Listrik Statis Dan Dinamis

Materi Listrik LISTRIK STATIS • Hukum Coulomb • Medan Listrik • Potensial Listrik • Kapasitor • Contoh Soal

LISTRIK DINAMIS • Arus Listrik • Hukum Ohm • Rangkaian hambatan • Rangkaian Sumber tegan • Hukum Kirchoff I.II • Sumber Arus Searah • Contoh Soal

KLIK SALAH SATU MATERI YANG ANDA PILIH

BAB II LISTRIK STATIS A. Hukum Coulomb Dua buah muatan listrik sejenis akan tolak-menolak dan tidak sejenis akan tarik-menarik. “ Besarnya gaya tarik menarik atau toalk-menolak antara dua muatanlistrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya”. Hal ini dikenal sebagai hukum coulomb. +

+ F • kembali ke menu utama • next>>

+

r

+ F

Secara matematis dirumuskan :

Fl = k Q1.Q2 r2 Dengan : Q1,Q2

= muatan listrik (C)

r

= jarak kedua muatan (m)

k

= permeabilitas ruang hampa = 9 . 109 Nm2/C2

• kembali ke menu utama • next>>

Bila ada lebih dari satu gaya yang mempengaruhi suatu muatan :

- Q3 r13 F13 Q1 +

FR α F12

r12

-

Q2

Dari gambar diatas maka gaya elektrostatis yang dialami muatan Q1 dapat dicari dengan rumus : FR = √ F13 2 + F12 2 + 2 F13 . F12 . cos α

• kembali ke menu utama • next>>

Keterangan : Q1, Q2, Q3 = muatan listrik (C) F13 = gaya yang dialami muatan Q1 akibat muatan Q3 F12 = gaya yang dialami muatan Q1 akibat Q2(C) FR = gaya resultan yang dialami muatan Q1(C) α

= sudut yang dibentuk antara F12 dan F13

‘r12 = jarak antara muatan Q1 dan Q2 (m) ‘r13 = jarak antara muatan Q1 dan Q3(m)

• kembali ke menu utama • next>>

B. Medan Listrik  Didefinisikan sebagai daerah disekitar muatan listrik yang masih mendapat pengaruh gaya elektroststis.  merupakan besaran vektor  medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya medan listrik yang arahnya menjauhi muatan positif dan menuju muatan negatif.

+

ANIMASI

-

Arah medan disuatu titik sama dengan arah gaya yang dialami muatan uji + bila di tempatkan dititik itu.

+ • kembali ke menu utama • next>>

P +

Ep

Besar medan listrik disebut kuat medan listrik (E):

Q

+

r

P

Ep

Kuat medan di titik P dirumuskan : Ep = k

Q r2

Q = muatan listrik (C) r = jarak ttk P ke Q(m) k = permeabilitas ruang hampa = 9 . 109 Nm2/C2

• kembali ke menu utama • next>>

1. Medan Listrik pada Bola Konduktor r R

rA B

c

C

A

Kuat medan listrik pada tempat / titik pada bola dirumuskan :  pada titik A (dalam bola), E = 0.  pada titik B ( permukaan bola) :

EB = k

Q R2

 pada titik C (di luar bola), r > R

EB = k

• kembali ke menu utama • next>>

Q r2

2.

+++++++++++++++

Medan Listrik antara Dua Keping sejajar Bermuatan A = luas penempang plat (m2) Q = muatan listrik (C) E A - A E = kuat medan listrik (N/C) Maka rapat muatan pada masing-masing keping adalah : Q

σ = Q/A

Q

Kuat medan antara keping yang berisi udara :

E=

• kembali ke menu utama • next>>

σ εo

εo = permitivitas udara = 8,85 . 10-12 C2/Nm2

C. Potensial Listrik  merupakan besaran skalar yang berada di sekitar muatan listrik.  Potensial listrik dirumuskan :

r

+

Q VP = k r

P

Q Bila muatan sumber negatif, maka harga potensial di sekitar muatan juga negatif. Potensial listrik pada suatu titik akibat pengaruh beberapa muatan :

Q2

-

Q1 + • kembali ke menu utama • next>>

+ Q3

r2 P r1

r3 VP = k

Q1

Q2

(- k ) + k r1 + r2

Q3 r3

1.

Energi Potensial Listrik : r

Q

V q

Energi potensial yang dimiliki muatan q yang berada pada tempat berpotensial listrik V adalah : Ep = q.V dengan V = k.Q/r, sehingga :

EP = k

Qq r

Dengan : EP = energi potensial (joule) Q = muatan sumber (C) q = muatan uji (C) r = jarak muatan uji ke muatan sumber (m)

• kembali ke menu utama • next>>

2.

Usaha Potensial Listrik r2

Q r1

q Usaha untuk membawa muatan q dari suatu titik ke titik yang lain memenuhi :

W12 = Ep2 – Ep1 W12 = q (V2-V1) Keterangan : W12 : usaha untuk membawa muatan q dari titik 1 ke titik 2 (joule) Ep1 : energi potensial q pada titik 1 (joule) Ep2 : energi potensial q pada titik 2 (joule) V1 : potensial pada titik 1 (volt) V2 : potensial pada titik 2 (volt) • kembali ke menu utama • next>>

D. Kapasitor Kapasitor atau sering disebut juga kondesator adalah komponen yang dibuat untuk menyimpan muatan listrik yang besar untuk sementara waktu. 1. Kapasitas kapasitor Dedefinisikan sebagai perbandingan antara muatan yang tersimpan tiap satu satuan beda potensial bidang-bidangnya. C = Q/V

Dengan : C = kapasitas kapasitor (farad) Q = muatan yang tersimpan (coloumb) V = beda potensial antara kedua plat (volt)

• kembali ke menu utama • next>>

2.

+++++++++++++++

Faktor-faktor yang menentukan Kapasitas Kapasitor Beda potensial antara kedua plat adalah V=E.d E Karena kuat medan antara kedua plat adalah A - A Q Qd εo maka, E= V= A.εo A.εo Sehingga dari C = Q/V, maka d Q Q Co = Co = kapasitas berisi udara (F) A = luas plat (m2) d = jarak kedua plat (m) εo= permitivitas udara

• kembali ke menu utama • next>>

A εo d

Bila diantara kedua plat diberi zat dielektrik dengan konstanta dielektrik K, maka permitivitas antara kedua kepingmenjadi ε, yang nilainya :

+++++++++++++++

A

Q

E ε

d

- A -

ε = K . εo dan kapasitas kapasitor menjadi C=

Aε d

Sehingga :

Q

atau C = K Co

Keterangan : Co = kapasitas ketika berisi udara (F) C = kapasitas ketika berisi zat dielektrik (F) K = tetapan dielektrik zat = permitivitas relatif = ε/εo • kembali ke menu utama • next>>

C=

A K εo d

Dari persamaan di atas maka dapat disimpulkan bahwa kapasitas kapasitor ditentukan oleh :  Luas bidang plat,  Jarak antara kedua plat,  zat dielektrik antara kedua plat, 3. Rangkaian Kapasitor a. Rangakain Seri V1

V2

C1

C2 V

• kembali ke menu utama • next>>

 V1 + V2 = Vtotal  Q1 = Q2 = Q total  1 = 1 + 1 +... Cs C1 C2

b.

Rangakain paralel V = V1 = V2

Pada rangkaian paralel berlaku:  V1 = V2 = Vtotal

C1

 Cp = C1 + C2 + ... Q1 + Q2 + ...= Qtotal,

C2 c.

dengan Q1 = C1.V, Q2 = C2.V

Energi Kapasitor

Energi yang tersimpan pada kapasitor dirumuskan :  W = ½ Q.V W = ½ C.V2  W = ½ Q2/C

Keterangan : W = energi yang tersimpan pada kapasitor Q = muatan listrik (C) V = potensial kapasitor (V)

• kembali ke menu utama • next>>

C = kapasitas kapasitor (F)

•Contoh soal

Contoh soal 1.

Dua buah muatan listrik masing-masing sebesar q1 = + 40 mC dan Q2 = -50 mC terpisah sejauh 2 m. Hitung besar gaya elektrostatis antara kedua muatan jika di udara!

2.

Tiga titik A,B dan C terletak satu garis di udara. Pada titik-titik tersebut terletak muatan listrik QA = 2 mc, QB = 3 mC dan QC = 4 mC. Jarak A-B = 3 meter dan B-C = 4,5 meter. Tentukan gaya elektrostatis yang dialami muatan B! Sebuah benda bermuatan listrik + 50 mC di udara. Tentukan kuat medan listrik di titik P yang berjarak 10 cm dari muatan listrik tersebut!

3.

4.

5.

Sebuah benda bermuatan listrik + 30 mC di udara. Tentukan kuat medan listrik di titik P yang berjarak 18 cm dari muatan listrik tersebut! Dua kapasitor dengan kapasitas masing-masing C1 = 4 mF dan C2 = 6 mF dirangkai seri dan dihubungkan dengan beda potensial 24 volt. Tentukan : a. kapasitas pengganti

• kembali ke menu utama

b. muatan pada masing-masing kapasitor

Kunci contoh soal : 1. Penyelesaian :

Jawab :

Diketahui : Q1 = + 40 μC = + 4 . 10-5 C

a.

Fl = k

Q1Q2 r2

5 . 10-5 . 4 . 10-5

Q2 = - 50 μC = - 5 . 10-5 C

= 9.109

r

= 45 . 10-1 N

=2m

Ditanya : a.

F

b.

F’

= 4,5 N b.

F’

= F/K = 4,5 / 80 = 0,56 N