1

LISTRIK STATISLISTRIK STATISDAN KAPASITORDAN KAPASITOR

RACHMAT ABDUS SYUKURRACHMAT ABDUS SYUKURSMASMANN 91 JAKARTA91 JAKARTA

BLOG :BLOG :http://belajarfisika91.wordpress.comhttp://belajarfisika91.wordpress.com

http://rachmathttp://rachmat--abdabd--syukur.blogspot.comsyukur.blogspot.comEE--mail : syukur91@yahoo.co.idmail : syukur91@yahoo.co.id

2

2

3

MUATAN LISTRIK

4

Atom terdiri dari1. Inti : proton (bermuatan positif) ee++

neutron (bermuatan netral)

2. Elektron : mengorbit mengelilingi intidalam lintasan tertentu

Elektron bermuatan negatif ee--

““GAYA LISTRIKGAYA LISTRIK”” MENYEBABKAN ELEKTRON BERGERAKMENYEBABKAN ELEKTRON BERGERAKMENGELILINGI INTI ATOMMENGELILINGI INTI ATOM

KONSEP MUATAN LISTRIKKONSEP MUATAN LISTRIK

3

5

• Muatan listrik dilambangkan denganQ

• Satuan muatan listrik adalah Coulomb• 1 Coulomb : Jumlah muatan listrik yang

mengalir dalam arus sebesar satu Amperedalam satu detik

• 1 C = 1 Ampere x 1 detik

KONSEP MUATAN LISTRIKKONSEP MUATAN LISTRIK

6

GAYA LISTRIK

4

7

1. Gaya Listrik atau Gaya Coulombantara dua benda titik bermuatanlistrik sebanding dengan muatanmasing-masing, dan berbandingterbalik dengan kuadrat jarakantara kedua muatan tersebut.

2. Gaya interaksi bekerja pada garispenghubung antara kedua bendabermuatan tersebut. Gayainteraksi tarik-menarik, bilamuatan berbeda jenis; dan tolak-menolak bila sejenis.

3. Secara kuantitatif gaya F12 padaq1 yang disebabkan oleh q2 dapatdituliskan sbb :

12212

21122

12

21

012 ˆkˆ

41 r

rqqr

rqqF

GAYA LISTRIKGAYA LISTRIK

2212-

22912

/NmC10 x8,85vakumaspermitivit

/CNm10 x9konstantak

satuanvektorˆ

o

arahr

8

CONTOH SOALCONTOH SOAL1. Kita mempunyai 2 buah benda titik bermuatan.

Yang satu terletak pada koordinat (2,0) denganmuatan q1 = 10 C, dan yang lain terletak padakoordinat (5,4) dengan muatan q2 = -5 C.Tentukan vektor gaya yang bekerja pada muatanq2 karena gaya Coulomb oleh q1. Posisi koordinatdinyatakan dalam m.

2. Tiga muatan titik ditempatkan pada sumbu xseperti pada gambar. Tentukan gaya total padamuatan -5μC yang disebabkan oleh dua muatanlain!

-5μC+3μC +8μC

30 cm20 cm

5

9

CONTOH SOALCONTOH SOAL3. Tiga muatan lisrik tampak pada gambar. Hitung

gaya pada muatan 4μC akibat dua muatan lainnya!

4. Dua bola bermuatan kecil ditempatkan padasumbu x: +3μC pada x = 0 dan -5μC pada x = 40cm. Dimanakah seharusnya muatan ketiga qditempatkan agar gaya yang dialaminya nol?

+3μC+2μC

+4μC

20 cm 20 cm

60o60o

10

(a) Vektor posisi (b) Posisi relatif

Bila q1, q2, q3 dan q4 terpasang kuat pada posisi masing-masing, gaya resultan yang bekerja pada q1 oleh karenaq2, q3 dan q4 adalah:

1413121 FFFF

q2

q1q3

q4

q1

q4

q3

q2

13r

14r

12r

3r

4r

1r 2r

GayaGaya oleholeh beberapabeberapa muatanmuatan listriklistrik

6

11

CONTOH SOALCONTOH SOAL

5. Empat buah muatan terpasangmasing-masing pada koordinat (0,3),(1,4), (4,0), dan (0,-3). Harga masing-masing muatan adalah q1 = -2 C, q2 =1 C, q3 = 3 C, dan q4 = -1 C. Hitungresultan gaya pada q3. Posisi muatandinyatakan dalam meter

12

MEDAN LISTRIK

7

13

1. Medan listrik E didefinisikansebagai gaya yang bekerja padapartikel uji dibagi dengan muatanpartikel tersebut.

2. Muatan yang menghasilkan medanlistrik disebut muatan sumber.

3. Gaya Coulomb di sekitar suatumuatan listrik akan membentukmedan listrik.

4. Medan listrik merupakan vektor dansering disebut medan vektor denganpersamaan:

2212-

229

/NmC10 x8,85vakumaspermitivit

/CNm10 x9konstantak

muatanendekatimenjauhi/mradialarahsatuanvektorˆ

o

r

MEDAN LISTRIKMEDAN LISTRIK

rr

q

q

qrFrE ˆ

4

1),()(

20

'

'

+q0

0qFE

Q

rr̂

F

E

14

CONTOH SOALCONTOH SOAL6. Misalkan muatan sumber adalah

suatu muatan titik pada koordinatS(1,4) dan tentukan kuat medan diP(5,1). Jika besar muatan sumberadalah q = 2 C dan posisi koordinatdinyatakan dalam meter.

8

15

Garis - Garis Gaya ListrikGarisGaris -- GarisGaris GayaGaya ListrikListrik+++++

++

+

E

- --

---

--

E

++

++

++ ++

E

-----

--

-

E

16

Arah Kuat Medan ListrikArahArah KuatKuat MedanMedan ListrikListrik

+ -QA QB

+ +

- -

9

17

CONTOH SOALCONTOH SOAL7. Gambar di bawah ini memperlihatkan sebuah muatan

q1 (+1,0 x 10-6 C) berjarak 10 cm dari muatan q2(+2,0 x 10-6 C). Di titik manakah pada garis yangmenghubungkan kedua-dua muatan tersebut medanlistriknya sama dengan nol ?

8. Hitunglah: (a) medan listrik E di udara pada jarak 30cm dari sebuah muatan titik q1 = 5x10-9C, (b) gayapada suatu muatan q2 4x10-10C yang ditempatkan 30cm dari q1, dan (c) gaya pada muatan q3 = -4x10-10Cyang ditempatkan 30 cm dari q1 (dimana q2 tidakada).

lq1 q2

x

P

18

CONTOH SOALCONTOH SOAL9. Tiga muatan ditempatkan pada tiga sudut sebuah bujur

sangkar seperti pada gambar. Setiap sisi bujursangkaradalah 30 cm. Hitunglah E pada sudut ke empat!Berapakah gaya yang diberikan oleh muatan 6μC padasudut yang kosong tersebut?

10. Terdapat dua buah bola kecil bermuatan, q1 = +20x10-8Cdan q2 = -5x10-8C. Tentukan (a) medan listrik E padatitik P, (b) gaya pada muatan -4x10-8C yang ditempatkanpada P, dan (c) posisi dimana medan listrik nol (jika tidakada muatan -4x10-8C).

-5μC+8μC

-4μC

q1 q2P5 cm 5

cm

10

19

POTENSIAL & ENERGIPOTENSIAL LISTRIK

20

1. Potensial listrik merupakanbesaran skalar.

2. Muatan positif akanmenghasilkan potensialpositif di sekitarnya,sedangkan muatan negatifakan menghasilkan potensialnegatif.

3. Potensial listrik pada satutitik karena pengaruhbeberapa muatan listrikmerupakan jumlah aljabardari masing2 muatan.

41

0 AA r

qV

+ rAq A

-BrBq 4

1

0 BB r

qV

POTENSIAL LISTRIKPOTENSIAL LISTRIK

41

0

i i

i

rqV

11

21

Sebuah muatan uji q’ diletakkan di dekatmuatan sumber q, maka energi potensialyang dimiliki oleh muatan uji q’ adalah

'4

1

0 rqqEp

+ rq q’

ENERGI POTENSIAL LISTRIKENERGI POTENSIAL LISTRIK

22

UsahaUsaha yang diperlukan untuk memindahkansebuah muatan uji q’ dari a ke b yang dipengaruhioleh muatan sumber q adalah :

'4

1'4

1

00 abab

ababba

rqq

rqqW

EpEpWW

+ raq a

b

rb

USAHA LISTRIKUSAHA LISTRIK

12

23

W AB = F . d

W AB = q . E . d

W AB = q . ΔVAB

ΔVAB = E . d

+++++

-----

Bat

+

E

d

V

BBAA

KEPING SEJAJARKEPING SEJAJAR

24

CONTOH SOALCONTOH SOAL11. Potensial di suatu titik terhadap suatu partikel bermuatan

600 Volt dan kuat medannya 200 N/C. Berapa jarak titik ituberada dari muatan tersebut.

12. Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatanpositif yang besarnya 10 Coulomb dari satu titik yangpotensialnya 10 Volt ke suatu titik lain dengan potensial 60Volt.

13. Di dalam sebuah tabung ruang hampa terdapat kutub katodadan kutub anoda, elektron bergerak dari katoda ke anoda.Beda potensial antara katoda dan anoda adalah 300 Volt, danelektron bergerak tanpa kecepatan. Tentukan kecepatanelektron pada saat sampai di anoda. (massa elektron = 9,1 x10-31 kg, muatan elektron = 1,6 x 10-19 C)

14. P dan Q adalah dua titik yang terletak dalam medan listrikdan jaraknya 0,1 m. Jika dibutuhkan usaha 500 Joule untukmemindahkan muatan 2 C dari P ke Q, berapakah bedapotensial antara kedua titik itu?

13

25

KAPASITOR DANDIELEKTRIK

26

PengertianPengertian KapasitorKapasitor

• Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor(lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator).Isolator penyekat ini sering disebut bahan (zat) dielektrik.

• Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantardigunakan untuk membedakan jenis kapasitor, seperti: kertas,mika, plastik cairan dan lain sebagainya.

KAPASITORKAPASITOR

1. Kapasitor 2. Kapasitor 3. Kapasitor 4. Kapasitor 5. Kapasitorelektrolit tantalum Polister Film Poliprolyene Kertas

6. Kapasitor 7. Kapasitor 8. Kapasitor 9. KapasitorMica Keramik Epoxy Variable

14

27

KegunaanKegunaan KapasitorKapasitor• mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian

yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba aruslistrik diputuskan dan dinyalakan

• menyimpan muatan atau energi listrik dalamrangkaian penyala elektronik

• Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesinmobil

• memilih panjang gelombang pada radio penerima

• sebagai filter dalam catu daya (power supply)

KAPASITORKAPASITOR

28

Bila luas masing2 keping A,maka :

Tegangan antara keduakeping :

Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah :

00 AQE

..0AdQdEV

00 dA

VQC

KAPASITAS KAPASITORKAPASITAS KAPASITOR

+

+

+

+

+q -q

A

d

E

-

-

-

-

A

15

29

Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyaikonstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi

Hubungan antara C0 dan C adalah :

Kapasitas kapasitor akan berubah harganya bila :K , A dan d diubah

Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanyamerupakan perbandingan2 yang tetap saja. Artinya

meskipun harga Q diubah2, harga C tetap.

0 dAKC

karena 00 KKCC

30

a. Rangkaian Seri

Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan Qyang sama.

111

21 CCCs ;;

22

11

ss C

QVCQV

CQV

21 QQQs

RANGKAIAN DASAR KAPASITORRANGKAIAN DASAR KAPASITOR

16

31

b. Rangkaian Paralel

Kapasitor yang dihubungkan paralel, teganganantara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V.

RANGKAIAN DASAR KAPASITORRANGKAIAN DASAR KAPASITOR

21 CCCp

22

11

VCQVCQ

VCQ

pp

21 VVVp

32

Sesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yangmempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan

energi W yang lebih besar pula.

Persamaannya :

212

21 QVCVW

ENERGI KAPASITORENERGI KAPASITOR

17

33

CONTOH SOALCONTOH SOAL

15. Tentukan kapasitas kapasitor yang mempunyai luas keping 1cm2 dan jarak antara kepingnya 0,2 cm, bila muatan masing2keping sebesar 5 μC dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2 dan diantaramedium ada bahan dengan konstanta dielektrik 2.

16. Suatu kapasitor keping sejenis mempunyai kapasitas 5 μF,jika ruang diantara keping2 berisi udara. Jika ruang tersebutdiisi porselin, kapasitasnya 30 μF. Berapakah konstantadielektrik porselin ?

17. Suatu kapasitor berisi udara, tegangannya V0. Kapasitor itukemudian diisi mika (K = 5) dan diisolasi (muatannya dibuattetap). Berapakah tegangan kapasitor itu sekarang ?

18. Tiga buah kapasitor dihubungkan secara seri dan paralel, C1 =1 μF, C2 = 2 μF, C3 = 3 μF dihubungkan dengan sumbertegangan 12 V. Tentukanlah (a) Kapasitas gabungannya, (b)muatan masing2 kapasitor.

34

CONTOH SOALCONTOH SOAL

19. Terdapat suatu rangkaian dengan 5 buah kapasitor yang samabesarnya. Tentukan kapasitas antara titik K dan M.

20. Jika sebuah kapasitor yang berkapasitas 10 μF mempunyaienergi listrik sebesar 1 Joule, maka berapakah tegangannya ?

SELAMAT BELAJAR YAASELAMAT BELAJAR YAA ……………… __