Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331 -...

Perkuliahan

Fisika Dasar II

Oleh Endi Suhendi 1

Fisika Dasar II

FI-331

Menu hari ini (1 minggu):

� Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 2

Last Time:Potensial dan Konduktor

Oleh Endi Suhendi 3

Potensial dan Konduktor

Medan E dan Potensial: Sumber

Sebuah muatan titik q menghasilkan medan dan

Oleh Endi Suhendi 4

Sebuah muatan titik q menghasilkan medan dan potensial disekitarnya:

Gunakan superposisi untuk sistem banyak muatan

Hubungannya:

Jika anda menempatkan sebuah partikel, q, dalam medan:

Medan E dan Potensial: Efek

Oleh Endi Suhendi 5

Untuk memindahkan sebuah partikel, q, dalam medan:

Konduktor dalam Kesetimbangan

Konduktor adalah objek equipotensial:1) E = 0 di dalam 2) Muatan neto di dalam 0 3) E tegak lurus permukaan

Oleh Endi Suhendi 6

4) Kelebihan muatan pada permukaan

Kapasitor dan Kapasitansi

Oleh Endi Suhendi 7

Kapasitor dan Kapasitansi

Kapasitor: Penyimpan Muatan & Energi Listrik

Kapasitor: dua konduktor terisolasi dengan muatan yang sama Q dan berbeda tanda dan beda potensial ∆V diantaranya.

Oleh Endi Suhendi 8

Satuan: Coulomb/Volt atau Farad

Kapasitor Plat Sejajar

Oleh Endi Suhendi 9

Menghitung E (Hukum Gauss)

Oleh Endi Suhendi 10

Alternatif Pemecahan

Plat bagian atas:


Plat bagian bawah:

Kapasitor Plat Sejajar


C hanya bergantung pada faktor geometri A dan d

Kapasitor Bola

Dua kulit bola konsentrik berradius a dan b

Berapakah E?


Hukum Gauss → E ≠ 0 hanya pada daerah a < r < b, bentuk E mirip dengan yang dihasilkan oleh muatan titik:

Kapasitor Bola


Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

Kapasitansi Bumi

Untuk sebuah bola konduktor berradius a:


Satu Farad adalah sangat BESAR! Kita biasa menggunakan pF(10-12) atau nF(10-9)

Kapasitor Silinder

Dua kulit silinder konsentrik berradius a dan b, tingginya l. Kulit Silinder dalam bermuatan total Q (λ uniform) dan kulit


total Q (λ uniform) dan kulit silinder luar bermuatan total - Q (λ uniform)

Hitung Kapasitansi Sistem tersebut!

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor


dalam Kapasitor

Energi untuk Memuati Kapasitor


1. Kapasitor awalnya tidak bermuatan.2. Bawa +dq dari bawah ke atas.

Sekarang atas memiliki muatan q = +dq, bawah –dq3. Ulangi4. Berhenti ketika atas memiliki muatan q = +Q, baw ah -Q

• Pada suatu saat tertentu, plat atas +q, bawah –q• Beda potensialnya adalah ∆V = q / C• Usaha yang dilakukan untuk membawa dq yang lain

adalah dW = dq ∆V

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor


Sehingga usaha yang dilakukan untuk menggerakkan dq adalah is:

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor


Energi Total untuk memuati sampai q = Q:

Energ yang Tersimpan dalam Kapasitor

Karena


Dimanakah energi tersimpan???

Energi disimpan dalam Medan Listrik!

Kapasitor plat sejajar:

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor


Rapat Energi Medan Listrik

Batrei (Catu Daya) & Rangkaian Dasar


Rangkaian Dasar

Batrei (Catu Daya) Ideal


• Beda potensialnya tetap diantara ujung-ujungnya• Sumber muatan sebanyak muatan yang diperlukan

Susunan Batrei Seri


Beda potensial neto berubah yaitu ∆V = ∆V1 + ∆V2

Susunan Batrei Paralel

Beda potensial tetap ∆V


tetap ∆VDon’t do this!

Susunan Kapasitor Paralel

Potensial Sama!


Kapasitansi Equivalen


Animasi 5.1

Susunan Kapasitor Seri


Sekarang tegangannya beda, Bagaimana dengan Q?

Susunan Kapasitor Seri


(Tegangan dijumlahkan

Kapasitansi Equivalen


(Tegangan dijumlahkan pada susunan seri)

Animasi 5.2

Dielektrik

Sebuah bahan dielektrik adalah bahan non konduktor atau insulatorContoh: karet, kaca, kertas


Ketika dielektrik ditempatkan pada kapasitor bermuatan, beda potensial diantara dua plat akan berkurang

HOW???

Tinjauan Molekular dari Dielektrik

Dielektrik Polar :Dielektrik dengan momen dipol listrik permanen Contoh: Air


Dielektrik Non-Polar: Dielektrik dengan momen dipol listrik terinduksiExample: CH 4

Tinjauan Molekular dari Dielektrik


Example: CH 4

Dielektrik dalam Kapasitor


Beda Potensial berkurang karena polarisasi dielektrik menurunkan besar medan listrik!

Hukum Gauss untuk Dielektrik


Ketika memasukan dielektrik, rapat muatan σ terinduksi pada permukaannya

Apa itu σ’?

Konstanta Dielektrik κ

Dielektrik menurunkan besar medan awal oleh faktor κ


Hukum Gauss dengan dielektrik: Konstanta DielektrikVakum 1.0Kertas 3.7Gelas Pyrex 5.6Air 80

E, P dan D

( )σσ qqA ′−=′−


( )00 εε

=

PEεDA

qEε

A

q

Aε

q

Aε

qE 00

00

+=→′

+=→′

−=

A

qPdan

A

qD

′==

E, P dan D

PEεD 0

rrr+=

Karena E adalah vektor, maka D dan P juga vektor:

bebas"muatan dengan berkaitan "

nt)displaceme (electricListrik Pergeseran D =r


"polarisasimaupun bebasbaik

ada, yangmuatan semuadengan berkaitan "

dielektrik dalamListrik Medan E

"polarisasimuatan dengan berkaitan "

Listrik Polarisasi P

bebas"muatan dengan berkaitan "

=

=

r

r


Q0= Konstan setelah batrei diputus


Ketika dimasukan dielektrik:

V0 = Konstan ketika batrei tetap terhubung



Setelah dimasukan dielektrik:

Problem


Berapa kapasitansi sistem kapasitor berikut?

TUGAS 4Sudah dapat diakses di e-Learning


Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331 -...

Documents

Transcript of Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331 -...