P1-Muatan Listrik & Gaya Listrik [Compatibility Mode]

Muatan Listrik & Gaya Listrik

Minggu ke- 2

Kelistrikan

Thales (600 SM)

Sepotong ambar yang

digosok - dapat

Pengamatan

Batu-batuan yang

terdapat secara alami -

menarik besimenarik

Potongan jerami kecil

menarik besi

Oersted (1777-1851)

Arus listrik dalam sebuah kawat dapat

mempengaruhi sebuah jarum kompas)

Elektromagnetise

(Faraday )Maxwell

Rumusan hukum-hukum

Elektromagnetisme

Kelistrikan

Listrik statis Medan Listriknya statis (tetap terhadap waktu)

Medan Listrik statis = tidak ada arus listrik, dihasilkan dari muatan yang bergerak

Listrik dinamis Medan Listriknya homogen (tetap terhadapposisi

Muatan Listrik

Muatan = sifat fundamental materi Satuan

Satuan alamiah muatan = muatan elektron

e = 1,6021892 x 10-19 C C = Coloumb (SI)

Muatan fundamental

1C = 6,2 x 1018 e

q = Ne

Muatan fundamentalMuatan listrik minimum

Setiap muatan q

N = bilangan bulat (+/_)

Jika sifat fisis muatan terdapat dalam bentuk paket

diskrit dan bukan di dalam jumlah kontinyu

Muatan terquantisasi

Sifat-sifat partikel atomik

Elektrifikasi Cara pemberian muatan listrik pada benda

Proses Gesekan

Konduksi • Untuk bahan konduktor

• Dua buah bahan konduktor disentuhkan, dimana

salah satunya memiliki muatan bebas

Induksi

• Balon pada dinding

Dinding adalah netral (insulator)

Mutan + bergerak

menuju depan balon

Mutan - bergerakmenjauhi balon

Interaksi listrik

• Gaya listrik (Tarik-manerik/Tolak-menolak)

• Energi potensial listrik

• Usaha oleh medan listrik/usaha pada muatan

listriklistrik

Gaya Listrik

Gaya listrik antara muatan q1 dan q2 adalah

(a) tolak-menolak jika muatan-muatan bertanda

sama

(a) tarik-menarik jika muatan-muatan berlainan

tanda

Keseimbangan Torsi Coulomb Perputaran ini untuk mencocokan dan mengukur torsi dalam serat dan sekaligus gaya yang menahan muatan

Skala dipergunakan untuk membaca besarnya pemisahan muatan

Percobaan Coloumb

Hukum Coloumb

• Penentuan Coloumb

• Gaya tarik-manerik jika muatan berbeda tanda

• Gaya sebanding dengan perkalian muatan q1 dan q2

sepanjang garis lurus yang menghubungkannya

• Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak• Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak

Hukum Coulomb: Gaya

oleh q1 pada q2

1

1 212 2

ˆe

q qk

r=F r

r

9 2 2

0

18.9875 10 N m /C

4ekπε

= = ×

ˆ :r vektor satuan dari q1 ke q2

r

rr

r

=ˆ 1 212 3e

q qk

r⇒ =F r

r r

Contoh

( )3132 2 2

ˆ ˆ m

1mr

= −

=

r i jr

a = 1 m

q = 6 C

q3 = 3 C

q = 3 C

?32 =Fr

32rr

1mr =q1 = 6 C q2 = 3 C

32 3 2 3ek q qr

= rF

rr

( )981 10 ˆ ˆ3 N

2

×= −i j

( )( )( ) ( )( )

129 2 2

3

ˆ ˆ3 m9 10 N m C 3C 3C

1m

−= ×

i j

Prinsip Superposisi

= +F F Fr r r

Banyak Muatan yang Muncul:

Gaya neto pada setiap muatan adalah penjumlahan

vektor-vektor gaya dari muatan individu yang lain

Contoh:

3 13 23= +F F Fr r r

1

N

j iji=

=∑F Fr r

Contoh:

Secara umum:

Gaya dari muatan kontinu :

QR - r

R

r

dq

R

( )3

04

1

rR

rRdqQFQ

−

−= ∫πε

Gaya dari muatan kontinu :

Simetri Bola

Q

RR - r

z φθθρρ dddssdVdq = = sin2

kLR ˆ =

dq

R

r

x

y

( )kjisrsr

kLR

ˆcosˆsinsinˆcossinˆ

ˆ

+ + = =

=

θφθφθ

( )3

04

1

rR

rRdqQFQ

−

−= ∫πε

Gaya dari muatan kontinu :

muatan batang (4 SKS)

ydxxdLxdq = = )()( λλ

jhR ˆ =R

r

R - r

dqx

ixr

jhR

ˆ

ˆ

=

=

( )3

04

1

rR

rRdqQFQ

−

−= ∫πε

Gaya dari muatan kontinu :

muatan cakram (4 SKS)

Q

R - r

θθσσ ddsssdAdq = = ),(( )jisrsr

jhR

ˆsinˆcosˆ

ˆ

+ = =

=

θθ

x

y

dqRr

R - r

( )3

04

1

rR

rRdqQFQ

−

−= ∫πε

Coulomb vs Newton

• Selalu tarik menarik

Hukum Coulomb

vs Hukum Gravitasi Newton

12212

2112 ˆ

||r

rF

mmG−=

• Tarik menarik atau

12212

21

012 ˆ

||4

1r

rF

QQ

πε=

• Selalu tarik menarik

• 1/r2

• Sangat lemah

• Skala besar, planet,

alam semesta

• Tarik menarik atau

tolak menolak

• 1/r2

• Sangat kuat

• Skala lokal

2

0

2

4Gm

e −>>πε

Ringkasan

• Hukum Coulomb– Gaya elektrostatik diantara muatan

• Bentuk vektor hukum Coulomb• Bentuk vektor hukum Coulomb

• Gaya Coulomb vs Gravitasi– Gaya Elektrostatik lebih kuat

• Superposisi

4131211 FFFF ++=