HUKUM COULOMB 1 Tri Rahajoeningroem MT T Elektro
HUKUM COULOMB 1 Tri Rahajoeningroem, MT T. Elektro - UNIKOM
LEARNING OUTCOMES Mahasiswa dapat menjelaskan konsep dasar hukum Coulomb dan dapat menghitung gaya Coulomb pada sebuah muatan akibat muatan lain yang berdekatan dengannya OUTLINE MATERI Listrik statis, muatan listrik dan kekekalannya Hukum Coulomb 2
TINJAUAN SEJARAH (600 SM) Orang Yunani menggosok batu amber (akik) dengan wol dan menyebabkan batu tersebut dapat menarik bulu dan rambut, sehingga listrik (electric) diturunkan dari amber (electron, dalam bahasa yunani) Tahun 1600 Dr. Gilbert, menemukan bahwa antara benda selain akik dapat menarik benda lain selain rambut. Coulomb (1600 an), melakukan eksperimen dengan neraca torsi ciptaannya untuk menghitung gaya antara 2 obyek yang dipisahkan oleh suatu jarak 3
MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR MATERI Struktur atom terdiri dari : Elektron yang bermuatan negatif Proton yang bermuatan positif Neutron yang tak bermuatan Proton dan neutron membentuk teras (core) yang sangat padat dan dinamakan sebagai inti atom (nucleus) 4
MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR MATERI Struktur atom terdiri dari : nomor atom adalah jumlah proton atau elektron dalam suatu atom netral ion positif yaitu atom yang kehilangan satu atau lebih elektron ion negatif yaitu atom yang kelebihan satu atau lebih elektron ionisasi adalah proses perolehan dan kehilangan elektron 5
MUATAN LISTRIK DAN STRUKTUR MATERI Prinsip Kekekalan Muatan: “Jumlah aljabar dari semua muatan listrik dalam setiap sistem tertutup adalah konstan” 6
SIFAT KELISTRIKAN MATERIAL Jika suatu bahan dapat memindahkan muatan listrik maka bahan tersebut dinamakan sebagai konduktor. Jika suatu bahan tidak dapat memindahkan muatan listrik maka bahan tersebut dinamakan sebagai isolator. Jika suatu bahan dapat bersifat sebagai konduktor atau isolator, bergantung pada kondisinya, dinamakan semikonduktor 7
INDUKSI Jika muatan suatu bahan dipengaruhi oleh benda lain yang bermuatan dan terjadi perubahan tanda muatan pada bahan tersebut tanpa kehilangan muatan dalamnya maka hal ini dinamakan sebagai induksi. 8
GAYA TARIK / GAYA TOLAK ANTAR MUATAN YANG DIPISAHKAN PADA JARAK TERTENTU DITUNJUKKAN DENGAN GAMBAR SEBAGAI BERIKUT : 9
HUKUM COULOMB Penentuan Coulomb Gaya tarik menarik jika muatan berbeda tanda, dan tolak menolak jika sama tanda Gaya sebanding dengan perkalian muatan Q 1 dan Q 2 sepanjang garis lurus yang menghubungkannya Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak Dapat dinyatakan secara matematik : |F 12| |Q 1| |Q 2| / R 212 atau |F 12|= k |Q 1| |Q 2| / R 212 10
HUKUM COULOMB Satuan untuk konstanta ditentukan dari hukum Coulomb telah menentukan konstanta ini dalam satuan SI k = 9 x 109 Nm 2 C-2 k secara normal dinyatakan sebagai k = 1/4 0 r 12 = jarak antara Q 1 dan Q 2 r 12 =a 12 vektor satuan pada arah r 12 11
BENTUK VEKTOR HUKUM COULOMB r 21 + Q 2 - + Q 1 + 12
PIKIRKAN !!!!! Objek A bermuatan +2 C dan Objek B bermuatan +6 C. Pernyataan manakah yang benar ? FBA? A +2 C FAB? B +6 C A: FAB=-3 FBA B: FAB=-FBA C: 3 FAB=-FBA D: FAB=12 FBA 13
14 Gaya Coloumb Gaya Coulomb antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan besarnya masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke dua muatan. Untuk muatan bertanda sama tolak menolak dan berlawanan tanda tarik menarik. k = 1/4πε 0 = 9 x 109 Nm 2 /C 2 a = vektor satuan
Q 1 = muatan listrik di titik 1 Q 2 = muatan listrik di titik 2 r = jarak antara ke dua muatan - Notasi arah gaya Coulomb r 2 – r 1 Q 2 Q 1 = muatan di 1 Q 2 = muatan di 2 r 1 r 2 r 1 dan r 2 vektor posisi di titik 1 dan 2 15 O
Besarnya gaya yang dialami oleh muatan 2 akibat muatan 1 adalah : F 2 = (k Q 1 Q 2 / r 122 ) a 12 = r 12 / ιr 12 ι • Gaya Coulomb oleh beberapa muatan titik. Gaya pada muatan q 1 oleh muatan – muatan q 2 , q 3 , . . qn. 16
GAYA DARI BANYAK MUATAN Q 2 - Q 1 + - Prinsip superposisi + Q 4 Q 3 Gaya pada muatan adalah jumlah vektor gaya dari semua muatan 17
RELASI GAYA PADA MUATAN ADALAH BERSIFAT BILINIER. KONSEKUENSINYA BERLAKU SIFAT SUPERPOSISI DAN GAYA PADA MUATAN Q 1 YANG DISEBABKAN OLEH N-1 MUATAN LAIN Q 2, ……Q 1 ADALAH PENJUMLAHAN VEKTOR F 1 = Jika muatan tersebut terdistribusi secara kontinyu pada suatu daerah, penjumlahan vektor di atas diganti dengan integral vektor. 18
HUKUM COULOMB VS HUKUM GRAVITASI NEWTON Elektrostatika Gaya Gravitasi Terdapat 2 tipe muatan : positif dan Satu tipe massa yaitu positif negatif Tarik menarik pada muatan yang berlawanan dan tolak menolak pada muatan yang sejenis Tarik menarik (Semua massa) Gaya merupakan besaran vektor baik arah dan besar 19
RINGKASAN Hukum Coulomb Gaya elektrostatik diantara muatan Bentuk vektor hukum Coulomb Gaya Coulomb vs Gravitasi Gaya Elektrostatik lebih kuat Superposisi 20
Contoh Soal 1 CARILAH GAYA PADA MUATAN Q 1, 20 µ C, YANG DIAKIBATKAN OLEH MUATAN Q 2, 300 µ C, DI MANA Q 1 BERADA PADA (0, 1, 2) M SEMENTARA Q 2 PADA (2, 0, 0) M! Penyelesaian: vektor posisi adalah R 21 = (x 1 - x 2)ax + (yl - y 2)ay + (z 1 - z 2)az = (0 - 2)ax + (1 - 0)ay + (2 - 0)a. Z = -2 ax + ay + 2 a. Z R 21 = Dengan menggunakan persamaan (1), gaya yang bekerja adalah F 1 = Magnituda gaya total adalah sebesar 6 N dengan arah sedemikian hingga Q 1 ditarik oleh Q 2. 21
Contoh Soal 2 Tentukanlah besar gaya pada muatan Q 2 F 21 F 23 F 24 kq 1 q 2 kq 2 = = = d 2 d 2 kq 2 q 3 k 2 q 3 q 6 kq 2 = = = d 2 d 2 kq 2 q 4 k 2 q 4 q 4 kq = = = 2 2 2 d d 2 2 d ( 2 ) 22
- Slides: 22