Bab 3 Potensial Listrik
-
Upload
hendra-doank -
Category
Documents
-
view
191 -
download
4
description
Transcript of Bab 3 Potensial Listrik
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
1/22
BAB 3 POTENSIAL LISTRIK
1. Potensial listrik & beda potensial
2. Potensial oleh sistem muatan titik3. Energi potensial
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
2/22
1. Potensial listrik & beda potensial
Gaya konservatif bekerja pada sebuah partikel yang
mengalami perpindahan perubahan dalam fungsi energi
potensial dU, didefinisikan sebagai:
(1)
Gaya yang digunakan medan listrik E pada muatan titik qo
Adalah(2)
F
ld
ldF-dU
EqF o
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
3/22
Muatan mengalami perpindahan dalam listrik ,
Maka perubahan energi potensial adalah:(3)
Jika muatan dipindahkan dari suatu titik awal a ke suatu
titik akhir b, maka perubahan energi potensial elektrostatik
adalah:
(4)
Perubahan energi potensial sebanding dengan muatan uji qo.
Perubahan energi potensial per satuan muatan disebut beda
potensial, dV.
ld
ldE-qdU o
b
a
o
b
a
ab
ldEq-dU
dU
UUU
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
4/22
Beda potensial (5)
Untuk perpindahan berhingga dari titik a ke titik b,
perubahan potensial adalah
(6)
dV = V = perubahan fungsi V Satuan: Joule = Volt (V)
= potensial listrik Coulomb
= potensial
ldE-q
dUdV
o
b
a
o
ab
ldE-V
q
dU
V-VV
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
5/22
(7)
Karena diukur dengan volt, beda potensial disebut juga:
voltase (tegangan).
Dari pers (5) dan (6), dimensi potensial juga merupakan
dimensi dari medan listrik dikali jarak.
(8)
C
J1V1
m
V1
C
N1
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
6/22
Contoh Soal:
Medan listrik menunjuk pada arah x positif dan mempunyaibesar = 10 N C-1= 10 Vm-1. Tentukan potensial sebagai
fungsi x, anggap bahwa V = 0 pada x =0.
Jawab:..
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
7/22
vektor medan listrik
Untuk suatu perpindahan sembarang. , perubahan
potensial diberikan oleh pers (5)
im
V10iN10E C
ld
dx
mV10-dV
kdzjdyidxim
V10-
ldE-Vd
ldE-q
dUdVo
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
8/22
Dengan integrasi dari titik x1ke x2diperoleh beda
potensial:
x-xm
V10
x-xmV10-
dxm
V10-
dVxVxV
21
12
x2
x1
x
x
12
2
1
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
9/22
Karena V = 0 pada x = 0,
V(x1) = 0 pada x1=0
Maka potensial pada x2relatif terhadap V = 0 pada x =0,
diberikan oleh:
Pada titik sembarang x, potensial adalah
Jadi potensial nol pada x = o dan berkurang 10 V/m dalam
arah x.
2222
xm
V10-)(xV
x-0
m
V100-)(xV
xm
V10-xV
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
10/22
Dalam fisika atom dan nuklir, elektron dan proton dengan
muatan sebesar e, yang bergerak melalui beda potensial
beberapa ribu atau jutaan volt.
Dimensi energi:
= muatan listrik kali potensial listrik
Satuan energi:
=muatan elektron e kali volt
= elektron volt (eV)
1 eV = 1,6 x10 -19C V = 1,6 x10 -19J ..(9)
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
11/22
2. Potensial oleh sistem muatan titik
Potensial listrik oleh muatan titik q di pusat dapat dihitung
dari medan listrika
Jika muatan uji qo pada jarak r diberikan suatuPerpindahan , perubahan energi potensialnya
, dan perubahan potensial listrik adalah:
..(10)
rr
kqE
2
rdrld
ldEqo-dU
dr
r
kq
rdrrr
kq-
dlE-dV
2
2
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
12/22
Dengan integrasi diperoleh:
..(11)
Vo = konstanta integrasi
Potensial oleh muatan titik dengan V = 0 pada r = adalah
.(12)
Potensial + ataubergantung pada tanda muatan q.
oVrkqV
rpada0Vr
kqV
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
13/22
Jika muatan uji qo dilepaskan dari
suatu titik pada jarak r dari muatan
titik q yang terletak pada pusat,
muatan uji akan dipercepat keluardalam arah medan listrik.
Kerja yang dilakukan oleh medan
listrik saat muatan uji bergerak
dari r ke adalah:
+
q
P
r
+
r
qqk
drr
kqq
drEq
ldEqW
o
r
2o
ro
r
o
r
Vq
r
qqkU
o
o
Kerja ini adalah energi potensial
Elektrostatik sistem dua muatan
Pers (13)
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
14/22
Contoh soal 20-3 hal 79
a. Berapakah potensial listrik pada jarak r = 0,529 x 10 -10m dari proton (iniadalah jarak rata-rata proton dan elektron dalam atom hidrogen)?
b. Berapakah energi potensial elektron dan proton pada pemisahan ini.
Jawab:a. Muatan proton adalah q = 1,6 x 10 -19C. Pers 12 menunjukkan:
V27,2JC27,2
m10x0,529C1,6x10CNm10x8,99
rkqV
1-
10-
19-229
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
15/22
b. Muatan elektron adalahe = -1,6 x 10 -19C
Energi potensial elektron dan proton yang terpisah adalah
U = qV
= -e (22,7 V)
= -27,2 eV
Dalam satuan SI, energi potensial adalah:
U = qV = - (1,6 x 10 -19C) (27,2 V)
= -4,35 x 10-18J
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
16/22
Contoh Soal:
FISIKA, Seri Buku Schaum
No 25-2.
Berapakah usaha diperlukan untuk membawaelektron dari kutub positif baterai 12 volt kekutub negatifnya?
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
17/22
No 25-5
(a) Diketahui muatan 2 C; berapakah potensialmutlak paa jarak r = 10 cm dan r = 50 cm?
(b) Berapa usaha diperlukan untuk memindahkan
muatan 0,05 C dari titik r = 50 cm ke titikpada r = 10 cm?
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
18/22
No 25-8
Inti atom timah putih bermuatan +50e.
(a) Hitunglah otensial mutlak V pada jarak r = 10-
12m dari inti itu.
(b) Kalau proton dilepas di titik ini, berapakah
lajunya kalau sudah mencapai jarak 1 m dariinti?
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
19/22
Untuk menentukan potensial pada suatu titikoleh beberapa muatan titik, maka:
ditentukan potensial pada titik tsb oleh tiapmuatan secara pemisahan dan penjumlahan.
E= E1+E2+ =
Ei
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
20/22
Sehingga
dV = -E. dl= - E1. dl- E2. dl
= dV1+ dV2 +
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
21/22
3.Energi potensial elektrostatik
Muatan titik q1memiliki potensial pada jarak r12:
Kerja yang diperlukan untuk membawa muatan uji q2dari
jarak sejauh takhingga ke jarak r12adalah:
12
1
r
kqV
12
21
22
r
qkq
VqW
-
5/26/2018 Bab 3 Potensial Listrik
22/22
Untuk membawa muatan ketiga, kerja yang harus dilakukan adalah:
Kerja ini disebut energi potensial elektrostatik.
23
32
13
31
12
21
r
qkq
r
qkq
r
qkq
W