Mariana Permanasari

Sumber Belajar :Fisika : Marthen KanginanInternetSumber lainnyaMateri :Menginterpretasikan listrik statis dan dinamisMenerapkan konsep listrik arus searahMenerapkan konsep listrik arus bolak-balikMetode :CeramahDiskusiPenilaian :Ulangan HarianTugas : Individu & KelompokUjian Mid SemesterSikapUjian SemesterPelajaran FisikaKelas 12

Listrik StatisMateri Pelajaran :Gaya Coulomb (Gaya Elektrostatis)Medan ListrikEnergi Potensial dan Potensial ListrikArus ListrikKapasitor

LISTRIKELECTRON(Batu Ambar)ELECTRICITYSejenis batuan yang memiliki kemampuan menarik benda-benda kecil tertentu tetapi daya tariknya bukan karena sifat kemagnet-anMuatan ListrikPembawa sifat kelistrikanMuatan PositifMuatan NegatifMuatan yang sejenis dengan muatan yang dihasilkan kaca bila digosok dengan kain suteraMuatan yang sejenis dengan muatan yang dihasilkan ebonit bila digosokdengan kain woolLISTRIK STATIS

(Mempelajari muatan-muatan listrik yang diam)

Perpindahan Elektron

Benda BermuatanCara Membuat :PenggosokanInduksi (Imbas/didekatkan)Konduksi (hantaran/disentuhkan)Alat untuk Deteksi :ElektroskopPenomena Alam :PetirPemanfaatan :Pada Printer (dot matrik) 3. Proses Pengecatan MobilMesin Fotocopy 4. Penangkap debu pada cerobong asap industri

LISTRIK STATISMengapa penggaris plastik yang digosok-gosokkan pada rambut dapat menarik kertas-kertas kecil ?Listrik Tidak MengalirUntuk dapat menjawab pertanyaan diatas kita perlu memahami tentang atom.Sobekan kertas kecil Penggarisplastik

atomZatAtomInti atomelektronProtonNeutronPartikel penyusun atom :1. Proton bermuatan positif2. Neutron tidak bermuatan3. Elektron bermuatan negatif

Susunan partikel zat padat

Teori AtomAtom terdiri dari partikel- partikel antara lain1. Proton ( + )2. Elektron ( - )3. Neutron ( o )Proton dan Neutron membentuk inti atom yang dikelilingi oleh elektronElektron dalam mengelilingi inti atom pada tingkat energi tertentusemakin jauh dari inti energi elektron semakin kecilAtom netral jika jumlah proton sama dengan jumlah elektronAtom bermuatan positif jika atom kekurangan elektronAtom bermuatan negatif jika atom kelebihan elektron

Model Atom 1. Atom Hidrogen ( H )

2. Atom Helium ( He )3. Atom Litium ( Li )Berapakah jumlah proton pada atom Helium di atas ?Berapakah jumlah elektron pada atom Helium di atas ?Apakah atom Helium di atas bermuatan listrik ?Berapakah jumlah proton pada atom Litium di atas ?Berapakah jumlah elektron pada atom Litium di atas ?Apakah atom Litium di atas bermuatan listrik ?Mengapa atom Helium di atas netral ?Mengapa atom Litium di atas netral ?KesimpulanJika demikian bila mana atom dikatakan netral?

Muatan Listrik pada atomNa+11Artinya atom Natrium memiliki 11 protonArtinya atom Clor memiliki 17 protonKarena sesuatu hal elektron pada atom Na dapat berpindah ke atom CNatrium kehilangan elektron maka Natrium kekurangan elektron dan Natrium menjadi bermuatan positif Clor menerima elektron maka Clor kelebihan elektron dan Clor menjadi bermuatan negatif Kesimpulan Bila mana sebuah atom netral dapat menjadi bermuatan listrik ?Apakah Atom Natrium netral ?Apakah Atom Clor netral ?

KesimpulanBila mana sebuah atom netral dapat menjadi bermuatan listrik ?Ada berapa jenis muatan listrik ? Yaitu muatan dan muatan Bila atom kehilangan elektron maka atom tersebut akan kekurangan elektron dan menjadi mermuatan listrik jenis apa ?Bila atom menerima elektron maka atom tersebut akan kelebihan elektron dan menjadi mermuatan listrik jenis apa ?

Muatan listrik pada bendaPenggaris plastik yang digosok gosok dengan rambut dapat menarik bulu ayamBagaimana hal itu dapat terjadi ?Apa yang terjadi dengan pengaris plastik dan bulu ayam sehingga bulu ayam dapat ketarik oleh penggaris plastik ?

Plastik yang digosok gosok dengan kain wol maka plastik akan menjadi bermuatan listrik negatif, karena elektron kain wol pindah plastikMendapatkan muatan listrik pada benda dengan menggosok

kaca yang digosok gosok dengan kain sutra maka kaca akan menjadi bermuatan listrik positif, karena elektron kaca pindah ke kain sutraMendapatkan muatan listrik pada benda dengan menggosok

Interaksi antara muatan listrikMuatan sejenis bila didekatkan saling tolak menolakditolak

Interaksi antara muatan listrikditarikMuatan tidak sejenis bila didekatkan saling tarik menarik

Hukum Coulomb

Besar gaya tarik atau tolak antara muatan sebanding dengan besar muatan masing masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.F = gaya coulomb ( N )Q = muatan ( C )r = jarak ( m )k = ketetapan 9.109 Nm2/C2

Gaya Interaksi antar Muatan(Gaya Elektrostatis/Gaya Coulomb)Q1 & Q2 = muatan (C)o = 8,85 x 10-12 N-1m-2C2r= jarak (m) o = permitivitas ruang hampaF= Gaya Coulomb (N)k= 9 x 109 Nm2C-2

Gaya Coulomb pada Medium Selain Ruang Hampa/Udara

Contoh Dua buah benda masing masing bermuatan listrik 3C dan 2 C yang terpisah sejauh 10 cm bila ketetapan coulomb 9.109 N m2/C2 berapakah besar gaya tarik antara kedua muatan ?F = 540 NCatatanUbah satuan satuan besaran yang ada kedalan satuan SI C= 10 6 C cm =10 2 m

Contoh soalDi udara terdapat dua buah muatan 10 C dan 40 C terpisah dalam jarak 20 cmberapakah besar gaya interaksi kedua muatan tersebut.b. Apabila kedua muatan ditempatkan di suatu medium yang konstanta dielektrikumnya 3. Berapakah gaya yang dialami oleh muatan 40 C ?

Penyelesaian :besarnya gaya interaksi kedua muatan adalah

b. = 30 N

Gaya Coulomb untuk Beberapa Muatan

FcaFcbFcQcFabFacFadFbdQa = Qb = Qc = Qd = Qra = rb = rc = rd = r

TWFcPada keadaan setimbang berlaku :

Soal-soal Latihan Gaya Coulomb :Dua keping logam masingt-masing diberi muatan sama, terpisah sejauh 15 cm. Gaya tolak-menolak antara kedua uang logam 6,4 x 10-6 N. Hitung muatan masing-masing uang logam jika keduanya berada di :UdaraDalam air yang permitivitasnya 80Muatan titik A, 250 C, diletakkan pada garis hubung antara muatan titik B, 50 C, dan muatan titik C, -300 C. Muatan A diletakkan 5 cm dari B dan 10 cm dari C. Tentukan besar dan arah gaya yang bekerja pada muatan titik A !Bola kecil A bermuatan +135 C dan bola kecil B bermuatan -60 C terpisah sejauh 10 cm. Bola kecil C yang bermuatan +40 C diletakkan pada garis hubung antara A dan B sehingga resultan gaya-gaya yang bekerja pada A sama dengan nol. Di mana letak C diukur dari A ? Pada segitiga sudut sama sisi yang panjang sisinya 10 cm, terdapat tiga muatan titik, yaitu muatan +3 C, -6 C, dan +23 C.Tentukan gaya yang bekerja pada muatan 23 C !Pada keempat sudut bujur sangkar (sisi 30 cm) terdapat empat buah muatan yang sama, yaitu +5 C. Tentukan besar gaya yang bekerja pada masing-masing muatan !

Dua bola digantung seperti gmb di bawah. Tiap bola memiliki massa 5 g, dan bermuatan q. Panjang tali 30 cm. Kedua bola mencapai kesetimbangan ketika = 90o. Tentukan muatan masing-masing bola. g = 10 m/s2

90o

1. Tiga buah titik A, B dan C segaris masing-masing bermuatan listrik Qa = 4nC, Qb = 1nC dan Qc = 9nC jika jarak AB = 2 cm dan BC = 3 cm. Hitunglah gaya listrik yang bekerja pada titik B.

2. Tiga buah titikA, B dan C berada pada satu garis lurus dimana jarak BC = 2 m. muatan listrik di A = - 2,25 nC, di B= 8 nC dan di C = - 36 Nc, Agar gaya listrik di A = 0. Hitunglah jarak AB ?

3. Pada segitiga ABC siku-siku di A pada masing-masing titik terdapat muatan listrik Qa = 1 nC, Qb= -16 nC dan Qc= 9 nC, jika jarak AB = 4 cm dan AC= 3 cm.a. Gambarlah vektor gaya yang bekerja pada titik A !b. Hitunglah gaya listrik yang bekerja di titik A!

Medan ListrikRuang disekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrikBenda uji bermuatan listrik q diletakkan didekat benda bermuatan listrik Q jika benda uji mendapat gaya, maka tempat dimana benda uji berada di dalam medan listrik benda bermuatan QQqESemakin jauh letak benda uji dari benda bermuatan Q maka gaya pengaruhnya semakin kecil sehingga kuat medan listriknya semakin kecilQqE

Garis garis gaya listrikMedan listrik digambarkan sebagai garis -garis gaya listrik.Arah garis gaya listrik muatan positif meninggalkan muatan Arah garis gaya listrik muatan negatif menuju muatan

Pola garis gaya listrik pada dua muatan yang berdekatan

Kuat medan listrikQqrEBenda bemuatan listrik Q didekatkan benda uji bermuatan q berjarak r Besar kuat medan listrik di titik benda uji adalah gaya listrik yang ditimbulkan benda bermuatan di bagi muatan ujiE = medan listrik ( N/C )Q = muatan sumber ( C )q = muatan uji ( C )r = jarak dari benda ( m )F = Gaya ( N )

Dijumlah dengan cara penjumlahan vektorSoal Latihan :Hitung kuat medan listrik pada jarak 3 m dari muatan +2 CSebuah muatan titik -4 C diletakkan pusat koordinat Cartesius. Tentukan besar dan arah kuat medan listrik :Pada sumbu x di titik x = 3 mPada sumbu y di titik y = -4 mDi titik yang koordinatnya x = 2 m dan y =2 m(Arah kuat medan listrik dinyatakan terhadap sumbu x positif)Sebuah muatan uji negatif 2 x 10-8 C mengalami gaya 0,05 N pada 30o dalam suatu medan listrik. Tentukan besar dan arah kuat medan listrik pada lokasi muatan ujiSebuah tetes minyak bermassa 9,4 x 10-15 kg jatuh di antara dua keping sejajar yang bermuatan . Tetes minyak itu seimbang di antara keping jika kuat medan listrik di antara kedua keping 2 x 105 N/C. Hitung muatan pada tetes minyak itu (g = 10 ms-2)

Sebuah elektron (e = 1,6 x 10-19 C, m = 9,1 x 10-31 kg) dilepas dari keping bermuatan negatif menuju keping bermuatan positif tanpa kecepatan awal. Jika jarak antara kedua keping 15 cm dan di antara kedua keping terdapat medan listrik yang besarnya 1536 n/C, tentukan :Waktu yang diperlukan elektron untuk mencapai keping bermuatan positifKecepatan elektron ketika mencapai keping bermuatan positif.Dua buah muatan masing-masing +20 x 10-8 C dan -5 x 10-8 C terpisah sejauh 10 cm, tentukan :Di titik P yang diletakkan ditengah-tengah antara kedua muatanGaya yang bekerja pada muatan -4 x 10-8 C yang diletakkan di titik P Letak titik yang kuat medannya nol(Arah kuat medan listrik dinyatakan terhadap sumbu x positif)Pada keempat sudut sebuah bujursangkar (sisi 10 cm) diletakkan empat buah muatan yang sama (5 C). Tentukan kuat medan listrik di pusat bujursangkar, jika :Keempat muatan positifTanda keempat muatan itu berselang-seling (positif dan negatif)Tanda keempat muatan itu adalah positif-positif-negatif-negatif

Electric Flux () = E x A

Sumber : Haliday Resnick, 745Garis-garis medan yang menggambarkan suatu medan listrik (E) yang homogen (serba sama) menembus suatu permukaan A yang saling tegak lurus dengan medan tersebut. Fluks listrik yang melalui permukaan ini adalah hasil kali E dan A

Electric FluxBila permukaan A membentuk sudut dengan medan listrik: = E x A cos

Gausss LawKarl Friedrich Gauss(17771866)Fluks listrik yang melalui sembarang permukaan tertutup dimana melingkupi sebuah muatan listrik q, di tunjukkan dengan q/o

Gausss LawFluks listrik () yang melalui suatu permukaan tertutup dimana di dalam permukaan tersebut tidak terdapat muatan listrik adalah nol

Hukum Gaus Jika E tegak lurus dengan bidang A, maka = E x AE x A = Qo=oE E = AQoQ = muatan yang dilingkupi permukaan tertutup (C) = rapat muatan ( C/m2 )o = permitivitas udara atau ruang hampa = 8,85 x 10-12 C2 N-1m-2

Keping SejajarBola Berongga= rapat muatan (C/m2)o= permitivitas ruang hampaE= kuat medan listrik (N/C)A= luas permukaan keping (m2)q= muatan listrik (C)Di dalam bolaDi luar bola r < R

Soal Latihan :Hitung jumlah garis gaya listrik yang menembus bidang bujursangkar (sisi = 25 cm) bila vektor medan listrik sebesar 120 N/C dan arahnya :Searah bidangTegak lurus bidangMembtnuk sudut 37o terhadap bidang (sin 37o 0,6)Membentuk sudut 30o terhadap bidangSebuah konduktor dua keping sejajar yang tiap kepingnya berbentuk persegi panjang (panjang = 5 cm, lebar = 4 cm) diberi muatan 1,77 C tetapi berlawanan jenis. Hitung :Rapat muatan listrik masing-masing kepingKuat medan listrik dalam ruang di antara kedua kepingSebuah konduktor bola berongga yang berdiameter 12 cm diberi muatan -50 C. Titk-titik A, B dan C berturt-turut jaraknya 3 cm 6 cm dan 9 cm. Tentuksan kuat medan listrik pada titik A, B dan C !

Energi Potensial ListrikSecara Umum :Ep= energi potensial (joule)k = 9 x 109 Nm2C-2 Q= muatan sumber (C)q= muatan uji (C)r= jarak muatan uji dari muatan sumber (m)Catatan :Tanda negatif harus dimasukkan

Soal Latihan :Tentukan perubahan energi listrik ketika sebuah proton (muatan +e = 1,6 x 10-19 C) digerakkan menuju ke sebuah inti Uranium yang bermuatan +1,47 x 10-17 C. Jarak pisah awal kedua partikel adalh 6 x 10-11 m, dan jarak pisah akhirnya adalh 2 x 10-11 m.Tentukan perubahan energi listrik ketika sebuah elektron dalam atom hidrogen (muatan e = -1,6 x 10-19 C) bergerak dari suatu keadaan tereksitasi pada r = 2,12 x 10-10 m ke keadaan energoi terendahnya pada r = 5,3 x 10-11 m.

V12 = beda potensial (J/C = Volt) Catatan :Tanda negatif harus dimasukkan

Soal Latihan :Sebuah bola kecil diberi muatan -3 x 10-6 CHitung beda potensial antara kedudukan awal yang jauhnya 0,2 m dari muatan dan kedudukan akhir yang jauhnya 0,8 mBerapa perubahan energi potensial yang terjadi jika bola lain yang bermuatan +6 x 10-8 C digerakkan di antara keduakedudukan ini ?Sebuah bola diberi muatan +2 x 10-6 C.Hitung beda potensial antara kedudukan awal yang jauhnya 0,9 m dari muatan dan kedudukan akhir yang jauhnya 0,6 m dari muatan.Berapa perubahan energi potensial yang terjadi jika bola lain bermuatan -5 x 10-8 C digerakkan di anatar kedua kedudukan ini ?Apakah perubahan energi potensial pada (b) bertambah atau berkurang ?

Perubahan energi potensial listrik per satuan muatan ketika muatan uji dipindahkan dari suatu titik yang tak berhingga jauhnya ke suatu titik (titik yang ditanyakan)

Soal Latihan :Sebuah bola kecil diberi muatan 44 x 10-6 C, hitung :potensial pada titik yang berjarak 0,2 m dari muatan (beri tabel titik A) dan titik yang berjarsk 0,4 m dari muatan (beri label titik B)beda potensial antara A dan Bbeda potensial antara B dan AUsaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan 1,6 x 10-19 C (proton) dari :A ke BB ke ADalam sebuah tabung televisi, potensial di titik A 110 Volt dan di titik B -10 volt. Tentukan :beda potensial antara A dan Bbeda potensial antara B dan AUsaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q = 1,6 x 10-19 C dari :A ke BB ke A

Potensial oleh beberapa muatan sumberCatatan :Tanda negatif harus dimasukkan

+Usaha luar yang diperlukan untuk memindahkan muatan q dari A ke B adalah :V= tegangan baterai (V)D= jarak antara kedua keping (m)E= medan listrik (V/m)

Potensial listrik :Di antara kedua keping (r d) Di dalam & kulit bola (r R)Di luar keping (r >d)V = E x rV = E x dPotensial listrik :Di luar bola (r > R)

Soal Latihan :Dua buah keping sejajar A dan B dimuati oleh baterai 240 V. Kedua keping berada dalam vakum dan jarak antara kedua keping 4 cm. Keping A dihubungkan dengan kutub positif dari baterai dan keping B dengan kutub negatif, tentukanBesar dan arah kuat medan listrik di antara kedua kepingBeda potensial di titik C yang berjarak 2 cm dari keping B

Sebuah konduktor bola berongga dengan jari-jari 4 cm diberi muatan 0,2 C. Titik A, B dan C berturut-turut jaraknya 2 cm, 4 cm dan 6 cm dari pusat bola. Tentukan potensial listrik dititik A, B dan Cp

KesimpulanInduksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan listrik pada suatu benda ketika didekati benda bermuatan listrikNetralApa yang terjadi pada muatan benda netral ketika didekati dengan benda bermuatan positif ?

NetralBenda netral bila diinduksi dengan benda bermuatan positif akan menjadi bermuatan negatifBumiBermuatan negatif

NetralBenda netral bila diinduksi dengan benda bermuatan negatif akan menjadi bermuatan positifBumiBermuatan positifKesimpulan Jenis muatan benda yang terinduksi berlawanan dengan jenis muatan benda yang menginduksi

NetralBenda netral bila disentuh dengan benda bermuatan negatif akan menjadi bermuatan negatifBermuatan negatifBagaimana cara kita menjelaskan ketika benda netral bila disentuhkan pada benda bermuatan positif maka benda netral tersebut menjadi bermuatan positif ?

KilatKarena rumah memiliki hambatan yang besar maka ketika dilewati elektron dalam jumlah yang besar rumah akan mengalami kerusakan, artinya rumah tersambar petir.

Prinsip Kerja Penangkal Petir 1Ketika rumah terinduksi oleh awan yang bermuatan sehinga atap rumah menjadi bermuatan positif maka muatan muatan negatif awan mengalir dari awan kebumi melewati penamgkal petir, karena penangkal petir terbuat dari bahan konduktor yang baik maka ketika dilewati muatan listrik negatif dari awan tidak menyebabkan kerusakan.Penangkal petir

Prinsip Kerja Penangkal Petir 2Ketika rumah terinduksi oleh awan yang bermuatan sehinga atap rumah dan penangkal petir menjadi bermuatan positif karena penangkal petir terbuat dari bahan konduktor yang ujungnya runcing maka udara disekitar penangkal petir akan terionisasi ion negatif akan ketarik penangkal petir dan dialirkan kebumi sedangkan ion positif akan ketarik awan dan menetralkan awan .Penangkal petir

Bahaya Listrik StatisPada truk tangki pengangkut bahan yang mudah terbakar, dipasang rantai pada bagian bawahnya. Ini dimaksudkan agar listrik statis yang timbul karena gesekan ban dengan jalan dapat dinetralkan sehingga tidak membahayakan muatan tangki.awal

Penggunaan Listrik StatisPengendap elektrostatisAlat ini ditemukan oleh F.G. Cottrell pada tahun 1907. Alat ini digunakan untuk membersihkan udara yang keluar dari cerobong asap

Pengecatan MobilAgar mobil dapat dicat dengan rata, maka badan mobil diberi muatan listrik yang berbeda dengan muatan listrik pada cat. Dengan demikian cat dapat menempel kuat dan merata pada mobil

awal

Penggunaan Listrik StatisMesin FotokopiMesin fotokopi memanfaatkan konsep listrik statis dan optik. Mesin ini memanfaatkan sifat unik dari logam selenium, yaitu dapat menghantarkan listrik ketika terkena cahaya dan tidak menghantarkan listrik ketika tidak terkena cahaya.awal

**