Bab 1 Muatan dan Medan Listrik

1
Bab 1Muatan dan Medan Listrik
Abdillah, S.Si, MIT
2
Tujuan Hari ini

• Memahami
• teori muatan dan atom
• hukum Coulomb
• medan listrik
• dipol listrik

3
Muatan (charge)
Dalam ilmu listrik, konsep dasarnya adalah
muatan. Ilmu listrik hanya menjelaskan bagaimana
muatan bertingkah laku, bukan muatan itu apa.
4
Teori Muatan

• Ada dua jenis muatan positif dan negatif
• Dua muatan positif atau dua muatan negatif saling
  tolak-menolak
• Sebuah muatan positif dan sebuah muatan negatif
  saling tarik-menarik
• Muatan dinyatakan dengan q atau Q, satuannya
  adalah coulomb, disingkat C

5
Teori Atom
Muatan elektron e 1,602 X 10-19 C Massa
elektron me 9,1 X 10-31 kg Massa proton mp
1,67 X 10-27 kg
6
Perhatian?

• 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

7
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

8
Strategi Penyelesaian Soal

• Hukum Coulomb
• Jarak harus dinyatakan satuan dalam m, muatan
  dalam C dan gaya dalam N
• Gaya listrik adalah sebuah vektor, sehingga gaya
  total pada muatan adalah jumlah vektor dari
  gaya-gaya individu
• Dalam kasus distribusi kontinu dari muatan,
  jumlah vektor dapat dihitung dengan cara integral

9
Contoh Soal

• Gaya listrik versus gaya gravitasi
• Sebuah partikel alpha mempunyai masa m6,64 X
  10-27 kg dan muatan q2e. Bandingkanlah gaya
  tolak listrik antara dua partikel alpha dengan
  gaya tarik gravitasi di antaranya.

10
Penyelesaian

• Diketahui m 6,64 X 10-27 kg
• q 2e 3,2 X 10-19 C
• Ditanya Fe /Fg ?
• Jawab Fe 1 q2 Fg G m2
• 4??o r2
  r2

11
Medan Listrik

• Medan listrik E adalah gaya listrik per satuan
  muatan qo yang dikerahkan pada muatan tsb.
• E Fo / qo
• qo Fo
• 
  E
• Fo qo

12
Perhatian?

• 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.

13
Vektor Medan Listrik

• E 1 q ( besarnya medan listrik
• 4??o r2 dari sebuah muatan
  titik )
• E 1 q r (medan listrik dari
  sebuah
• 4??o r2 muatan titik)

14
Strategi Penyelesaian Soal

• Penghitungan Medan Listrik
• Satuan harus konsisten, jika diberi cm atau nC,
  jangan lupa mengkonversikannya
• Medan listrik adalah sebuah vektor, sehingga
  medan total adalah jumlah vektor dari medan
  individu
• Ingat bahwa vektor E yang dihasilkan oleh muatan
  titik positif arahnya menjauhi muatan tersebut
  dan begitu juga sebaliknya

15
Contoh Soal

• Elektron dalam sebuah Medan Homogen
• Sebuah medan listrik di antara dua pelat
  konduktor sejajar adalah E1,00 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 elektron waktu
  berjalan 1,0 cm ke plat sebelah bawah. c)
  Berapa waktu yang dibutuhkan elektron untuk
  menempuh jarak ini?

B
16
Penyelesaian

• Diketahui me 9,11 X 10-31 kg -e -1,60 X
  10-19 C
• E 1,00 X 10-4 N/C
• Ditanya a) ay ?
• b) vy , K ?
• c) t ?
• Jawab

17
Penyelesaian

• b) v0y 0, y0 0 dan y -1,0 X 10-2 m
• vy2 v0y2 2ay (y y0) 2ay y

18
Penyelesaian

• c) vy v0y ay t
• Kita dapat juga mencari waktu itu dengan
  memecahkan persamaan untuk t.
• y y0 v0y t ½ ay t2

19
Garis Medan Listrik
20
Garis Medan Listrik
21
Perhatian?

• 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

22
Dipol Listrik

• Sebuah dipol listrik adalah sepasang muatan
  listrik yang besarnya sama, tetapi tandanya
  berlawanan dan terpisah sejauh d.
• p
  F q E
• d
  E
• F- -q E ? d sin ?

23
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
  E
• F- -q E ? d sin ?

24
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) (d sin ?)

25
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 ?

26
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?

27
Energi Potensial Dipol Listrik

• Dalam suatu pergeseran berhingga, kerja total
  yang dilakukan pada dipol tsb adalah
• Karena W U1 U2, maka U(?) - pE cos ?
• Perkalian skalar p . E pE cos ?
• sehingga U(?) - p . E

28
Saran

• Kerjakan latihan bab 22 dari soal-soal nomor
  ganjil
• Mulailah dengan apa yang diketahui dan apa yang
  ditanyakan
• Tulis di buku khusus latihan