LISTRIK STATIS Muatan Listrik Muatan listrik adalah muatan

LISTRIK STATIS

Muatan Listrik • Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan juga memiliki muatan listrik. • Simbol Q sering digunakan untuk menggambarkan muatan. • Sistem Satuan Internasional dari satuan Q adalah coulomb, yang merupakan 6. 24 x 1018 muatan dasar. • Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron (muatan negatif).

Muatan Listrik • Muatan listrik total suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron. • Sementara atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron ini. • Dalam atom yang netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron yang mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan).

Gaya Antar Muatan • Charles Augustine Coulumb mengemukakan bahwa dua muatan listrik sejenis akan tolak-menolak dan tidak sejenis akan tarik menarik. • Dari hasil percobaan menunjukkan bahwa besarnya gaya tolak-menolak atau tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan benda masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda. Itulah yang dinamakan Hukum Coulumb.

Hukum Coulomb • Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya. • Secara matematis hukum Coulumb tersebut dapat dituliskan : Dimana: F = gaya tolak-menolak atau tarik-menarik satuannya Newton Q 1, Q 2 = muatan listrik satuannya Coulumb r = jarak kedua muatan satuannya meter k = konstanta pembanding 9 x 109 Nm 2 C-2 • Apabila dua muatan listrik masing-masing 1 Coulumb, berjarak 1 m, maka akan mengalami gaya listrik antara dua muatan listrik tersebut sebesar 9 x 109 N.

Hukum Coulomb dalam Vektor • Dalam notasi vektor, hukum Coloumb dapat dituliskan sebagai • yang dibaca sebagai gaya yang dialami oleh muatan q 1 akibat adanya muatan q 2.

Medan Listrik • Medan listrik adalah efek Contoh medan listrik yang ditimbulkan oleh timbul dari muatan listrik q 1 keberadaan muatan dan q 2 listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. • Medan listrik memiliki satuan N/C atau dibaca Newton/coulomb

Kuat Medan Listrik • Rumus matematika untuk medan listrik dapat diturunkan melalui Hukum Coulomb, yaitu gaya antara dua titik muatan: • Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan perbandingan antara muatan dan gaya

• Dalam rumus listrik sering ditemui konstanta k sebagai ganti dari di mana konstanta k tersebut bernilai : • yang kerap disebut konstanta kesetaraan gaya listrik

Kuat Medan Listrik • Untuk menghitung medan listrik di suatu titik akibat adanya sebuah titik muatan q yang terletak di digunakan rumus :

Kuat Medan Listrik • Medan listrik dapat ditimbulkan oleh lebih dari satu muatan listrik. • Medan listrik di titik akibat adanya muatan qi yang terletak di dituliskan sebagai : • Kuat medan listrik oleh beberapa titik muatan listrik q 1, q 2, q 3, … sama dengan jumlah vektor– vektor kuat medan listrik oleh masing–masing titik muatan listrik, yaitu :

Garis Gaya Medan Listrik • Garis gaya medan listrik adalah suatu abstraksi atau gambaran yang menyatakan arah medan listrik di berbagai tempat di dalam ruang bermedan listrik • Garis medan listrik atau garis gaya listrik digambarkan keluar dari muatan positif menuju muatan negatif.

Garis Gaya Medan Listrik • Gambar a merupakan partikel bermuatan positif, Arah medan listrik pada gambar a keluar dari partikel bermuatan positif. Gambar b merupakan partikel bermuatan negatif, arah medan listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah partikel

Garis Gaya Medan Listrik • Gambar a merupakan interaksi dua partikel yang berlainan jenis. Gambar b merupakan interaksi dua partikel yang muatanya sama.

Fluks Listrik • Fluks listrik merupakan garis-garis medan listrik yang melewati suatu luas permukaan tertentu. • Secara matematis, fluks listrik adalah hasil kali antara medan listrik (E), luas permukaan (A) dan cosinus sudut antara garis medan listrik dengan garis normal yang tegak lurus permukaan. Φ = E A cos θ

Fluks Listrik • Jika garis-garis medan listrik tegak lurus dengan luas permukaan yang dilewatinya seperti pada gambar, maka sudut antara garis medan listrik dengan garis normal adalah 0 o, di mana cos 0 o = 1. Dengan demikian rumus fluks listrikberubah menjadi : Φ = E A cos 0 o = E A (1) Φ = E A

Rapat Fluks • Rapat fluks listrik di titik yang jaraknya R dari muatan titik Q adalah jumlah fluks listrik dibagi luas bola yang jari-jarinya R • Hubungan rapat fluks listrik dan medan listrik berlaku juga untuk muatan garis dan bidang

Contoh Soal • Suatu muatan garis sebesar 8 n. C/m terletak di sumbu z. Hitung rapat fluks listrik di = 3 m

Jawaban

Hukum Gauss • Hukum Gauss menjelaskan hubungan antara jumlah garis gaya yang menembus permukaan yang melingkupi muatan listrik dengan jumlah muatan yang dilingkupi. • Bunyi Hukum Gauss : “Fluks total yang melalui sebuah permukaan tertutup sama dengan sebuah konstanta kali muatan total yang tercakup” Φ = EA cos θ = atau

Hukum Gauss • Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung kuat medan listrik dari suatu sistem muatan yang muatannya terdistribusi seragam. • Untuk konduktor dua keping sejajar, misalkan, luas tiap keping A dan masing-masing keping diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis +q dan –q. • Jumlah garis medan yang menembus keping adalah: Φ= EA cos θ =

• Gambar konduktor 2 keping sejajar • Berdasarkan gambar disamping, medan listrik E menembus keping secara tegak lurus , maka θ = 0, dan cos 0 =1, sehingga persamaan menjadi: EA = E = dengan σ = rapat muatan listrik, sebagai muatan per satuan luas

Permitivitas • Permittivitas adalah suatu kuantitas fisik yang mengambarkan bagaimana medan listrik memengaruhi dan dipengaruhi oleh suatu medium dielektrik, dan nilainya ditentukan oleh kemampuan bahan dari medium untuk terpolarisasi sebagai respons dari medan tersebut, yang pada akhirnya juga mengurangi medan listrik dalam bahan • Permittivitas berkaitan dengan kemampuan suatu material untuk menyampaikan atau memperbolehkan (atau permit dalam bahasa Inggris) suatu medan listrik. • Dalam ruang hampa atau tanpa adanya medium, permittivitas dilambangkan dengan εo = 8. 85… × 10− 12 F/m, sedangkan dalam bahan atau medium, dilambangkan dengan ε, yang merupakan hasil perkalian nilai permittivitas dalam vakum dengan nilai permittivitas relatif.

Permitivitas • Permitivitas mencirikan kecenderungan muatan atom dalam bahan isolator akan terdistorsi di hadapan medan listrik. • Semakin besar kecenderungan muatan mengalami distorsi (juga disebut polarisasi listrik), semakin besar nilai permitivitas. • Permitivitas merupakan cara untuk mengukur tingkat resistensi yang dialami setiap kali adanya medan listrik di dalam medium.

Permitivitas • Permitivitas dapat digambarkan sebagai perhitungan yang terkait dengan bagaimana pengaruh medan listrik yang dipengaruhi medium dielektrik