8/7/2017 IR. STEVANUS ARIANTO 1 MUATAN LISTRIK HUKUM COULOMB CONTOH SOAL MEDAN LISTRIK CONTOH SOAL KUAT MEDAN LISTRIK BOLA KONDUKTOR KUAT MEDAN LISTRIK LEMPENG BERMUATAN CONTOH SOAL GARIS GAYA HUKUM GAUSS CONTOH SOAL ENERGI POTENSIAL LISTRIK POTENSIAL LISTRIK CONTOH SOAL POTENSIAL LISTRIK BOLA KONDUKTOR CONTOH SOAL BIDANG EKIPOTENSIAL KAPASITOR/KONDENSATOR KAPASITOR KEPING SEJAJAR ENERGI KAPSITOR CONTOH SOAL SUSUNAN KAPSITOR SERI SUSUNAN KAPASITOR PARAREL CONTOH SOAL POTENSIAL GABUNGAN CONTOH SOAL KAPASITOR BOLA CONTOH SOAL LINTASAN PARTIKEL CONTOH SOAL
25
Embed
8/7/2017arianto.net/bahan/listrikstat.pdf · 8/7/2017 ir. stevanus arianto 1 muatan listrik hukum coulomb contoh soal medan listrik contoh soal kuat medan listrik bola konduktor kuat
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 1
MUATAN LISTRIK
HUKUM COULOMB
CONTOH SOAL
MEDAN LISTRIK
CONTOH SOAL
KUAT MEDAN LISTRIKBOLA KONDUKTOR
KUAT MEDAN LISTRIKLEMPENG BERMUATAN
CONTOH SOAL
GARIS GAYA
HUKUM GAUSS
CONTOH SOAL
ENERGI POTENSIALLISTRIK
POTENSIAL LISTRIK
CONTOH SOAL
POTENSIAL LISTRIKBOLA KONDUKTOR
CONTOH SOAL
BIDANG EKIPOTENSIAL
KAPASITOR/KONDENSATOR
KAPASITOR KEPING SEJAJAR
ENERGI KAPSITOR
CONTOH SOAL
SUSUNAN KAPSITORSERI
SUSUNAN KAPASITORPARAREL
CONTOH SOAL
POTENSIAL GABUNGAN
CONTOH SOAL
KAPASITOR BOLA
CONTOH SOAL
LINTASAN PARTIKELCONTOH SOAL
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 2
MUATAN LISTRIKbila sebatang gelas digosok dengan kain wool atau bulu domba;
batang gelas tersebut mampu menarik sobekan-sobekan kertas. Inimenunjukkan bahwa gelas timbul muatan listrik
Ada dua macam yaitu : muatan positif dan negatif.
Sifat :•Dua muatan listrik yang sejenis tolak-menolak*Dua muatan listrik yang berlawanan jenis tarik menarik.
HUKUM COULOMB
F r q kMKS - SI newton meter coulomb 9.109
c g s dyne centimeter statcoulomb
1
“Besar gaya tarik/gaya tolak adalah :berbanding lurus dengan besar muatan-muatannya dan berbanding
terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”.
Saling tarik menarik
Saling tolak-menolak
F k q qr1 2
2
. k 14 0
o = permitivitas udara atau ruang hampa1 Coulomb = 3.109 statcoulomb
0 = 8,85 x 10-12 Coulomb2 / newton m2
Satuan (SI) k= Nm2/Coulomb2
Untuk di medium permitivitas = , dan konstan-ta dielektrik K maka : = K. o
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 3
CONTOH SOALHUKUM COULOMB
Tiga buah muatan titik yaitu : A 360 C,B -640 C berjarak 10 cm dari A dan C 100 CBerjarak 6 cm dari A dan 8 cm dari BHitunglah :a.Besar Gaya Coulomb di A.b.Besar Gaya coulomb di C.
JAWABAN CONTOH SOALGAYA COULOMB
+ -
+
10 cmA B
C
F1
F2 FA
360 C
-640 C
100 C
1 22
.q qF kr
6 69
1 2
360.10 .640.109.10 207.3600,1
F N
6 69
2 2
360.10 .100.109.10 90.0000,06
F N
2 2207.360 90.000 2.207360.90.000cos(180 )AF
2 2 3207.360 90.000 2.207360.90.000( )5AF 169.420,45AF N
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 4
JAWABAN CONTOH SOALGAYA COULOMB
1 22
.q qF kr
6 69
1 2
100.10 .640.109.10 90.0000,08
F N
+ -
+
10 cmA B
C
360 C
-640 C
100 C
F1
F2FC 6 6
92 2
360.10 .100.109.10 90.0000,06
F N
2 290.000 90.000 90.000 2AF N
MEDAN LISTRIKMedan listrik adalah daerah dimana pengaruh dari muatan listrik ada
Besarnya kuat medan listrik (“E”) pada suatu titik di sekitar muatan listrik (Q) adalah :
Hasil bagi antara gaya yang dialami oleh muatan uji “+q” denganbesarnya muatan uji tersebut.
E Fq
k Q qr
q( ) /2 E k Qr 2
Kuat medan listrik (E) adalahsuatu besaran vector. Satuandari kuat medan listrik adalah
Newton/Coulomb ataudyne/statcoulomb
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 5
CONTOH SOALKUAT MEDAN LISTRIK
Dua buah muatan titik, A = 4 C dan B = -25C saling berjarak 3 cm.
Hitunglah :a.Kuat medan listrik pada titik 3 cm dari A3 cm dari B.b. Dimana titik yang kuat medannya nol.
Jika dicari titik yang kuat medannya nol oleh 2 muatan titik, maka titik itupastilah sepanjang garis kedua muatan titik tersebut.Maka titik itu pastilah :1. Jika kedua muatan sejenis, maka titik berada di antara kedua muatan tsb.2. Jika kedua muatan berlawanan jenis, maka titik berada di kiri A atau
di kanan B, menjauhi muatan yang paling besar diantara keduanya.
xEA
EB
EB – EA = 0
EA = EB
2 2(3 )A Bq qk k
x x
2 2
4 25(3 )x x
2 5(3 )x x
2(3 ) 5.x x
6 2 5x x3 6x
2x cmKiri A
GERAK PARTIKEL DALAMMEDAN LISTRIK
Didalam medan listrik serba sama yang kuatmedannya E, bergerak partikel bermuatan
positif dengan kecepatan vx.Dalam hal ini partikel mengalami dua gerakan
sekaligus, yakni gerak lurus beraturansepanjang sumbu x dan gerak lurus berubah
beraturan sepanjang sumbu y.Oleh sebab itu lintasannya berupa parabola.
q+E
tv
d at q Em v X
12
2 12
2
2. . . v v vX Y2 2
v a t q Em vY
X
. . . tg vv
Y
X
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 7
CONTOH SOALGERAK PARTIKEL DALAM MEDAN LISTRIK
Sebuah elektron dengan muatan sebesar :-1,6.10-19 coulomb dan massanya9,1.10-31 Kg ditembakkan ditengah-tengahplat sejajar yang diberi beda potensial sehinggamenghasilkan kuat medan sebesar 56875 N/Ckecepatan elektron 500.000 m/s sejajar plat,tegak lurus medan listrik. Lebar sejajar plat 16 cmBerapakah jarak tempuh elektron ketika mem-bentur plat dari saat memasuki medan listriktersebut.
JAWABAN CONTOH SOALGERAK PARTIKEL DALAM MEDAN LISTRIK
-+
-E
F
x
1916 2
31. 1,6.10 .56875 10 /
9,1.10q Ea m sm
21 .2
d a t 2 16 218.10 102
t
18 916.10 4.10 dett ik9. 500.000.4.10 0,002x v t meter
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 8
KUAT MEDANPADA BOLA KONDUKTOR
Kuat medan listrik yang disebabkan oleh bola berongga bermuatan(Bola konduktor)
dititik R; yang berada didalam bola ER=0. Sebab di dalam bola tidak ada muatan
dititik S; yang berada pada kulit bola
Es k QR 2
Q = muatan bolaR = jari-jari bola
dititik P; sejauh r terhadap pusat bola
E p k Qr 2
r
KUAT MEDANPADA PELAT BERMUATAN
Ep2 0
= muatan-muatan persatuan luas pelat
QA
Bila 2 pelat sejajar; dengan muatan samabesar; tetapi berlawanan tanda
E E EP 1 2
2 20 0
E P0
titik P yang tidak di antara kedua pelat. E = 0
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 9
CONTOH SOALKUAT MEDAN LISTRIK
+10 cmA B15 cm
Sebuah lempeng berukuran 4 cm x 5 cm diberi muatan sebesar(-1/18 ) C, terletak pada 10 cm dari permukaan bola konduktoryang bermuatan +10 C berjari-jari 20 cm. Hitunglah :a. Kuat medan di Ab. Kuat medan di Bc. Titik yang kuat medannya nol.
JAWABAN CONTOH SOALKUAT MEDAN LISTRIK a
+10 cmA B15 cm
EL
EB
6
3 24
1 .10 118 .10 /20.10 36
Q C mA
3 9 51 .10 .18 .10 5.10 /2 36L
o
E N C
59 6
2 4109.10 2,25.10 /
400.10BQE k N Cr
5 6 65.10 2,25.10 2,75.10 /A L BE E E N C
EA
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 10
JAWABAN CONTOH SOALKUAT MEDAN LISTRIK b
+10 cmA B15 cm
EL
6
3 24
1 .10 118 .10 /20.10 36
Q C mA
3 9 51 .10 .18 .10 5.10 /2 36L
o
E N C
0BolaE5 55.10 0 5.10 /B L BolaE E E N C
(Di dalam Bola konduktor)
JAWABAN CONTOH SOALKUAT MEDAN LISTRIK c
+10 cmA B15 cm
x
EL EB
Lempeng BolaE E
2o
Qkr
35
92
9
1 10 1036 9.101236 .10
x
45
2
9.105.10x
42 2
5
9.10 18.105.10
x
0,3 2 30 2x m cm
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 11
GARIS GAYA LISTRIK
Garis khayal yang ditarik sedemikian rupa sehingga arahnya padasetiap detik (yaitu arah garis singgungnya) sama dengan arah
medan pada titik tersebut
Beberapa sifat dari garis gaya
* Garis gaya berasal dari muatan positif dan berakhirpada muatan negatif
* Garis gaya tidak mungkinperpotongan satu sama lain
* Banyaknya garis gayapersatuan luas yang menembussuatu permukaan (yang tegaklurus arah medan) pada tiap-tiaptitik, sebanding dengan kuatmedan listriknya N
AE
n0 .
HUKUM GAUSSJumlah garis gaya total/flux listrik (yang masuk dan keluar) dalamsuatu permukaan bola sebanding dengan jumlah muatan total yang
terdapat didalam bola tadi
0 ( E . An ) = q
0 = permitivitas listrik.( E . An ) = jumlah total garis gaya (flux listrik).q = jumlah total muatan yang ada dalam bola.
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 12
CONTOH SOALHUKUM GAUSS
Pada kawat lurus yang panjang dan bermu-atan listrik dengan rapat muatan C/m2
dengan hukum Gauss, Hitunglah :a.Kuat medan listrik E di suatu titik sejauhr dari kawat tersebut.b. Kuat medan listrik E pada soal a apabiladiketahui muatan persatuan panjangdilambangkan C/m.
JAWABAN CONTOH SOALHUKUM GAUSS
S
r
d
on
N EA
2 . . .oN r s E
2 . . .oq r s E
2 . .d s
q=N
Menurut Gauss q
2 . . 2 . .or s E d s. .or E d
..o
dEr
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 13
JAWABAN CONTOH SOALHUKUM GAUSS
S
r
d
2 . .d ss
2 . .d..o
dEr
.2 .
.o
ddEr
2 o
Er
ENERGI POTENSIAL LISTRIK
•Besarnya usaha yang dipergunakan untukmemindahkan muatan q dari titik a dengan jarak rA ketitik B dengan jarak rB adalah :
W k Q qr rA B
B A
. . .( )1 1
Bila rA = maka W k Q qrB
B~ . .
Usaha untuk membawa muatan sebesarq dari ~ ke titik B yang jaraknya rBterhadap titik Q adalah energi potensialdari q yang terletak di rB dari muatan Q
E k Q qr
Q qrP
B B
. . .14 0
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 14
POTENSIAL LISTRIKPotensial listrik disuatu titik P yang berjarak “r” terhadap muatan Q adalah :Besarnya energi potensial listrik (EP) di titik P persatuaan muatan
di titik P tersebut.
VEq
k Q qr q
P
B
..
V k Qr
QrB B
14 0
.
Sehingga usaha yang diperlukan untuk membawa muatan listrik sebesar qdari titik A ke titik B adalah:
W q v vA B B A. ( )Satuan dari potensial listrik adalah Joule/Coulomb = Volt atau dalam cgs
dinyatakan dalam statVolt.
1 Volt = 1/300 stat Volt
CONTOH SOALPOTENSIAL LISTRIK
Dua buah muatan titik, A = 20 C berjarak6 cm dari B -40 C. Hitunglah :Usaha memindahkan muatan 1 C dari titikTengah AB ke titik yang berjarak 6 cm dariA dan 6 cm dari B.
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 15
JAWABAN CONTOH SOALPOTENSIAL LISTRIK
6 cm20 C -40 C
A BC
D
A BC
A B
q qV k kr r
6 69 6
2 2
20.10 40.109.10 ( ) 6.10 /3.10 3.10CV J C
A BD
A B
q qV k kr r
6 69 6
2 220.10 40.109.10 ( ) 3.10 /6.10 6.10DV J C
( )C D D CW q V V
3 cm 3 cm+
jouleW DC 3)}10.6(10.3{10 666
POTENSIAL LISTRIKPADA BOLA KONDUKTOR
Bola A yang berjari-jari R meter bermuatan q Coulomb
Titik L yang berada di permukaan bola mempunyai potensial: V k qRL .
Titik M yang berada di luar bola mempunyai potensial : V k qrM .
Titik K yang berada di dalam bola mempunyai potensial yang sama denganpotensial di permukaan bola.
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 16
CONTOH SOALPOTENSIAL BOLA KONDUKTOR
Sebuah bola konduktor bermuatan +100 Cberjari-jari 20 cm,Hitunglah usaha memindahkan muatan 1 Cdari titik berjarak 30 cm dari permukaan bolakonduktor ke permukaan bola konduktor.
JAWABAN CONTOH SOALPOTENSIAL BOLA KONDUKTOR
+ 30 cm+
A B+100 C
69 6
2
100.109.10 4,5.10 /20.10A
qV k J CR
69 6
2
100.109.10 ( ) 1,8.10 /50.10B
B
qV k J Cr
( )B A A BW q V V6 6 610 (4,5.10 1,8.10 ) 3,7B AW joule
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 17
BIDANG EKIPOTENSIALAdalah : Tempat kedudukan titik-titik yang berpotensial sama. Bidang inimemotong garis-garis gaya secara tegak lurus; untuk memindahkan muatan q’di dalam bidang potensial tak diperlukan usaha.
Karena A dan B dalam satu bidang ekipotensial.V A = V B
W A----->B = q ( V B - V A )= 0
HUKUM KEKEKALAN ENERGIE P + E K = konstan
Jika E P adalah energi potensial listrik, maka
qV m v12
2. = konstan q V m v q V m v1 12
2 221
212
. .
v v qm
V V22
12
1 22 ( )
KAPASITOR/KONDENSATORKapasitor (kondensator) adalah : alat yang terdiri dari dua penghantarberdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama besar dan berlawananjenis.
Fungsi dari Kapasitor.* Untuk menghilangkan bunga api listrik pada rangkaian-rangkaian yang
mengandung kumparan bila tiba-tiba diputuskan.* Pada rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil.
* Untuk memperbesar effisiensi daya transmisi (penyebaran) arus bolak-balik.* Untuk memilih panjang gelombang (tuning) pesawat penerima radio.
Setiap kapasitor mempunyai kapasitas (C), yaitu perbandingan antara besarmuatan (Q) dari salah satu keping dengan beda potensial (V) antara keduakeping-kepingnya
C QV
C = kapasitor satuan = Coulomb/Volt
Q = muatan satuan = Coulomb
V = beda potensial satuan = Volt
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 18
KAPASITORKEPING SEJAJAR
Kapasitor yang terdiri dari 2 buah kepingsejajar yang masing-masing luasnya Am^2 terpisah sejauh d meter satu samalain, bila diantara kepin-kepingnyahampa udara, kapasitasnya (C0) adalah:
CA
d00
0 = permitivitas ruang hampa
Bila di antara keping-keping kapasitor disisipi bahan dielektrik
Besar kapasitasnya (C) menjadi : CA
d
.
= permitivitas bahan dielektrik
K CC
Ad
X dA0 0 0
.C C K
K Ad0
0.
ENERGI KAPASITOR
Energi yang tersimpan di dalam kapasitor, bila suatukapasitor diberi muatan adalah :
W QC
12
2
atau W CV12
2
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 19
CONTOH SOALCAPASITOR
Sebuah capasitor dari dua lempeng sejajarBerjarak 1 mm. Luas salah satu lempeng= 28,26 cm2.Berapa ENERGI capasitor, apabila diantaradua lempeng terdapat mika yang bahandielektrinya K=7 dan diberi beda potensial10 volt.
-Beda potensial (Vab) total sama denganbeda potensial masing-masing kapasitor
- Qp = Q1 + Q2 + Q3 + .....
- Cp = C1 + C2 + C3 + .....
- Q1 : Q2 : Q3 = C1 : C2 : C3
- Vt = V1 = V2 = V3 = …..
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 21
CONTOH SOALSUSUNAN CAPASITOR
12 F 6 F
4 F
24 Volt
Pada rangkaian iniHitunglah :a.Capasitor peng-Ganti.b. Muatan masing-Masing capasitor
CONTOH SOALSUSUNAN CAPASITOR
12 F 6 F
4 F
24 Volt
1 1 1 1 2 312 6 12 12seriC
4seriC F4 4 8pararelC F
6
6
.
8.10 .24
192.10
total total
total
total
q C V
qq C1 2
6 61 2
: 4 : 4 1:11 .192.10 96.102
q q
q q C
a. Cpengganti = 8 F
696.10 C 696.10 C
696.10 C
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 22
POTENSIAL PENGHANTARGABUNGAN
Apabila dua penghantar baru yang bermuatan salingdihubungkan, terjadi sebuah penghantar baru yang
kapasitasnya sama dengan jumlah kapasitas penghantarmasing-masing.
Untuk dua penghantar yang belum dihubungkan berlaku :Q1 = C1 V1 atau Q2 = C2 V2
Setelah dihubungkan : (Jumlah Muatan Tidak Berubah)Q1 + Q2 = C V
C1 V1 + C2 V2 = C1 V + C2 V = ( C1 + C2 ) V
1 1 2 2
1 2
C V C VVC C
CONTOH SOALPOTENSIAL GABUNGAN
Sebuah capasitor sebesar 20 F diberi bedapotensial sebesar 12 Volt, disentuhkan padasebuah capasitor lain yang berkapasitas30 F yang telah diberi beda potensial 18 VoltHitunglah besar muatan pada masing-masingcapasitor setelah disentuhkan.
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 23
JAWABAN CONTOH SOALCAPASITOR GABUNGAN
1 1 2 2
1 2
C V C VVC C
20.12 30.18 15,620 30
V volt
1 20.15,6 312q C
2 30.15,6 468q C
CAPASITOR BOLA
Capasitor bola terdiri dari :Dua bola konduktor yangKonsentris (sepusat),salahSatu dari bola konduktorDi groundkan.
-q
+qR1
R2
1 21 24 4o o
q qV danVR R
1 2
q qCV V V
1 24 4o o
qC q qR R
2 1)
2 1
(4 .o
qC q R RR R
1 2
2 1
4 oR RCR R
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 24
CONTOH SOALCAPASITOR BOLA
Sebuah capasitor bola terdiri dari dua bolaKonduktor yang sepusat. Jari-jari bola dalam20 cm dan jari-jari bola luar = 25 cm. SebagaiIsolator digunakan bahan silika campuranYang konstanta dielektriknya = 3,78.Bola luar di tanahkan.Berapa Muatan listrik maksimum yang dapatDiterima oleh bola dalam jika kekuatan bahanIsolator 10 KV/cm
JAWABAN CONTOH SOALCAPASITOR BOLA
2 1
2 1
.. R RKCk R R
2 2
9 2 2
3,78.25.10 .20.109.10 (25.10 20.10 )
C
10 4
2
4, 2.10 .500.105.10
C
10 44, 2.10 4, 2.10C farad F2 2 2
2 1 25.10 20.10 5.10d R R m6 2 410 .5.10 5.10V volt
10 4 6. 4, 2.10 .5.10 21.10q C V coulomb
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 25
PROFICIATKAMU TELAH MENYELESAIKAN PELAJARAN INI
YAITU TENTANG LISTRIK STATIS DAN PERLUKAMU MENGERJAKAN TUGAS , DAN KAMU AKHIRI