Muatan Listrik

Muatan Listrik Dalam Atom

Isolator dan Konduktor

Hukum Coulomb

Medan Listrik dan Konduksi Listrik

Muatan Listrik

Sejarah pengamatan listrik Thales (600 SM) yang mengamati bahwa batu ambar

yang digosok wol akan menarik potongan jerami. W. Gilbert (1600) menyatakan bahwa sifat batu ambar

tersebut sebagai listrik (electric). Du Fay (1700), “Muatan sejenis tolak menolak dan

muatan tak sejenis tarik menarik”. Tanda positif dan negative diusulkan oleh B. Franklin

(1706-1790). H.C. Oersted (1777-1851) mengamati adanya hubungan

listrik dan magnet, yaitu bahwa arus listrik dalam sebuah kawat dapat mempengaruhi sebuah jarum kompas magnetic.

Muatan Listrik

Sejarah pengamatan listrik Michael Faraday (1791-1867) mengembangkan

elektromagnetisme dan J.C Maxwell (1831-1879) merumuskan hukum-hukum elektromagnetisme yang dikenal dengan persamaan Maxwell.

B. Franklin : muatan listrik dianggap fluida kontinyu. R.A. Millikan melakukan eksperimen tetes cairan,

diperoleh bahwa muatan listrik terkuantisasi, yaitu muatan mempunyai harga kelipatan bulat dari muatan elementer e. Satuan muatan adalah Coulomb (C) dan satu Coulomb adalah banyaknya muatan yang mengalir persatuan luas dalam satu detik jika arus yang mengalir sebesar 1 Ampere.

Muatan Listrik dalam Atom

Atom secara kelistrikan bermuatan netral, terdiri atas inti dan electron yang mengelilinginya. Inti atom bermuatan positif karena di dalamnya terdapat proton yang bermuatan positif dan netron yang tidak mempunyai muatan.

Electron dalam atom biasanya digunakan sebagai muatan dasar atau satuan dasar untuk muatan.

Muatan proton dan electron sama besar tetapi berlawanan tanda. Muatan proton adalah e dan muatan electron adalah –e .

Muatan Listrik dalam Atom

Semua muatan merupakan kelipatan bilangan bulat dari satuan dasar muatan. Proton memiliki massa sekitar 2000 kali massa electron.

Perpindahan electron dapat terjadi ketika suatu benda digosokkan antara satu dengan lainnya. Ketika sebuah benda A digosokkan dengan benda B maka akan ada electron yang berpindah sehingga benda A tersebut akan kekurangan electron (mengakibatkan menjadi bermuatan positif), dan sebaliknya benda B akan kelebihan electron (menjadikan bermuatan negative)

Isolator dan Konduktor

Pergerakan sebuah elektron dalam beberapa bahan/material akan menentukan nantinya bahan tersebut sebagai bahan yang dapat mengalirkan arus listrik atau tidak.

Sebuah bahan konduktor adalah bahan yang mampu mengalirkan arus listrik (elektron dapat bergerak bebas) misalnya besi.

Material yang semua elektronnya tidak bebas bergerak atau dengan kata lain semua elektronnya terikat kuat pada atom-atomnnya disebut dengan isolator.

Hukum Coulomb

C.A. Coulomb (1736-1806) mendapatkan bahwa gaya interaksi antara dua muatan titik sebanding dengan muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan

221

r

qqF

221

04

1

r

qqF

Persamaan hanya berlaku untuk muatan titik (partikel)

Jika lebih dari dua muatan yang berinteraksi maka berlaku prinsip superposisi, yaitu gaya pada q1, F1, oleh beberapa muatan adalah superposisi gaya interaksi antara q1 dengan masing-masing muatan.

...1413121 FFFF

12F

adalah gaya yang bekerja pada q1 oleh q2.

Medan Listrik dan Konduksi Listrik

Medan listrik adalah ruang di sekitar muatan listrik. Jika sebuah muatan uji ditempatkan dalam ruang di dekat tongkat bermuatan, maka sebuah gaya elektrostatis akan bekerja pada muatan uji.

Kuat Medan adalah vektor gaya Coulomb yang bekerja pada satu satuan muatan yang terletak pada titik dalam medan gaya. Satuan kuat medan listrik adalah N/C

204

1

r

qE

Distribusi muatan titik nEE

Muatan kontinyu EdE

Medan Listrik dan Konduksi Listrik

M. Faraday, Garis gaya adalah garis khayal yang ditarik sedemikian hingga arahnya di sembarang titik (arah tangennya) sama dengan arah medan di titik yang bersangkutan

Garis gaya untuk (a) muatan tunggal positif, (b) dipol listrik dan (c) dua muatan positif.

Medan Listrik dan Konduksi ListrikFluks medan listrik, E, adalah banyaknya garis gaya yang menembus suatu satuan luas yang tegak lurus pada kuat medan listrik. E positif jika garis gaya di mana-mana menuju keluar dan sebaliknya.

Fluks medan listrik

SdEE

.

Medan Listrik dan Konduksi Listrik

Hukum Gauss : “Jumlah garis gaya yang keluar dari suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan netto yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”. Permukaan tertutup di sini disebut permukaan Gauss.

qSdE

.0

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung medan dari benda bermuatan yang mempunyai bentuk khusus, jika simetri dari distribusi muatan adalah tinggi, misalnya bola, pelat tipis, silinder.

Medan Listrik dan Konduksi Listrik

Muatan yang dicakup oleh permukaan Gauss adalah h, maka

qSdE

.0 hrhE )2(0

rE

02