Modul2_LISTRIKSTATIS
-
Upload
tinolesmana6824 -
Category
Documents
-
view
163 -
download
2
description
Transcript of Modul2_LISTRIKSTATIS
1
LISTRIK STATISLISTRIK STATISDAN KAPASITORDAN KAPASITOR
RACHMAT ABDUS SYUKURRACHMAT ABDUS SYUKURSMASMANN 91 JAKARTA91 JAKARTA
BLOG :BLOG :http://belajarfisika91.wordpress.comhttp://belajarfisika91.wordpress.com
http://rachmathttp://rachmat--abdabd--syukur.blogspot.comsyukur.blogspot.comEE--mail : [email protected] : [email protected]
2
2
3
MUATAN LISTRIK
4
Atom terdiri dari1. Inti : proton (bermuatan positif) ee++
neutron (bermuatan netral)
2. Elektron : mengorbit mengelilingi intidalam lintasan tertentu
Elektron bermuatan negatif ee--
““GAYA LISTRIKGAYA LISTRIK”” MENYEBABKAN ELEKTRON BERGERAKMENYEBABKAN ELEKTRON BERGERAKMENGELILINGI INTI ATOMMENGELILINGI INTI ATOM
KONSEP MUATAN LISTRIKKONSEP MUATAN LISTRIK
3
5
• Muatan listrik dilambangkan denganQ
• Satuan muatan listrik adalah Coulomb• 1 Coulomb : Jumlah muatan listrik yang
mengalir dalam arus sebesar satu Amperedalam satu detik
• 1 C = 1 Ampere x 1 detik
KONSEP MUATAN LISTRIKKONSEP MUATAN LISTRIK
6
GAYA LISTRIK
4
7
1. Gaya Listrik atau Gaya Coulombantara dua benda titik bermuatanlistrik sebanding dengan muatanmasing-masing, dan berbandingterbalik dengan kuadrat jarakantara kedua muatan tersebut.
2. Gaya interaksi bekerja pada garispenghubung antara kedua bendabermuatan tersebut. Gayainteraksi tarik-menarik, bilamuatan berbeda jenis; dan tolak-menolak bila sejenis.
3. Secara kuantitatif gaya F12 padaq1 yang disebabkan oleh q2 dapatdituliskan sbb :
12212
21122
12
21
012 ˆkˆ
41 r
rqqr
rqqF
GAYA LISTRIKGAYA LISTRIK
2212-
22912
/NmC10 x8,85vakumaspermitivit
/CNm10 x9konstantak
satuanvektorˆ
o
arahr
8
CONTOH SOALCONTOH SOAL1. Kita mempunyai 2 buah benda titik bermuatan.
Yang satu terletak pada koordinat (2,0) denganmuatan q1 = 10 C, dan yang lain terletak padakoordinat (5,4) dengan muatan q2 = -5 C.Tentukan vektor gaya yang bekerja pada muatanq2 karena gaya Coulomb oleh q1. Posisi koordinatdinyatakan dalam m.
2. Tiga muatan titik ditempatkan pada sumbu xseperti pada gambar. Tentukan gaya total padamuatan -5μC yang disebabkan oleh dua muatanlain!
-5μC+3μC +8μC
30 cm20 cm
5
9
CONTOH SOALCONTOH SOAL3. Tiga muatan lisrik tampak pada gambar. Hitung
gaya pada muatan 4μC akibat dua muatan lainnya!
4. Dua bola bermuatan kecil ditempatkan padasumbu x: +3μC pada x = 0 dan -5μC pada x = 40cm. Dimanakah seharusnya muatan ketiga qditempatkan agar gaya yang dialaminya nol?
+3μC+2μC
+4μC
20 cm 20 cm
60o60o
10
(a) Vektor posisi (b) Posisi relatif
Bila q1, q2, q3 dan q4 terpasang kuat pada posisi masing-masing, gaya resultan yang bekerja pada q1 oleh karenaq2, q3 dan q4 adalah:
1413121 FFFF
q2
q1q3
q4
q1
q4
q3
q2
13r
14r
12r
3r
4r
1r 2r
GayaGaya oleholeh beberapabeberapa muatanmuatan listriklistrik
6
11
CONTOH SOALCONTOH SOAL
5. Empat buah muatan terpasangmasing-masing pada koordinat (0,3),(1,4), (4,0), dan (0,-3). Harga masing-masing muatan adalah q1 = -2 C, q2 =1 C, q3 = 3 C, dan q4 = -1 C. Hitungresultan gaya pada q3. Posisi muatandinyatakan dalam meter
12
MEDAN LISTRIK
7
13
1. Medan listrik E didefinisikansebagai gaya yang bekerja padapartikel uji dibagi dengan muatanpartikel tersebut.
2. Muatan yang menghasilkan medanlistrik disebut muatan sumber.
3. Gaya Coulomb di sekitar suatumuatan listrik akan membentukmedan listrik.
4. Medan listrik merupakan vektor dansering disebut medan vektor denganpersamaan:
2212-
229
/NmC10 x8,85vakumaspermitivit
/CNm10 x9konstantak
muatanendekatimenjauhi/mradialarahsatuanvektorˆ
o
r
MEDAN LISTRIKMEDAN LISTRIK
rr
q
q
qrFrE ˆ
4
1),()(
20
'
'
+q0
0qFE
Q
rr̂
F
E
14
CONTOH SOALCONTOH SOAL6. Misalkan muatan sumber adalah
suatu muatan titik pada koordinatS(1,4) dan tentukan kuat medan diP(5,1). Jika besar muatan sumberadalah q = 2 C dan posisi koordinatdinyatakan dalam meter.
8
15
Garis - Garis Gaya ListrikGarisGaris -- GarisGaris GayaGaya ListrikListrik+++++
++
+
E
- --
---
--
E
++
++
++ ++
E
-----
--
-
E
16
Arah Kuat Medan ListrikArahArah KuatKuat MedanMedan ListrikListrik
+ -QA QB
+ +
- -
9
17
CONTOH SOALCONTOH SOAL7. Gambar di bawah ini memperlihatkan sebuah muatan
q1 (+1,0 x 10-6 C) berjarak 10 cm dari muatan q2(+2,0 x 10-6 C). Di titik manakah pada garis yangmenghubungkan kedua-dua muatan tersebut medanlistriknya sama dengan nol ?
8. Hitunglah: (a) medan listrik E di udara pada jarak 30cm dari sebuah muatan titik q1 = 5x10-9C, (b) gayapada suatu muatan q2 4x10-10C yang ditempatkan 30cm dari q1, dan (c) gaya pada muatan q3 = -4x10-10Cyang ditempatkan 30 cm dari q1 (dimana q2 tidakada).
lq1 q2
x
P
18
CONTOH SOALCONTOH SOAL9. Tiga muatan ditempatkan pada tiga sudut sebuah bujur
sangkar seperti pada gambar. Setiap sisi bujursangkaradalah 30 cm. Hitunglah E pada sudut ke empat!Berapakah gaya yang diberikan oleh muatan 6μC padasudut yang kosong tersebut?
10. Terdapat dua buah bola kecil bermuatan, q1 = +20x10-8Cdan q2 = -5x10-8C. Tentukan (a) medan listrik E padatitik P, (b) gaya pada muatan -4x10-8C yang ditempatkanpada P, dan (c) posisi dimana medan listrik nol (jika tidakada muatan -4x10-8C).
-5μC+8μC
-4μC
q1 q2P5 cm 5
cm
10
19
POTENSIAL & ENERGIPOTENSIAL LISTRIK
20
1. Potensial listrik merupakanbesaran skalar.
2. Muatan positif akanmenghasilkan potensialpositif di sekitarnya,sedangkan muatan negatifakan menghasilkan potensialnegatif.
3. Potensial listrik pada satutitik karena pengaruhbeberapa muatan listrikmerupakan jumlah aljabardari masing2 muatan.
41
0 AA r
qV
+ rAq A
-BrBq 4
1
0 BB r
qV
POTENSIAL LISTRIKPOTENSIAL LISTRIK
41
0
i i
i
rqV
11
21
Sebuah muatan uji q’ diletakkan di dekatmuatan sumber q, maka energi potensialyang dimiliki oleh muatan uji q’ adalah
'4
1
0 rqqEp
+ rq q’
ENERGI POTENSIAL LISTRIKENERGI POTENSIAL LISTRIK
22
UsahaUsaha yang diperlukan untuk memindahkansebuah muatan uji q’ dari a ke b yang dipengaruhioleh muatan sumber q adalah :
'4
1'4
1
00 abab
ababba
rqq
rqqW
EpEpWW
+ raq a
b
rb
USAHA LISTRIKUSAHA LISTRIK
12
23
W AB = F . d
W AB = q . E . d
W AB = q . ΔVAB
ΔVAB = E . d
+++++
-----
Bat
+
E
d
V
BBAA
KEPING SEJAJARKEPING SEJAJAR
24
CONTOH SOALCONTOH SOAL11. Potensial di suatu titik terhadap suatu partikel bermuatan
600 Volt dan kuat medannya 200 N/C. Berapa jarak titik ituberada dari muatan tersebut.
12. Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatanpositif yang besarnya 10 Coulomb dari satu titik yangpotensialnya 10 Volt ke suatu titik lain dengan potensial 60Volt.
13. Di dalam sebuah tabung ruang hampa terdapat kutub katodadan kutub anoda, elektron bergerak dari katoda ke anoda.Beda potensial antara katoda dan anoda adalah 300 Volt, danelektron bergerak tanpa kecepatan. Tentukan kecepatanelektron pada saat sampai di anoda. (massa elektron = 9,1 x10-31 kg, muatan elektron = 1,6 x 10-19 C)
14. P dan Q adalah dua titik yang terletak dalam medan listrikdan jaraknya 0,1 m. Jika dibutuhkan usaha 500 Joule untukmemindahkan muatan 2 C dari P ke Q, berapakah bedapotensial antara kedua titik itu?
13
25
KAPASITOR DANDIELEKTRIK
26
PengertianPengertian KapasitorKapasitor
• Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor(lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator).Isolator penyekat ini sering disebut bahan (zat) dielektrik.
• Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantardigunakan untuk membedakan jenis kapasitor, seperti: kertas,mika, plastik cairan dan lain sebagainya.
KAPASITORKAPASITOR
1. Kapasitor 2. Kapasitor 3. Kapasitor 4. Kapasitor 5. Kapasitorelektrolit tantalum Polister Film Poliprolyene Kertas
6. Kapasitor 7. Kapasitor 8. Kapasitor 9. KapasitorMica Keramik Epoxy Variable
14
27
KegunaanKegunaan KapasitorKapasitor• mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian
yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba aruslistrik diputuskan dan dinyalakan
• menyimpan muatan atau energi listrik dalamrangkaian penyala elektronik
• Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesinmobil
• memilih panjang gelombang pada radio penerima
• sebagai filter dalam catu daya (power supply)
KAPASITORKAPASITOR
28
Bila luas masing2 keping A,maka :
Tegangan antara keduakeping :
Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah :
00 AQE
..0AdQdEV
00 dA
VQC
KAPASITAS KAPASITORKAPASITAS KAPASITOR
+
+
+
+
+q -q
A
d
E
-
-
-
-
A
15
29
Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyaikonstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi
Hubungan antara C0 dan C adalah :
Kapasitas kapasitor akan berubah harganya bila :K , A dan d diubah
Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanyamerupakan perbandingan2 yang tetap saja. Artinya
meskipun harga Q diubah2, harga C tetap.
0 dAKC
karena 00 KKCC
30
a. Rangkaian Seri
Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan Qyang sama.
111
21 CCCs ;;
22
11
ss C
QVCQV
CQV
21 QQQs
RANGKAIAN DASAR KAPASITORRANGKAIAN DASAR KAPASITOR
16
31
b. Rangkaian Paralel
Kapasitor yang dihubungkan paralel, teganganantara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V.
RANGKAIAN DASAR KAPASITORRANGKAIAN DASAR KAPASITOR
21 CCCp
22
11
VCQVCQ
VCQ
pp
21 VVVp
32
Sesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yangmempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan
energi W yang lebih besar pula.
Persamaannya :
212
21 QVCVW
ENERGI KAPASITORENERGI KAPASITOR
17
33
CONTOH SOALCONTOH SOAL
15. Tentukan kapasitas kapasitor yang mempunyai luas keping 1cm2 dan jarak antara kepingnya 0,2 cm, bila muatan masing2keping sebesar 5 μC dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2 dan diantaramedium ada bahan dengan konstanta dielektrik 2.
16. Suatu kapasitor keping sejenis mempunyai kapasitas 5 μF,jika ruang diantara keping2 berisi udara. Jika ruang tersebutdiisi porselin, kapasitasnya 30 μF. Berapakah konstantadielektrik porselin ?
17. Suatu kapasitor berisi udara, tegangannya V0. Kapasitor itukemudian diisi mika (K = 5) dan diisolasi (muatannya dibuattetap). Berapakah tegangan kapasitor itu sekarang ?
18. Tiga buah kapasitor dihubungkan secara seri dan paralel, C1 =1 μF, C2 = 2 μF, C3 = 3 μF dihubungkan dengan sumbertegangan 12 V. Tentukanlah (a) Kapasitas gabungannya, (b)muatan masing2 kapasitor.
34
CONTOH SOALCONTOH SOAL
19. Terdapat suatu rangkaian dengan 5 buah kapasitor yang samabesarnya. Tentukan kapasitas antara titik K dan M.
20. Jika sebuah kapasitor yang berkapasitas 10 μF mempunyaienergi listrik sebesar 1 Joule, maka berapakah tegangannya ?
SELAMAT BELAJAR YAASELAMAT BELAJAR YAA ……………… __