BAB 4 POTENSIAL LISTRIK q ENERGI POTENSIAL LISTRIK

BAB 4 POTENSIAL LISTRIK q ENERGI POTENSIAL LISTRIK q BIDANG EKIPOTENSIAL q MENGHITUNG POTENSIAL LISTRIK DARI MEDAN LISTRIK q POTENSIAL LISTRIK DARI MUATAN TITIK q POTENSIAL LISTRIK DARI BEBERAPA MUATAN TITIK q POTENSIAL LISTRIK DARI MUATAN GARIS q POTENSIAL LISTRIK DARI MUATAN BIDANG q MENGHITUNG MEDAN LISTRIK DARI POTENSIAL LISTRIK q ENERGI POTENSIAL DARI SISTEM MUATAN TITIK

q ENERGI POTENSIAL LISTRIK • Dari analogi mekanika-listrik : • Benda bermassa mo bergerak dari posisi awal i menuju posisi akhir f dan beda energi potensial yang terjadi adalah : • Benda bermuatan qo bergerak dari posisi awal i menuju posisi akhir f, , beda energi potensial yang terjadi adalah juga : • Bila diambil posisi awal adalah di yang energi potensialnya nol, maka : Energi potensial listrik dari sebuah muatan qo disuatu titik adalah energi yang diperlukan untuk membawa muatan tersebut dari tak hingga ke titik tersebut

Contoh Soal 4. 1 Sebuah balon berisi helium yang bermuatan sebesar q=- 5, 5 x 10 -8 C, naik vertikal ke atas dari posisi awal I ke posisi akhir f sejauh 520 m. Medan listrik di atmosfir dekat permukaan bumi arahnya ke bawah dan besarnya seragam sebesar 150 N/C. Hitung perbedaan energi potensial listrik dari balon tersebut diantara kedua posisi i dan f. Jawab : Kerja yang dilakukan oleh gaya listrik : Perbedaan energi potensial diantara posisi i dan f : Energi balon berkurang

q POTENSIAL LISTRIK • Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial listrik per muatan listrik sehingga : • Satuan potensial listrik adalah Joule/Coulomb, tetapi yang lebih sering digunakan adalah satuan Volt • Bila sebagai acuan diambil potensial di takhingga adalah nol, maka • Satuan energi listrik 1 e. V=(1, 6 x 10 -19 C)(1 J/C)=1, 6 x 10 -19 J

q BIDANG-BIDANG EKIPOTENSIAL • Tempat kedudukan titik-titik yang mempunyai potensial yang sama • Permukaan bidang tegak lurus pada medan listrik

q MENGHITUNG POTENSIAL LISTRIK DARI MEDAN LISTRIK • Potensial listrik di suatu titik relatip terhadap potensial nol di tak hingga

Contoh Soal 4. 2 Tentukan perbedaan potensial antara titik i dan f bila muatan qo bergerak melalui a). lintasan if dan b). lintasan icf, seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Jawab : a). Lintasan if b). Lintasan icf • Tidak tergantung pada lintasan medan listrik konservatip

q POTENSIAL LISTRIK DARI MUATAN TITIK

Contoh Soal 4. 3 Tentukan potensial listrik di titik P pada gambar di bawah ini. Sisi bujur sangkar adalah d=1, 3 m dan masing-masing muatan adalah : Jawab : Banyak titik yang juga berpotensial 350 V

Contoh Soal 4. 4 Dua buah muatan masing-masing sebesar + 5 C (sebelah kiri) dan - 15 C (sebelah kanan) terletak pada satu garis lurus dengan jarak 4 meter. Tentukan letak titik-titik pada garis hubung keduanya dimana potensial listriknya nol. Q 1 = 5 C y x Q 2 = -15 C

Contoh Soal No. 4. 5 Muatan Q 1 berada di titik A(0, 5) sedangkan muatan Q 2 di titik B(12, 0), kedua muatan tersebut besarnya masing-masing adalah Q 1 = 30 C dan Q 2 = - 10 C. Hitung potensial listrik di titik C(2, -2) A(0, 5) B(12, 0) C(2, -2)

Jawab : A(0, 5) B(12, 0) C(2, -2)

Contoh Soal 4. 6 Sebuah partikel (terdiri dari 2 neutron dan 2 proton) memasuki orbit elektron dari inti atom emas (terdiri dari 79 proton dan 118 neutron). Akibat medan listrik dari inti atom emas tersebut, maka partikel tersebut akan berkurang kecepatannya dan akhirnya berhenti sementara pada jarak 9, 23 fm sebelum kembali tetempat semula. Berapa energi kinetik dari partikel tersebut ketika kembali ke tempat semula ? Jawab :

Contoh Soal No. 4. 7 Dua buah elektron berjarak 1 meter satu sama lain. Sebuah elektron ketiga datang dari tak hingga dengan kecepatan awal Vo mendekati kedua elektron tersebut dan ternyata ia melewati titik yang terletak 40 cm dari salah satu elektron dan 60 cm dari elektron yang lain dengan kecepatan setengah dari kecepatan semula. Tentukan kecepatan awal V o. 0, 5 Vo 0, 6 m 0, 4 m Vo

Jawab : 0, 5 Vo 0, 6 m 0, 4 m Vo

Soal Latihan 4. 1 Sebuah proton dengan energi kinetik sebesar 4, 8 Me. V ditembakkan menuju inti atom timah hitam (nomor atom 82). Seberapa dekat proton tersebut dapat mendekati inti atom timah ? Jawab : 24, 6 fm Soal Latihan 4. 2 Tiga buah benda bermuatan sebesar Q 1 = - 7, 5 C, Q 2 = 6, 5 C, Q 3 = 5 C masing-masing terletak di titik A(0, 0), titik B(12, 0) dan titik C(0, 5). Muatan Q 3 yang bermassa sebesar 1, 2 x 10 -5 kg ditembakkan dari titik C dengan kecepatan awal 200 m/s. Tentukan kecepatannya pada saat melewati titik D(9, 0). Jawab : 150 m/s

Soal Latihan 4. 3 Tentukan potensial listrik di tirik P pada susunan muatan di bawah ini Jawab :

Soal Latihan 4. 4 Muatan-muatan pada gambar di bawah ini adalah q 1 = - 5 µC dan q 2 = + 2 µC sedangkan sisi-sisi dari persegi empat adalah 5 cm dan 15 cm. Bila V = 0 di titik tak hingga, a). Hitung potensial di titik A dan B. b). Berapa kerja yang harus dilakukan untuk membawa q = +3 µC dari B ke A. Jawab :

q POTENSIAL LISTRIK DARI MUATAN GARIS b a

q POTENSIAL LISTRIK DARI MUATAN BIDANG A d B

- 2 1 d Kapasitansi pelat sejajar

Contoh Soal No. 4. 8 Potensial listrik ditengah-tenah suatu cakram bermuatan seragam dengan jari-jari 3, 5 cm adalah 550 V a). Berapa muatan total pada cakram ? b). Berapa potensial listrik pada titik yang jauhnya dari pusat cakram adalah 17, 5 cm ? Jawab :

MUATAN TERDISTRIBUSI Contoh Soal 4. 11 Sebuah batang isolator dengan distribusi muatan seragam mempunyai muatan total Q. Hitung potensial di titik P. Jawab : dx x

q MENGHITUNG MEDAN LISTRIK DARI POTENSIAL LISTRIK

Muatan titik : Dipol listrik : Muatan bidang :

q ENERGI POTENSIAL LISTRIK DARI SISTEM MUATAN TITIK Berapa energi potensial dari konfigurasi 3 muatan seperti terlihat pada gambar disamping ini ? Energi potensial adalah kerja yang diberikan untuk membawa ketiga muatan tersebut dari tak hingga. q 1 q 2 q 3 • Waktu membawa muatan q 1 tidak memerlukan energi karena tidak/belum ada medan listrik U 1 = 0 • Waktu membawa q 2 diperlukan energi karena sudah ada medan listrik dari q 1 U 2 = U 21 • Waktu membawa q 3 diperlukan energi karena sudah ada medan listrik dari q 1 dan q 2 U 3 = U 31 + U 32

Contoh Soal 4. 9 Hitung energi potensial listrik dari konfigurasi muatan di bawah ini, dimana : Jawab :