LISTRIK STATIS

Apa itu listrik???

Apakah listrik statis itu???

Apakah muatan listrik itu???

MOBIL TANGKI SELALU MENYERET RANTAI BESI

Rantai besi yang terseret di belakang truk itu berfungsi untuk mengalirkan muatan-muatan listrik tersebut ke bumi.

Asyiknya Mencoba

MENGHIPNOTIS BALON Mengapa balon ini saling menjauh?

Mengapa balon menarik rambut?

Asyiknya Mencoba

MEMBUAT ELEKTROSKOP

Anto memiliki elektroskop yang bermuatan positif, kemudian dia mendekatkan sebuah benda bermuatan positif ke kepala elektroskop.

Apa yang akan terjadi dengan daun elektroskop? Mengapa?

• Muatan listrik dilambangkan dengan Q • Satuan muatan listrik adalah Coulomb • 1 Coulomb : Jumlah muatan listrik yang

mengalir dalam arus sebesar satu Ampere dalam satu detik

• 1 C = 1 Ampere x 1 detik

Apakah

gaya listrik

itu?

HUKUM COULOMB

Gaya listrik antara dua benda bermuatan listrik: a. Sebanding dengan muatan listrik tiap benda b. Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda

F = k Q

1

Q

2

r

2

A B Hitung perbandingan Gaya Listrik pada keadaan A dan keadaan B!

HUKUM GAUSS

Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu dipergunakan hukum Gauss.

Gauss menurunkan hukumnya berdasarkan pada konsep konsep garis-garis medan listrik.

Fluks listrik

didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang

Φ = E X A E

= kuat medan listrik (

N/C)

Φ = fluks listrik ((

Nm 2

/C)= weber (Wb)

Φ = EA cos θ

Contoh Soal

Hitunglah jumlah garis medan yang menembus bidang persegi (sisi=25 cm) bila vektor medan listrik homogen sebesar 120 N/C dan arahnya: a.Searah bidang b. Tegak lurus bidang c. Membentuk sudut 37 0 terhadap bidang (sin 37 0 = 0,6) d. membentuk sudut 45 0 terhadap bidang.

Perhitungan Kuat Medan Listrik dengan Hukum Gauss



Kuat Medan Listrik Untuk konduktor Dua Keping Sejajar

Rapat muatan σ = q/A Berdasarkan konsep fluks listrik ini, muncullah hukum Gauss, sebagai berikut:  

EA

cos   

Q

 0 θ = 0

0

E

  

Q A

  1  0    0

Kuat medan listrik diluar keping = 0, tidak ada muatan.



Kuat Medan Listrik Untuk Konduktor Bola Berongga

Jika konduktor bola berongga diberi muatan, maka muatan itu tersebar merata di permukaan bola (di dalam bola itu sendiri tak ada muatan).

Untuk menentukan kuat medan listrik di dalam bola, pada kulit bola, dan di luar bola, kita dapat gunakan hukum Gauss Di dalam bola (r

r



R

) Muatan yang dilingkupi oleh permukaan II ini sama dengan muatan bola

Di kulit dan luar bola (r=R dan r>R) Muatan yang dilingkupi oleh permukaan II ini sama dengan muatan bola

EA

 

q

 0 E =

Contoh soal 1. Sebuah konduktor dua keping sejajar yang tiap kepingnya berbentuk persegi panjang (panjang=5 cm, lebar = 4cm) diberi muatan 1,77μC yang berlawanan jenis. Hitung : (a) rapat muatan listrik masing-masing keping (b) besar kuat medan listrik dalam ruang diantara kedua keping 2. Sebuah konduktor bola berongga diberi muatan -50mC. Bola ini memiliki diameter 12 cm. Hitung kuat medan listrik pada jarak (a) 3cm dari pusat bola, (b) 6 cm dari pusat bola, dan (c) 9 cm dari pusat bola.

Penyelesaian 1. (a) Rapat muatan dihitung dengan :

σ

= =8,85

×

10 -4 cm -2 (b) Besar kuat medan

E = E =

di antara kedua keping, yaitu: 1,0

×

10 8 N/m 2. (a) (b)

E A E B = 0 ( =

di dalam bola)

= -

1,25 ×10 8 N/m (c) Tanda negatif menyatakan bahwa arah kuat medan listrik adalah radial ke dalam.

E C = = -

5,6 × 10 7 N/m

Energi Potensial Listrik (Ep) Dan Beda Potensial listrik (V)

 Gaya Coulomb dan medan listrik merupakan besaran vektor,  Energi potensial listrik dan potensial listrik merupakan besaran skalar  Energi potensial listrik akan timbul bila sebuah muatan uji

q

didekatkan pada sebuah muatan

Q

.

 Pada gambar mis q uji = di 1 lalu di 2, maka: Dg

F

1 

k Qq r

1 2

danF

2 

k Qq r

2 2 

r



r

2 

r

1 

sangatkeci l F



k Qq r

1

r

2

1.

Energi Potensial Listrik

W

12  

W

12 

F



r

cos  180 0 

F



r

(  1 )  

F



r W

12

W

12   

k Qq r

1

r

2 

EP

12 (

r

2 

r

1 )

W

12 

k Qq

1  1

r

2

r

1 Δ

V 12



ΔEP 12 q

Δ

V 12



kQ

 

r 1 2



r 1 1

  dengan :

F C Δr = =

gaya Coulomb perpindahan muatan Q =muatan sumber; q= muatan uji V = Potensial listrik (J/C = Volt) Catatan= tanda muatan + atau – muatan Q dan q harus dimasukkan.

Untuk Potensial suatu titik yang berjarak r dari muatan sumber Q yaitu: V  k Q r Potensial oleh Beberapa Muatan Sumber Titik

V



k

  

Q r 1 1



Q r 2 2



Q r 3 3



..........

....

   Hubungan Potensial (V) dan Medan Listrik (E) F = QE; W = F∆x; W = Q V F ∆x = Q V; Q E ∆x = Q V Sehingga:

V = E ∆x

Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap konduktor di sebut keping.

Simbol-simbol kapasitor

Kapasitor kertas Kapasitor elektrolit Kapasitor variabel Kemampuan sebuah kapasitor menyimpan energi listrik Kapasitas kapasitor C  Q V (kapasitansi) (C) C= kapasitas kapasitor/kapasitansi (C/V= farad atau F) Untuk kapasitor keping sejajar C  ε 0 d A A = luas permukaan keping (m 2 ) d = jarak antar keping (m) C  εA d Energi dalam kapasitor

V rata



rata



V akhir

 2

V awal U



W



QV rata

 

V

 2 0  1 2

V rata

 1 2

QV

Karena Q=CV, maka U  1 2 QV  Q 2 2C  1 2 CV 2

Contoh Soal

1. Sebuah bola kecil dimuati  2 , 00

x

10  6

C

(a)Hitung beda potensial antara kedudukan awal yang jauhnya 0,9 m dari muatan dan kedudukan akhir yang jauhnya 0,6 m dari muatan.

 5

x

10  8 digerakkan di antara kedudukan ini?

(c)Apakah perubahan energi potensial pada (b) bertambah atau berkurang?

2. Sebuah kapasitor keping sejajar, luas tiap keping 2000 cm2 dan terpisah 1 cm. Beda potensial diantara keping 3000 V bila berisi udara, tetapi beda potensial itu menjadi 1000 V ketika diantara keping disisipkan bahan dielektrik. Hitung: a. Kapasitas mula-mula b. Muatan pada tiap-tiap keping c. Kapasitas C setelah penyisipan bahan dielektrik d. Permitivitas relatif bahan dielektrik e. Permitivitas bahan dielektrik f.

Kuat medan listrik mula-mula diantara keping g. Kuat medan listrik setelah penyisipan bahan dielektrik.

Ser i Susunan Kapasitor Paralel

Q tot V tot

 

Q

1

V

1  

V Q

2 2  

V

3

Q

3

Q C

1 C

s

s 

Q

1 

C

1 1 C 1 

Q

2 

C

2 1 C 2 

Q

3 

C

3 1 C 3

V

1 

V

2

Q



C p V Q

1   

V Q C

1

V

1 3 2  

Q

3

C

2

V

2 C p  C 1  C 2  C 3 

C

3

V

3