GAYA ELEKTROSTATIS

Nurul Ikhsani Umar

Nur Fazadilla Aulia Imran Apriyanto

Kartono A. Widjannah

M. Aprilianto A M. Haritza A M. Najib Dewi Putri P Dheya O.A Citra

Kelompok 3

Kelompok 4

Hukum CoulombMeskipun J.C. Maxwell (1831-1879) berhasil memadukan semua hukum dan rumus kelistrikan dalam bentuk empat persamaan yang lalu dikenal sebagai persamaan maxwell, sedemikian hingga semua gejala

kelistrikan selalu dapat diterangkan atau dijabarkan. Dari keempat persamaan itu dapat dipadukan atau dijabarkan dari hukum Coulomb :

“Menyatakan bahwa gaya antara dua muatan listrik q1 dan q2 akan sebanding dengan

banyaknya muatan listrik masing–masing serta berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara kedua muatan listrik tersebut, serta

tergantung pada medium dimana kedua muatan itu berada, yang dalam perumusannya

ditetapkan oleh suatu tetapan medium k.”

Jadi hukum Coulomb

merupakan hukum yang fundamental

dalam ilmu kelistrikan, yang

mendasari semua hukum dan rumus

kelistrikan.

Dalam sistem satuan m.k.s (meter, kilometer, second), tetapan medium k tertuliskan sebagai 1/(4 π ε ), sehingga hukum Coulomb menjadi berbentuk:

“terdapat suatu gaya yang bukan dari jenis gaya mekanik dimana gaya tersebut

dipengaruhi oleh muatan suatu benda yang besarnya berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak pisah kedua

muatan tersebut”.

ε disebut permitivitas medium. Dengan F positif

berarti gaya itu tolak-menolak dan sebaliknya F

negatif berarti tarik–menarik. Investigasi yang dilakukan oleh Benjamin

Franklin, Joseph Priestly dan Henry Cavendish

menyimpulkan bahwa

Karakteristik gaya tersebut adalah:

3. Besarnya gaya diberikan oleh hukum Coulomb.

1. Gaya bekerja pada sebuah garis yang menghubungkan kedua muatan.

2. Gaya tarik-menarik atau tolak menolak tergantung pada muatan.

Pada tahun 1785 Coulomb, panggilan

akrab Charles Augustin de

Coulomb, mengukur secara eksperimen

mengenai gaya yang dihasilkan oleh interaksi dua muatan. Coulomb menggunakan sebuah

alat yang disebut dengan Coulomb

Torsion Balanced.

Gaya tersebut kemudian dikenal dengan nama gaya listrik. Semakin jauh jarak dua muatan, gaya yang dihasilkannya semakin kecil. Kesebandingan terhadap 1/r2, dengan r menyatakan jarak antar muatan, diperoleh dengan analogi interaksi gravitasi Newton.

Interaksi Muatan

Interaksi antara dua muatan, bila muatannya sejenis akan tolak menolak, bila berbeda muatannya akan tarik menarik. Dan arah gaya tolak menolak atau tarik menarik seperti pada gambar disamping:

Konstanta pembanding (“k”) harganya tergantung pada tempat dimana muatan tersebut berada.

e0 = permitivitas udara atau ruang hampa (8,854 x

10-12 C2/Nm1)

Harga pastinya :

Bila pengamatan dilakukan diruang

hampa udara; besar “k” dalam sistem SI adalah k= 9 x 10 9

Nm2/Coulomb2

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Tahukah kalian proses

terjadinya Induksi

Elektromagnetik?

Ketika kutub utara magnet digerakkan memasuki kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke salah satu arah (misalnya ke kanan).

Jarum galvanometer segera kembali menunjuk ke nol (tidak menyimpang) ketika magnet tersebut didiamkan sejenak  di dalam kumparan.

Ketika magnet batang dikeluarkan, maka jarum galvanometer akan menyimpang dengan arah yang berlawanan (misalnya ke kiri).

Jarum galvanometer menyimpang disebabkan karena adanya arus yang mengalir dalam kumparan. Arus listrik tersebut timbul karena adanya beda potensial pada ujung-ujung kumparan ketika magnet batang digerakkan masuk atau keluar dari kumparan.  

“Beda potensial inilah yang disebut Gaya Gerak Listrik

induksi (GGL induksi)”

Ketika magnet batang digerakkan masuk, terjadi penambahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparan (galvanometer menyimpang atau ada arus yang mengalir).

Ketika batang magnet dikeluarkan terjadi pengurangan jumlah garis gaya

magnetik yang memtong kumparan (galvanometer menyimpang dengan

arah berlawanan).

Ketika batang magnet diam sejenak maka jarum galvanometer kembali ke nol (tidak ada arus yang mengalir).

Jadi, timbul beda potensial atau GGL induksi pada kedua

ujung kumparan akibat perubahan jumlah garis gaya

magnetik yang memotong kumparan.

Arus listrik yang disebabkan oleh

perubahan jumlah garis gaya

magnetik yang memotong

kumparan disebut arus induksi. Alat-alat yang bekerja

berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnetik adalah Generator dan Transformator (trafo).

“Faktor-Faktor yang  Menentukan Besar GGL”

1) banyaknya lilitan kumparan

Besarnya GGL induksi tergantung pada tiga faktor, yaitu : Untuk lebih jelasnya,

marilah kita saksikan video mengenai Induksi berikut ini :2) kecepatan keluar-

masuk magnet dari dan keluar kumparan3) kuat magnet batang yang

digunakan

Medan Listrik

Adanya muatan listrik di dalam ruang akan menyebabkan setiap muatan listrik yang

ada di dalam ruangan itu mengalami gaya elektrostatika Coulomb, yaitu yang

menurutkan hukum Coulomb di atas. Oleh sebab itu dikatakan bahwa muatan listrik

akan menimbulkan medan listrik disekitarnya.

Medan listrik dikatakan kuat apabila gaya pada muatan listrik di dalam ruangan bermedan listrik itu besar. Tetapi gaya coulomb itu besar terhadap muatan listrik yang banyak sehingga didefinisikan kuat medan listrik sebagai gaya pada satu satuan muatan listrik. Jadi dari hukum Coulomb di atas, kuat medan listrik oleh titik muatan listrik q adalah:

Dimana r ialah vektor satuan arah radial dari titik muatan q .

 Sebagaimana gaya adalah besaran vektor maka begitu juga kuat medan listrik sehingga kuat medan listrik oleh beberapa titik muatan listrik q1, q2, q3, … sama dengan jumlah vektor–vektor kuat medan listrik oleh masing–masing titik muatan listrik, yaitu:

Potensial ListrikSejalan dengan tenaga potensial dalam mekanika, potensial listrik didefinisikan sebagai yang sedemikian hingga turunnya tenaga potensial dari suatu titik A ke titik B sama dengan usaha yang dilakukan oleh satu satuan muatan listrik selama bergerak dari A ke B. Untuk medan listrik yang oleh satu titik muatan q turunnya potensiaal listrik itu menjadi :

 yang dengan mengambil VB = 0 untuk rB = 0 , yakni dengan menyatakan potensial listrik itu ditempat yang jauh tak terhingga dari q adalah nol, sejalan dengan tiadanya potensi untuk melakukan usaha sebab kuat medan listrik E di r = adalah nol, kita dapat merumuskan potensial listrik oleh titik muatan listrik q ditempat sejauh r dari titik muatan itu sebagai :

yang sama dengan usaha yang sama oleh satu satuan muatan listrik yang bergerak dari tempat sejauh r dari q, ketempat tak terhingga jauhnya dari q, atau dapat juga dikatakan sama dengan usaha yang diperlukan untuk mengambil satu satuan muatan listrik dari tempat jauh tak terhingga ke tempat sejauh r dari titik muatan q. Selanjutnya didefinisikanlah satuan potensial volt.  

Jikalau usaha yang dilakukan oleh 1 coulomb muatan listrik adalah 1 joule, maka turunan

potensial adalah 1 volt, dimana muatan listrik satu coulomb adalah yang pada pemindahannya

dalam pengendapan elektrolit mengendapkan 1,118 miligram Ag dari larutan elektrolit AgNO3.

Jelaslah bahwa untuk Q coulomb muatan yang melintasi benda

potensial V volt, diperlukan usaha sebesar QV joule yang berarti

coulomb Volt = joule.

Lebih lanjut, dalam hukum Coulomb, satuan permitivitas medium adalah yang sedemikian hingga apabila satuan untuk muatan listrik q adalah coulomb dan satuan untuk jarak adalah meter, maka satuan untuk gaya elektrostatika Coulomb adalah Newton.

Jadi untuk satuan permitivitas medium itu ialah coulomb2/ (newton meter) Sejalan dengan yang berlaku dalam mekanika dimana gaya F = - gradien potensial, maka dalam elektrostatika juga berlaku hubungan kuat medan listrik E = - gradien potensial listrik V atau dirumuskan:

Dimana ialah operator deferensial vektor nabla Laplace, yaitu :

Dengan i, j, k, adalah vektor–vektor satuan panjang sumbu–sumbu koordinat X, Y, Z di dalam sisitem koordinat cartesius.

KapasitorSebuah kapasitor yang diberi muatan, maka akan timbul potensial listrik, selanjutnya akan menyimpan muatan listrik. Hasil perbandingan antara besar muatan dengan potensial kapasitor yang ditimbulkan adalah konstan dan disebut kapasitas kapasitor.

Keterangan :C : Kapasitas kapasitor (F)Q : muatan (C)V : beda potensial (Volt)

Kapasitor Keping SejajarDua buah keping sejajar diberikan muatan yang berlainan. Kedua keping tersebut dipisahkan pada jarak d dan ruang antara kedua keping tersebut berisi udara, maka kedua keping tersebut akan mempunyai kapasitas karena keduanya bermuatan.

Besarnya kapasitas tersebut bergantung

kepada luas plat/keping, jarak anatar keping, konstanta dielektrik

(bahan yang digunakan untuk mengisi ruang

antar keping) dan besarnya muatan yang

diberikan pada kedua plat.

Besarnya kapasitas kapasitor tesebut adalah :

Keterangan :

C : kapasitas kapasitor (F)A : luas penampang keping (m2)d : jarak antar keping (m)e0 : permitivitas udara (F/m)

Jika ruang antar keping diisi dengan suatu bahan dielektrik yang memiliki

permitivitas e maka kapasitas kapasitor tersebut menjadi :

Contoh soal :1. Dua buah muatan listrik masing-masing sebesar 2 x 10-6 C dan -4 x 10-6 C. Kedua buah muatan tersebut terpisah sejauh 6 cm. Jika diketahui ketetapan k = 9 x 109 Nm2/C2, berapakah besar gaya tarik-menarik yang timbul antara kedua buah muatan listrik tersebut?

Diketahui : q1 = 2 x 10-6 C

q2 = -4 x 10-6 C

r = 6 cm (6 x 10-2 m)

k = 9 x 109 Nm2/C2

Jawab

:

Ditanyakan : F = ?

Jawab :

2. Dua buah muatan listrik sejenis masing-masing 8 stc dan 16 stc. Apabila kedua muatan tersebut terpisah pada jarak 4 cm, berapakah gaya tolak menolak antara kedua buah muatan tersebut? (1 Coulomb = 3 x 109 stc)

Diketahui : q1 = 8 stc (2.6 x 10-9 C)

q2 = 16 stc (5,3 x 10-9 C)

r = 4 cm (4 x 10-2 m)k = 9 x 109 Nm2/C2

Ditanyakan : F = ?

Jawab :

3. Jarak antarmuatan -2C dan 10C adalah 3 cm. Jika diketahui k=9 x 109 Nm2/C2, berapakah gaya tarik menarik antara kedua muatan tersebut? (1 Coulomb = 106 C)

Diketahui : q1 = -2C (-2 x 10-6 C)

q2 = 10C (10 x 10-6 C)

r = 3 cm (3 x 10-2 m)k =9 x 109 Nm2/C2

Ditanyakan : F = ?

4. Usaha yang dibutuhkan untuk mengalirkan suatu muatan adalah 50 J. Tentukanlah jumlah

beda potensial yang dibutuhkan untuk mengalirkan muatan tersebut apabila diketahui

muatan tersebut sebesar 20 C!

Diketahui : W = 50 J

q = 20 C

Jawab :

Ditanyakan : V = ?

Penyelesaian : V =

V =

V = = 2,5 volt

5. Berdasarkan sebuah percobaan, diketahui beda potensial BC adalah 5 V dan energi potensial yang digunakan untuk memindahkan sebuah muatan listrik adalah sebesar 12,5 J. Tentukanlah besar muatan listrik pada percobaan tersebut!

Diketahui : W = 12,5 J V = 5 V

Jawab :

Ditanyakan : q = ?

q =

q =

q = 2,5 Coulomb

Berikut adalah beberapa materi mengenai Hukum Coulomb yang berupa video :

Berikut adalah video mengenai gaya tarik-menarik/tolak-menolak antara dua buah muatan :

THANK YOU…