Rencana Penyelenggaraan International Conference · 3. Suatu muatan q1 = -2.0 μC diletakkan di...

FISIKA DASAR

Oleh Wayan Suparta, PhD

Prodi Informatika

Pertemuan 13: IFA 103 (2 SKS)

Universitas Pembangunan Jaya

(Listrik Statik)

LISTRIK STATIK

Sub Pokok Bahasan:

1. Hukum Coulomb

2. Kapasitor

3. Energi potensial listrik

Capaian Pembelajaran: • Mampu menjelaskan Hukum Coulomb dan aplikasinya;

• Mampu menjelaskan terjadinya medan listrik, potensial listrik

dan nergi potensial listrik;

• Menguasai konsep Kapasitansi Kapasitor dan Kapasitor

Dielektrik, serta mampu menganalisis masalah kapasitansi serta

rangkaian kapasitor

DEFINISI: LISTRIK Menurut tata bahasa:

Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu,

seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan Dan penolakan gaya di antara keduanya

Secara teoritikal teknik:

Listrik merupakan salah satu bentuk energi yang tersimpan dalam bentuk magnet, muatan elektron, kimia dll. Untuk mengetahui suatu benda bersifat listrik maka kita hanya bisa mengenalnya dengan gejala yang ditimbulkan dari benda tersebut.

Dirumuskan: I = Q/t , dimana I adalah arus listrik (A), Q adalah muatan listrik (Coloumb), dan t adalah lamanya waktu (detik).

3

Medan Listrik

Sifat Muatan Listrik

Hukum Coulomb

+Q0

rr

E ˆ||4

12

0

aQ

0Q

FE

Medan listrik E didefinisikan sebagai gaya yang

bekerja pada partikel uji dibagi dengan muatan

partikel tersebut.

Maka Medan listrik

dari satu muatan

adalah

+Q

rr̂a

F

E

Medan Listrik

Potensial Listrik • Medan listrik di sekitar sebuah tongkat

bermuatan dapat dijelaskan bukan hanya oleh sebuah medan listrik E (vektor) tetapi juga oleh sebuah kuantitas skalar, yaitu potensial listrik V.

• Untuk mencari selisih potensial listrik diantara dua titik A dan B dalam sebuah medan listrik, maka kita menggerakkan sebuah muatan qo dari A ke B maka diperlukan kerja WAB untuk menggerakkan muatan tersebut

,,00 q

WV

q

WVV ABAB

AB

r

kqqdr

r

kqqdrEqdlEqW

jarakxListrikMedanrEV

VqW

o

r r roroo

o

2..

)(.

.

1. Generator Van de Graff. Gesekan antara pita karet dan

roda pemutar menyebebkan karet bermuatan listrik.

2. Butiran cat semprot dari aerosol menjadi bermuatan ketika

bergesekkan dengan mulut pipa semprot dan udara.

3. Mesin fotokopi menggunakan daya tarik muatan listrik, di

mana suatu pola muatan positif pada pelat mencitrakan

bidang hitam yang akan digandakan, akan menarik partikel

bermuatan negatif dari bubuk hitam halus yang disebut

toner.

4. Pengumpal Asap. Alat ini membersihkan partikel-partikel

abu hasil pembakaran gas, sehingga mengurangi

pencemaran udara, dan banyak lagi.

APLIKASI MUATAN LISTRIK

1. Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360

C dalam waktu 1 menit, maka berapa besar arus listrik dan

banyaknya elektron yang mengalir ?

2. Dalam suatu berkas elektron, terdapat 5.106 elektron per sentimeter

kubik. Misalkan energi kinetik masing-masing elektron sebesar 10

keV dan berkas berbentuk silinder dengan diameter 1 mm.

(a). berapakah kecepatan elektron?

(b). carilah arus berkas elektron?

3. Suatu muatan q1 = -2.0 μC diletakkan di titik asal koordinat dan

sebuah muatan q2 = 6.0 μC diletakkan pada (0,3) m.

a) Hitung total kuat medan listrik di titik P(4,0) m karena pengaruh

kedua muatan tersebut

b) Jika sebuah muatan q3 = 5 µC dipindahkan dari tak terhingga ke

titik P, tentukan perubahan energi potensial di titik q3

c) Hitung Usaha yang diperlukan pada soal (b)

LATIHAN 13

4. 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.

+ + q1=8nC q2=12nC

4 m

3 m

E di P3 ?

5. (a). Hitunglah nilai E

di P3 !

(b). Berapa besar

sudut yang

diciptakan

resultan E di P3

terhadap sumbu x

positif.

6. Berapakah besarnya total potensial

di pusat sebuah segiempat

kuadratis dari gambar dibawah ini.

Diketahui q1=+1x10-8C, q2=-2x10-

8C, q3=+3x10-8 C, q4=+2x10-8C

dan a = 1 m.

P

q3 q4

q2 q1

a

7. Perhatikan soal berikut:

8. Gambar di bawah ini memperlihatkan sebuah muatan q1

(=+1,0 x 10-6 C) 10 cm dari muatan q2 (=+2,0 x 10-6 C). Di

titik manakah pada garis yang menghubungkan kedua-dua

muatan tersebut medan listriknya sama dengan nol ?

14

r q1 q2

x

P

9. Hitunglah (a) medan listrik E di udara pada jarak 30 cm dari

sebuah muatan titik q1 = 5x10-9C, (b) gaya pada suatu muatan

q2 = 4x10-10C yang ditempatkan 30 cm dari q1, dan (c) gaya

pada muatan q3 = -4x10-10C yang ditempatkan 30 cm dari q1

(dimana q2 tidak ada).

10. Tiga muatan ditempatkan pada tiga sudut sebuah bujur sangkar

seperti pada gambar. Setiap sisi bujursangkar adalah 50 cm.

Hitunglah E pada sudut ke empat! Berapakah gaya yang

diberikan oleh muatan 6μC pada sudut yang kosong tersebut?

11. Terdapat dua buah bola kecil bermuatan, q1 = +0.12C dan q2 = -

0.05 C. Tentukan (a) medan listrik E pada titik P, (b) gaya pada

muatan -40 pC yang ditempatkan pada P, dan (c) posisi dimana

medan listrik nol (jika tidak ada muatan -40pC).

15

q1 q2 P 5 cm 5 cm

+4μC -5μC

-2μC