Fluks Listrik [PDF]

Citation preview

Listrik Statik: Hukum Gauss



Fluks Listrik (electric flux) • Konsep fluks berkaitan dengan suatu besaran pada suatu permukaan tertentu: besaran medan yang “menembus” dalam arah tegak lurus suatu permukaan



• Fluks listrik (electric flux) menyatakan medan listrik yang menembus dalam arah tegak lurus suatu permukaan • Ilustrasi fluks listrik akan lebih mudah dipahami dengan menggunakan penggambaran visual medan listrik yang berupa garis-garis medan (anak panah)



Fluks Listrik (electric flux) • Menggunakan penggambaran medan listrik dalam bentuk garis medan, maka fluks listrik dapat dipahami sebagai banyaknya “garis medan” yang menembus suatu permukaan



• Fluks listrik mempunyai satuan (dalam SI): N.m2/C



Fluks Listrik (electric flux) Permukaan tertutup Garis-garis medan listrik



Fluks bernilai negatif; arah medan E dan arah normal permukaan membentuk sudut tumpul



Fluks bernilai positif; arah medan E dan arah normal permukaan membentuk sudut lancip



Fluks bernilai nol; arah medan E dan arah normal permukaan saling tegak lurus



Contoh • Tentukan fluks listrik (electric flux) pada permukaan kubus bersisi satu satuan yang berada pada oktan pertama koordinat akibat medan listrik



• Fluks total pada permukaan kubus



Contoh • Tentukan fluks listrik pada permukaan silinder dengan jejari 1 dan panjang L yang terletak sepanjang sumbu +x jika medan listrik dalam ruang tersebut adalah



Fluks listrik pada selimut silinder sama dengan nol (karena arah normal permukaan selimut silinder arah medan listrik) Fluks listrik pada permukaan lingkaran sebelah kiri adalah



Fluks listrik pada permukaan lingkaran sebelah kanan adalah



Jadi fluks total



Hukum Gauss • Fluks listrik disebabkan adanya medan listrik. Karena medan listrik ditimbulkan oleh adanya muatan, maka artinya adanya muatan akan menimbulkan fluks listrik pada suatu permukaan • Misalnya terdapat suatu muatan q dan permukaan tertutup berupa kulit bola dengan pusat berada pada titik tempat muatan berada



• Di setiap bagian pada permukaan bola medan listrik yang dihasilkan muatan titik q arahnya tegak luruh permukaan bola (sejajar vektor normal) dan besarnya sama



Hukum Gauss • Fluks listrik total pada permukaan kulit bola



Karena E // arah normal



Karena besar E sama di setiap bagian permukaan bola



Hukum Gauss • Secara umum dapat diperluas untuk berbagai bentuk permukaan tertutup yang sembarang diperoleh hasil yang sama . Diperoleh bahwa fluks listrik total pada suatu permukaan tertutup sebanding dengan besar muatan total yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut • Ini disebut sebagai Hukum Gauss



Faktor kesebandingannya dipengaruhi medium antara muatan dan permukaan



Contoh • Berapakah fluks listrik total pada permukaan silinder berjejari 1 dengan panjang L yang sumbunya berimpit dengan sumbu +x akibat muatan sebesar -2 C yang berada di titik (L/3,0)?



Konduktor dan Isolator • Konduktor dicirikan sebagai bahan yang mempunyai muatan bebas. Elektron pada atom konduktor dapat bergerak bebas dari satu atom ke atom yang lain • Bila suatu konduktor (penghantar) diberi medan listrik maka muatan bebasnya akan mengatur diri mengikuti medan listrik eksternal tersebut hingga tercapai keadaan setimbang



• Muatan induksi pada permukaan konduktor • Dengan demikian, pada keadaan setimbang (statik) kuat medan listrik di dalam konduktor sama dengan nol



Konduktor dan Isolator • Sifat penting konduktor dalam kesetimbangan elektrostatik – Medan listrik di dalam konduktor sama dengan nol – Jika bahan konduktor terisolasi mempunyai muatan total tertentu, maka muatan tersebut terdistribusi pada bagian permukaan konduktor (muatan induksi) – Medan listrik tepat di permukaan konduktor tegak lurus permukaan konduktor dengan besar sama dengan menyatakan rapat muatan permukaan – Pada konduktor berbentuk sembarang, rapat muatan permukaan paling besar berada pada permukaan yang memiliki jejari kelengkungan paling kecil



Konduktor dan Isolator • Isolator dicirikan sebagai bahan yang muatannya tersebar pada seluruh bagian bahan • Elektron-elektron pada bahan isolator terikat pada atomatomnya sehingga tidak dapat bergerak bebas • Distribusi muatan pada suatu bahan isolator dapat homogen (rapat muatan homogen) atau mungkin juga terdistribusi dengan pola tertentu.



Hukum Gauss untuk menentukan medan listrik • Hukum Gauss qdalam adalah muatan yang berada di dalam (dilingkupi) oleh permukaan tertutup yang disebut permukaan Gauss



• Hukum Gauss dapat digunakan untuk menentukan medan listrik dari sistem yang mempunyai kesimetrian tinggi (misalnya simetri bola, silinder atau kotak) • Untuk menggunakan hukum Gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup (permukaan Gauss). Bentuk permukaan tersebut dapat sembarang



Hukum Gauss untuk menentukan medan listrik • Misalnya, untuk menentukan medan listrik pada jarak r dari suatu muatan titik dalam ruang vakum. Sistem ini mempunyai simetri bola. Pilih permukaan Gauss berbentuk permukaan bola berjejari r dengan titik pusat berada di posisi muatan



diperoleh: Hk. Coulomb



dalam ungkapan vektor:



arah radial



Hukum Gauss Untuk Menentukan Medan Listrik • Sistem Dengan Simetri Bola (misal: bola bermuatan) – Medan listrik di dalam bola bermuatan total +Q (muatan terdistribusi homogen)



Pilih permukaan gauss berbentuk kulit bola berjejari r (r < a)