Bab 22 Muatan dan Medan Listrik

advertisement
Bab 1
Muatan dan Medan Listrik
Abdillah, S.Si,
MIT
Tujuan Hari ini
Memahami
o teori muatan dan atom
o hukum Coulomb
o medan listrik
o dipol listrik
Muatan (charge)
Dalam ilmu listrik, konsep
dasarnya adalah muatan.
Ilmu listrik hanya menjelaskan
bagaimana muatan bertingkah
laku, bukan muatan itu apa.
Teori Muatan
o
o
o
Ada dua jenis muatan: positif dan
negatif
Dua muatan positif atau dua
muatan negatif saling tolakmenolak
Sebuah muatan positif dan sebuah
muatan negatif saling tarikmenarik
Teori Atom
Muatan elektron e = 1,602 X 10-19
C
Massa elektron me = 9,1 X 10-31
Perhatian
o
o
Muatan sejenis tidak berarti kedua
muatan tersebut identik, hanya
bahwa kedua muatan memiliki tanda
aljabar yang sama (keduanya
positif atau keduanya negatif)
Muatan berlawanan berarti kedua
muatan memiliki tanda yang
berlawanan
Hukum Coulomb
Untuk muatan q1 dan q2 yang terpisah
sejauh r, besarnya gaya listrik pada
masing-masing muatan adalah
F = 1
|q1 q2|
4o
r2
1 = k = 9,0 X 109 N . m2/C2
4o
Strategi Penyelesaian
Soal
Hukum Coulomb
o Jarak harus dinyatakan satuan dalam
m, muatan dalam C dan gaya dalam N
o Gaya listrik adalah sebuah vektor,
sehingga gaya total pada muatan adalah
jumlah vektor dari gaya-gaya individu
o Dalam kasus distribusi kontinu dari
muatan, jumlah vektor dapat dihitung
dengan cara integral
Contoh Soal
Gaya listrik versus gaya gravitasi
Sebuah partikel alpha mempunyai
masa m=6,64 X 10-27 kg dan muatan
q=+2e. Bandingkanlah gaya tolak
listrik antara dua partikel alpha
dengan gaya tarik gravitasi di
antaranya.
Penyelesaian
Diketahui : m = 6,64 X 10-27 kg
q = +2e = 3,2 X 10-19 C
Ditanya : Fe /Fg = ?
Jawab : Fe = 1
q2
4o
r2
Fg = G m2
r2
Medan Listrik
Medan listrik E adalah gaya listrik
per satuan muatan qo yang
dikerahkan pada muatan tsb.
E = Fo / qo
qo
E
Fo
Perhatian
o
o
Gaya listrik pada sebuah benda
yang bermuatan dikerahkan oleh
medan listrik yang diciptakan oleh
benda bermuatan lainnya.
Persamaan Fo = qo E dapat
digunakan hanya untuk mencari
gaya listrik pada sebuah muatan
titik.
Vektor Medan Listrik
E = 1
|q|
listrik
4o r2
muatan titik )
E =
1
q r
( besarnya medan
dari sebuah
(medan listrik dari
Strategi Penyelesaian
Soal
Penghitungan Medan Listrik
o Satuan harus konsisten, jika diberi cm
atau nC, jangan lupa
mengkonversikannya
o Medan listrik adalah sebuah vektor,
sehingga medan total adalah jumlah
vektor dari medan individu
o Ingat bahwa vektor E yang dihasilkan
oleh muatan titik positif arahnya
menjauhi muatan tersebut dan begitu
Contoh Soal
Elektron dalam sebuah Medan
Homogen
B
Sebuah medan listrik
di antara dua
pelat konduktor sejajar adalah
E=1,00 X 10-4 N/C dengan arah ke
atas. a) Jika sebuah elektron
dilepaskan dari keadaan diam di
pelat sebelah atas, berapakah
percepatannya? b) Berapa laju dan
energi kinetik yang diperoleh
Penyelesaian
Diketahui : me = 9,11 X 10-31 kg
1,60 X 10-19 C
E = 1,00 X 10-4 N/C
Ditanya : a) ay = ?
b) vy , K = ?
c) t = ?
Jawab :
-e = -
Penyelesaian
b) v0y = 0, y0 = 0 dan y = -1,0 X 102 m
vy2 = v0y2 + 2ay (y –y0) = 2ay y
Penyelesaian
c) vy = v0y + ay t
Kita dapat juga mencari waktu itu
dengan memecahkan persamaan
untuk t.
y = y0 + v0y t + ½ ay t2
Garis Medan Listrik
Garis Medan Listrik
Perhatian
o
Jika sebuah partikel bermuatan
bergerak dalam sebuah medan
listrik, maka lintasan partikel
tersebut tidak sama seperti garis
medan, kecuali garis-garis medan
tersebut adalah garis lurus dan
partikel dilepas dalam keadaan
diam
Dipol Listrik
Sebuah dipol listrik adalah
sepasang muatan listrik yang
besarnya sama, tetapi tandanya
berlawanan dan terpisah sejauh d.
p
F+= q E
d
F- = -q E
E

d sin 
Gaya pada Dipol Listrik
Gaya F+ dan F- pada kedua
muatan itu mempunyai besar qE
yang sama, tetapi arahnya
berlawanan, dan jumlah kedua
gaya itu sama dengan nol.
p
F+= q E
d
F- = -q E
E

d sin 
Torsi pada Dipol Listrik
Torsi dihitung terhadap pusat dipol.
Jika  adalah sudut antara medan
listrik dan sumbu dipol, maka lengan
tuas untuk kedua F+ dan F- adalah (d
/2) sin .
Torsi dari F+ dan F- mempunyai
besar yang sama, (qE)(d /2) sin ,
dan kedua torsi merotasikan dipol
itu dalam arah perputaran jam. Maka
besar torsi netto sama dengan dua
kali besar torsi individu:  = (qE)
Momen Dipol Listrik
Hasil kali muatan q dan jarak d
dinyatakan sebagai momen dipol
listrik p mempunyai besar p = qd
Arah vektor p adalah dari muatan
negatif menuju muatan positif.
Torsi vektor  = p X E
dan besarnya  = pE sin 
Energi Potensial Dipol
Listrik
Kerja dW yang dilakukan oleh
sebuah torsi  selama pergeseran d
yang sangat kecil diberikan oleh
persamaan:
dW =  d
Karena torsi tsb adalah dalam arah
yang semakin berkurang,  = -pE sin
sehingga
dW = -pE sin d
Energi Potensial Dipol
Listrik
Dalam suatu pergeseran berhingga,
kerja total yang dilakukan pada dipol
tsb adalah
φ2
W  (-pEsin φ ) dφ  pEcos
φ2 - pEcos
φ1
φ1
Karena W = U1 – U2, maka U() = - pE
cos 
Perkalian skalar p . E = pE cos 
sehingga U() = - p . E
Saran
o
o
o
Kerjakan latihan bab 22 dari
soal-soal nomor ganjil
Mulailah dengan apa yang
diketahui dan apa yang
ditanyakan
Tulis di buku khusus latihan
Download