Listrik Statis [PDF]

Citation preview

1



LISTRIK STATIS Listrik Statis (Elektrostatis)  Mempelajalari muatan listrik dalam keadaan diam Listrik Dinamis (Elektrodinamics)  Mempelajari muatan listrik yang bergerak (arus listrik) Muatan Listrik  Macam-macam muatan listrik 



Muatan + (proton) Jika kain sutera digosokkan pada kaca, maka elektron-elektron kaca akan berpindah menuju sutera, sehingga kaca menjadi bermuataan positif. sementara itu kain sutera menjadi bermuatan negatif karena mendapat tambahan elektron Benda-benda bermuatan listrik yang bertingkah seperti batang gelas / kaca yang digosok dengan sutera bermuatan +







Muatan – (elektron) Jika kain wool digosokkan pada plastik, maka elektron-elektron kain wool akan berpindah menuju plastik, sehingga plastik menjadi bermuataan negatif. sementara itu kain wool menjadi bermuatan positif karena kehilangan elektron-elektronnya. Benda-benda bermuatan listrik yang bertingkah seperti batang plastik yang digosok dengan kain wool bermuatan – Muatan listrik yang senama akan tolak-menolak, muatan listrik yang tak







senama akan tarik menarik Suatu atom bermuatan +, bila atom tersebut kehilangan / melepaskan satu







atau lebih elektronnya. Suatu atom akan bermuatan – , bila atom tersebut menerima satu atau lebih elektron Hukum Coulomb Tahun 1785 seorang fisikawan Prancis yang bernama Charles Agustin Coulomb menyelidiki besarnya gaya yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Alat yang digunakannya adalah neraca puntir (torsion balance)



2



Hasil investigasinya menemukan hubungan bahwa: ”Besarnya gaya tarik menarik atau tolak-menolak antara dua buah muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”. Sebagai penghargaan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.



Persamaan Coulomb q1



q2



r  jarak pisah antara dua mua tan listrik



F : q1.q 2 F:



1 r



Fk



2



q1.q 2 r



2



Keterangan: F = Gaya listrik (newton) q = Muatan listrik (coulomb) r = jarak pisah antara dua benda bermuatan listrik (meter) k=



1 =konstanta dielektrik (k= 9 x 109 N m2 C-2) 4 o



 o = permitivitas ruang hampa (  o =8,85 x 10-12 Nm2/C2)  r = permitivitas relatif bahan r = jarak antar muatan (m) Soal: 1. Dua buah muatan titik masing-masing +2 μC dan -5 μC terpisah 10 cm satu sama lain. Tentukanlah gaya tarik-menarik kedua muatan tersebut!



3



2. Dua titik A dan B berjarak 5 meter, masing-masing bermuatan listrik +5× 10 -4 C dan -2× 10-4 C. Titik C terletak di antara A dan B berjarak 3 m dari A dan bermuatan listrik +4× 10 -5 C. Hitung besar gaya elektrostatis dari C! A



C



B



3. Dua muatan A dan B berjarak 10 cm satu dengan yang lain. q A = +16 μC dan qB = -18 μC. Jika muatan qC = 2 μC diletakkan diantara A dan B berjarak 4 cm dari A maka tentukan gaya yang dimuat muatan qC! 4. Diketahui segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 3 dm. Pada titik sudut A dan B masingmasing terdapat muatan +4 μC dan -1,5 μC, pada puncak C terdapat muatan +2× 10 -5 C. Hitunglah gaya elektrostatis total di puncak C!



1



Medan Listrik Adalah: Ruang disekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi gaya listrik Kuat Medan Listrik (E) 



Besaran yang digunakan untuk menyatakan vektor medan listrik disuatu titik.







Kuat medan listrik dilukiskan dengan garis-garis khayal yang dinamakan garis-garis gaya yang berarah dari muatan positif dan menuju ke muatan negatif.



Kuat medan listrik adalah: gaya (F) persatuan muatan uji (q’) Ket: Untuk mengetahui kuat medan listrik disuatu titik digunakan muatan uji. Muatan uji yang digunakan adalah muatan uji +, kenapa? E



E F



F



Karena pada muatan +, E searah dengan F, sedang pada muatan –, E berlawanan arah dengan F. '



E 



k



F q



E k







'



q.q r ' q



2



r



'



q ()



q r



2



Satuan kuat medan listrik:



N C



q



2



Soal 1. Hitung kuat medan listrik pada jarak 1 cm dari sebuah muatan positif 10 6 C r



'



q ( )



2.



q Perhatikan gambar berikut!



q1  0,2  C



P



r1  5 cm



q 2  0,05C r2  5 cm



Tentukan: a. Kuat medan listrik di titik P b. Gaya pada muatan 3.



 4 x 10



8



C di



titik P



Dua muatan masing-masing q 1  8 C , q 2  12 C berjarak 5 cm. Berapa kuat medan listrik di titik P yang berjarak 4 cm terhaap q 1 dan 3 cm terhadap q 2 q 2  12 C



r2  3 cm



r1  4 cm



P ()



q1  8 C



4. Dua muatan masing-masing q 1  4 C dan q 2  9 C berjarak 1 m. Dimanakah letak suatu titik yang memiliki kuat medan listrik = 0 q1  4 C



q 2  9 C r1  1m



5. Dua buah partikel bermuatan terletak pada satu lurus seperti pada gambar. Jika jarak antara partikel 14 cm, dimanakah letak titik yang kuat medan listriknya nol? q1  4 q



q 2  24q r1  14 c m



6. Partikel bermuatan  4 C dan bermassa 1 mg terapung bebas dalam medan listrik, seperti pada gambar berikut. Tentukanlah besar kuat medan listrik yang mempengaruhi partikel tersebut (g = 10 m/s2)



q



3



7. Setetes minyak bermassa 4,7 x 10-15 kg jatuh di antara dua pelat keping sejajar yang bermuatan. Tetes minyak itu seimbang di antara kedua pelat. Jika kuat medan listriknya 2 x 10 5 N/C dengan g = 10 m/s2. Tentukan: a. besar gaya Coulomb tetes minyak tersebut! b. besarnya muatan tetes minyak 8. Perhatikan gambar berikut! Sebuah elektron (e = 1,6 x 10-19 C, m = 9 x 10-31 kg) bergerak tanpa kecepatan awal dari pelat bermuatan negatif menuju pelat positif yang berjarak 32 cm dalam medan listrik E = 0,45 N/C. Hitunglah. a. percepatan yang dimiliki elektron



e



b. waktu yang diperlukan mencapai pelat positif c. laju elektron saat tiba di pelat positif



9. Pada keempat sudut sebuah bujur sangkar (sisinya = 20 cm) diletakkan empat buah muatan yang sama besar, masing-masing = 4 C . 4 C



4 C



20 cm



20 cm



4 C



4 C



Tentukan kuat medan listrik di pusat bujur sangkar jika: a. keempat muatan itu positif b. tanda (positif dan negatif) keempat muatan itu berselang-seling.