q4
q4
Gb. (a)Vektor posisi qi,q2,q3 dan q4 (b)Posisi relatif q1 terhadap q2,q3
dan q4
Bila q1, q2, q3 dan q4 terpasang kuat pada posisi masing-masing, gaya
resultan yang bekerja pada q1 oleh karena q2, q3 dan q4 adalah
 


F1  F12  F13  F14


F12 gaya pada q1 oleh q2, F13 gaya pada q1 oleh q3, dsb.
Jadi gaya pada q1 oleh beberapa muatan adalah superposisi gaya
interaksi antara q1 dengan masing-masing muatan.
6
3. Diketahui ada tiga muatan sbb. Besar muatan q =
+1μC, q1 = +5 μC, q2 = +3 μC. Kedudukan
muatan-muatan itu dilukiskan oleh gambar di bawah
ini.
q1
q
10 cm
q2
10 cm
Berapa besar gaya Coulomb pada muatan q?
7
4. Sebuah benda bermassa 20 gram dan bermuatan q =
+0,5 μC digantungkan pada seutas tali ringan yang
massanya dapat diabaikan. Tepat di sebelah kanan
benda pada jarak 15 cm diletakkan muatan q’ = -1 μC
yang menyebabkan posisi benda menjauhi seperti pada
gambar di bawah ini. Jika k = 9.109 Nm2/C2 dan g = 10
m/s2, tegangan pada tali adalah…
q
q'
+
-
15 cm
8
5. Sebuah partikel bermuatan +5,0 μC diletakkan pada
garis hubung di antara partikel-partikel bermuatan -0,9
μC dan -0,4 μC yang berjarak 0,50 m. Agar partikel
tersebut tidak merasakan gaya Coulomb yang
disebabkan oleh kedua partikel bermuatan negatif,
maka partikel bermuatan +5,0 μC harus diletakkan di…
9
6. Kita mempunyai 2 buah benda titik bermuatan. Yang
satu terletak pada koordinat (2,0) dengan muatan q1 =
10 C, dan yang lain terletak pada koordinat (5,4)
dengan muatan q2 = -5 C. Tentukan vektor gaya yang
bekerja pada muatan q2 karena gaya Coulomb oleh q1.
Posisi koordinat dinyatakan dalam km.
10
Konduktor dan Isolator
 Bahan-bahan perak, tembaga, dan aluminium
yang dapat dialiri arus listrik atau mudah
menghantarkan arus listrik disebut konduktor
listrik
 Bahan-bahan karet dan plastik yang tidak
dapat dialiri arus listrik atau sukar
menghantarkan arus listrik disebut isolator
listrik
 Beberapa
bahan, seperti germanium dan
silikon dapat bertingkah laku kadang-kadang
sebagai konduktor dan kadang-kadang sebagai
isolator. Bahan-bahan seperti ini disebut
semikonduktor.
11

Tiga muatan titik ditempatkan pada sumbu x seperti pada
gambar. Tentukan gaya total pada muatan -5μC yang
disebabkan oleh dua muatan lain!
+3μC
20 cm
-5μC
+8μC
30 cm
12

Muatan2 yg tampak pada gambar. Tentukan gaya pada
muatan 4μC akibat dua muatan lainnya!
+4μC
20 cm
60o
+2μC
20 cm
60o
+3μC
13

Dua bola bermuatan kecil ditempatkan pada sumbu x:
+3μC pada x = 0 dan -5μC pada x = 40 cm. Dimanakah
seharusnya muatan ketiga q ditempatkan agar gaya yang
dialaminya nol?
14