POTENSIAL LISTRIK DAN KAPASITOR UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO Pendahuluan

POTENSIAL LISTRIK DAN KAPASITOR UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO

Pendahuluan Jika kita tempatkan sebuah muatan dalam ruang yang mengandung medan listrik maka muatan yang mula-mula diam akan bergerak. Ini berarti muatan mengalami pertambahan energi kinetik yang semula nol menjadi tidak nol. Pertambahan energi kinetik ini hanya mungkin disebabkan oleh dua faktor, yaitu a. Ada kerja luar yang bekerja pada muatan, atau b. Ada energi lain yang mengalami pengurangan Jika tidak ada gaya luar yang kita berikan pada muatan, maka pastilah penambahan energi kinetik dibarengi oleh pengurangan energi bentuk lain sehingga energi total konstan (hukum kekekalan energi). Energi bentuk lain yang paling mungkin dimiliki partikel tersebut adalah energi potensial. Dengan demikian, partikel bermuatan listrik yang berada dalam ruang yang mengandung medan listrik memiliki energi potensial listrik.

Energi Potensial Listrik • Untuk memindahkan suatu muatan dari satu tempat ke tempat lainnya dalam • pengaruh medan listrik diperlukan sejumlah usaha Usaha ini yang dinamakan energi potensial listrik yang dirumuskan dengan :

Energi Potensial Listrik Contoh Kasus Kita akan menghitung energi potensial sebuah partikel yang bermuatan q yang berada pada jarak r dari muatan lain sebesar Q. Kedua muatan sama-sama berupa titik. Dengan demikian energi potensial yang dimiliki muatan q adalah : Seringkali titik acuan diambil pada jarak tak berhingga, r 0 = ∞, dan potensial di titik acuan ini diambil sama dengan nol, U (∞) = 0. Sehingg rumus energi potensial yang terjadi adalah :

Potensial Listrik khbasar 2017 • Medan gaya Coulomb memiliki kemiripan dengan medan gaya Gravitasi, keduanya memiliki bentuk • Sebagaimana halnya medan gaya gravitasi, medan gaya Coulomb • • juga merupakan medan gaya yang bersifat konservatif Gerak partikel bermuatan q dalam ruang bermedan listrik dapat dianalogikan dengan gerak partikel bermassa m dalam ruang bermedan gravitasi Untuk medan gaya yang bersifat konservatif, dapat didefinisikan suatu besaran skalar yang disebut “potensial”. Terkait medan listrik, fungsi potensial tersebut adalah potensial listrik (electric potential)

khbasar 2017 Potensial Listrik Analogi potensial listrik dan potensial gravitasi

khbasar 2017 Potensial Listrik • Besaran potensial listrik di suatu tempat hanya mempunyai makna • • • jika dibandingkan dengan potensial di tempat lain. Jadi yang mempunyai makna fisis adalah beda potensial (ada tempat yang digunakan sebagai acuan) Beda potensial listrik antara dua buah titik merupakan usaha persatuan muatan yang diperlukan untuk memindahkan benda dari satu titik ke titik lainnya melawan medan gaya coulomb Potensial listrik di suatu titik sama dengan usaha persatuan muatan yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari titik acuan (biasanya diambil pada ) ke titik yang dimaksud

Potensial Listrik khbasar 2017 • Besaran potensial listrik di suatu tempat hanya mempunyai • • • makna jika dibandingkan dengan potensial di tempat lain. Jadi yang mempunyai makna fisis adalah beda potensial (ada tempat yang digunakan sebagai acuan) Beda potensial listrik antara dua buah titik merupakan usaha persatuan muatan yang diperlukan untuk memindahkan benda dari satu titik ke titik lainnya melawan medan gaya coulomb Potensial listrik di suatu titik sama dengan usaha persatuan muatan yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari titik acuan (biasanya diambil pada ) ke titik yang dimaksud

khbasar 2017 Potensial Listrik Oleh sebuah partikel Sudah kita hitung di Bab 1 sebelumnya bahwa kuat medan listrik pada jarak r dari partikel bermuatan Q memenuhi Potensial listrik pada jarak r dari partikel tersebut kita hitung sebagai berikut (sama halnya menghitung energi potensial) Karena titik acuan bisa juga berjarak tak hingga dan potensial adal sama dengan nol,

Potensial Listrik Oleh Banyak Partikel Cara menentukan potensial listrik yang dihasilkan banyak partikel cukup mudah, yaitu hanya dengan melakukan penjumlahan aljabar (penjumlahan biasa) potensial listrik yang dihasilkan masing-masing partikel. Penjumlahan ini sangat berbeda dengan penjumlahan medan listrik yang dihasilkan oleh sejumlahan muatan. Untuk medan listrik kita harus melakukan penjumlahan secara vector (memperhatikan besar dan arah). Sejumlah partikel berada posisi r 1, r 2, r 3. Muatan masing-masing partikel adalah q 1, q 2, dan q 3. Kita ingin menentukan potensial pada titik pengamatan P yang berada para posisi r

Contoh Tiga partikel berada posisi seperti pada Gambar dibawah ini. Muatan masing-masing partikel adalah q 1 = 2 µC, q 2 = 4 µC, dan q 3 = -5 µC. Kita ingin menentukan potensial listrik di titik P. q 1 (0, 2) -- (0 i +2 j) q 2 (2, -3) -- (2 i -3 j) q 3 (4, 1) -- (4 i + j) P (4, 4) -- (4 i+4 j) R 1 = 4025 + 4945+ - 15000 = - 6030 volt

Contoh khbasar 2017 • Tentukanlah potensial listrik di titik A dan B akibat kedua muatan

khbasar 2017 • Tentukanlah energi potensial sistem tiga muatan berikut, jika q 1 = +q, q 2 = -4 q dan q 3 = +2 q dengan d = 12 cm dan q = 150 n. C • Energi potensial sistem sama dengan usaha yang diperlukan untuk menyusun muatan-muatan tersebut

Kapasitor • Kapasitor merupakan perangkat yang dapat menyimpan energi dalam medan listrik • Secara umum kapasitor terbentuk dari dua buah konduktor yang diberi muatan (sama besar tapi berbeda jenis) dan terpisah oleh suatu bahan isolator (dinamakan bahan dielektrik). Bentuknya dapat bermacam- macam. • Proses pemberian muatan (pengisian) kapasitor dilakukan dengan menghubungkan kapasitor (masing-masing konduktor) dengan sumber tegangan (beda potensial) Kapasitor yang telah terisi mempunyai beda potensial tertentu antara masing-masing konduktornya

khbasar 2017 Kapasitas/ Kapasitansi suatu Kapasitor • Muatan yang tersimpan dalam suatu sistem kapasitor sebanding dengan besar beda potensial yang diberikan • Faktor kesebandingan antara muatan yang tersimpan dengan beda potensial yang diberikan dinamakan kapasitansi (capacitance) atau kapasitas, yang menyatakan kemampuan (kapasitas) kapasitor untuk menyimpan muatan, disimbolkan dengan C • Satuan kapasitansi (capacitance), dalam SI, adalah Kapasitansi biasanya bergantung pada bentuk, ukuran posisi relatif antar konduktor bedakan dengan simbol C yang lain yaitu satuan muatan (coulomb)

Pengisian Kapasitor • Pengisian kapasitor dilakukan dengan menghubungkan khbasar 2017 konduktor pada kapasitor dengan sumber tegangan (beda potensial) Ketika saklar ditutup medan listrik dari batere membuat elektron dari kondukto 1 tertarik ke terminal + batere. Akibatnya konduktor 1 menjadi kehilangan elektron (bermuatan +). Selain itu medan listrik dari batere juga mendorong elektron dari batere ke konduktor 2. Akibatnya konduktor 2 menjadi kelebihan elektron (bermuatan -).

khbasar 2017 Kapasitansi Berbagai Macam Kapasitor • Untuk menentukan kapasitansi suatu kapasitor: – Tentukan medan listrik akibat konduktor yang bermuatan – – (anggap masing-masing konduktor bermuatan sebesar Q). Dapat diperoleh menggunakan hukum Gauss ataupun hukum Coulomb Tentukan beda potensial antara kedua konduktor Tentukan kapasitansi sistem kapasitor tersebut dengan mengingat bahwa kapsitansi merupakan perbandingan antara muatan dengan beda potensial yang terjadi Muatan Q Medan listrik (E) Beda Potensial( V) Kapasitansi