-
Tugas Fisika Dasar II 2015
1 A6
- Video 1 [ Lec 01- What holds our world together- - 8.02
Electricity and Magnetism, Spring
2002 (Walter Lewin) ]
Secara modern atom digambarkan seperti di atas,
memiliki inti yang disebut nukleus, dimana nukleus ini
memiliki dua muatan, neutron bermuatan netral dan
terdapat muatan positif yang disebut proton, Massa dari
sebuah proton adalah sama dengan masa dari sebuah
Neutron. sementara terdapat elektron yang mengelilingi
atom yang bermuatan negatif. Massa dari sebuah elektron
sekitar 18.000 lebih kecil dari massa sebuah proton.
Ukuran dari sebuah atom adalah 108 cm , memilik
ukurani 10.000x lebih besar dibandingkan ukuran sebuah
inti atom, yang memiliki ukuran 1012 cm.
Ada sebuah tongkat yang bebahan gelas,
dimana tongkat tersebut digosokkan dengan
sebuah kain sutera berulang kali, sehingga muatan
dalam tongkat tersebut menjadi positif,peristiwa
ini disebut Positive Charge. Mengapa
menggunakan sutera? Karena kain sutera memiliki
tingkat kerenggangan yang besar sehingga muatan
yang terdapat didalam kain tersebut mudah untuk
berpindah ke tongkat gelas yang digosokkan terus
menerus.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
2 A6
Saat tongkat yang telah bermuatan positif
tadi didekat kan dengan sebuah benda yang
bersifat konduktor maka akan terjadi polarisasi di
benda tersebut. Sebuah konduktor memiliki
elektron yang tidak terikat pada atom sehingga
mereka bisa bergerak bebas, itu merupakan ciri
khas dari sebuah bahan yang bersifat konduktor.
Sehingga saat tongkat yang bermuatan
positif didekatkan dengan bahan konduktor maka
akan terjadi Negative Charge pada bagian konduktor yang paling
dekat dengan tongkat yang
bermuatan positif tersebut. Terjadinya negative charge karena
muatan negatif dalam konduktor
tertarik oleh muatan positif yang terdapat pada tongkat sehingga
mereka bergerak mendekat ke
tongkat, sementara muatan positif pada konduktor pun bergerak
menjauh dari tongkat atau
bergerak kebelakang muatan negatif karena memiliki muatan yang
sama. Di saat itulah terjadinya
Negative Charge dan Polarisasi dalam konduktor tersebut
peristiwa ini disebut dengan Induksi.
Setelah melihat konsep tersebut, akan dilakukan sebuah percobaan
menggunakan balon
yang dilapisi dengan alumunium foil, sehingga balon tersebut
akan bersifat konduktor, dan
menggunakan tongkat yang memiliki bahan berbeda, yaitu tongkat
gelas dan tongkat karet, dan
tidak lupa kain sutera.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
3 A6
Percobaan yang dilakukan adalah, pertama tongkat kaca yang
bersifat isolator digosok-gosok
dengan kain sutera yang menyebabkan positive charge, setelah itu
tongkat pun didekatkan dengan
balon yang bersifat konduktor, maka yang terjadi adalah balon
akan tertarik mendekati tongkat
gelas tadi, yang terjadi dalam percobaan tersebut sama dengan
yang terjadi dengan penjelasan tadi,
yaitu proses induksi. Karena balon memiliki massa yang ringan,
maka akan tertarik dengan
mudahnya ke arah tongkat.
Selanjutnya tongkat kaca yang memiliki muatan positif tadi
digosok ke balon yang bersifat
konduktor, sehingga pada ballon akan terjadi Positive Charge ,
karena setelah digosok pada balon
tongkat kaca menjadi bermuatan negatif, maka tongkat kaca
digosok lagi dengan kain sutera
sehingga kembali bermuatan positif, saat di dekatkan lagi ke
arah balon, balon akan menjauhi
tongkat kaca karena memiliki muatan yang sama sama positif.
Setelah itu menggunakan tongkat yang bersifat isolator yaitu
tongkat karet. Digosokkan
dengan kain sutera tadi sehingga terjadi Negative Charge pada
tongkat, saat tongkat karet ini
didekatkan lagi ke balon tadi maka balon tadi akan tertarik ke
arah tongkat karena memiliki muatan
yang berbeda, hal tersebut membuktikan bahwa tongkat karet tadi
memiliki muatan negatif.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
4 A6
Setelah menggunakan bahan berupa balon konduktor, kita akan
mencoba menggunakan
bahan berupa balon yang bersifat isolator, mungkin secara
langsung orang akan berpikir bahwa
balon tidak akan tertarik atau terdorong karena pada isolator
elektron tidak bisa bergerak bebas.
Memang benar bahwa pada isolator elektron tidak bisa bergerak
bebas, akan tetapi mereka masih
bisa bergerak walaupun hanya melompat sedikit dan membutuhkan
waktu yang lama.
Berikut atom yang terdapat pada bahan isolator bekerja, saat
tongkat bermuatan positif
didekatkan dengan atom, maka elektron akan berpindah mendekati
tongkat bagaimanapun caranya
walaupun hanya sedikit, dan proton akan menjauhi tongkat
tersebut juga bagaimanapun caranya,
sehingga elektron akan bertumpuk pada sisi yang berdekatan
dengan tongkat.
Di atas terlihat , dan di dalam video telah dibuktikan, bahwa
balon yang bersifat isolator pun
akan tertarik oleh tongkat kaca yang memiliki muatan positif,
ini menandakan bahwa balon tersebut
memiliki muatan negatif yang lebih besar, sehingga saat tongkat
kaca didekatkan elektron akan
melompati proton dan berada di depan proton, sehingga balon pun
akan tertarik, sementara saat
didekatkan dengan tongkat karet yang bermuatan negatif maka
elektron akan melompati proton
dan menjauhi tongkat karet yang bermuata negatif.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
5 A6
Setelah itu dilakukan percobaan menggunakkan mesin Van De Graff
, yaitu dengan
meletakkan potongan kertas di atas mesin van de graff yang di
nyalakan.
Yang terjadi dipercobaan tersebut adalah saat mesin van de graff
dihidupkan, potongan
potongan kertas yang diletakkan di atas mesin akan terlempar,
tapi, tidak semua potongan
terlempar, hal itu disebabkan karena kertas tersebut merupakan
bahan isolator, sehingga tidak
mudah melakukan perpindahan elektron, yang menyebabkan tidak
terjadinya charge dan tidak
terlempar, sementara potongan kertas yang terlempar adalah
potongan kertas yang mengalami
charge terhadap mesin van de graff.
Jika semua charge disimbolkan dengan q, maka di letakkan 2 q
pada posisi yang berbeda.
Coloumb seorang fisikawan perancis, melakukan penelitian tentang
ini diantara abad 18-19,
dia menemukan bahwa 1,2 bisa menghasilkan dua charge, sehingga
dapat dirumuskan .
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
6 A6
Dimana nilai K dan asal nilai K adalah.
Jika ditambahkan satu charge lagi, dan di terapkan konsep super
posisi maka akan terbentuk
Terdapat dua proton yang di pisahkan oleh d , maka
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
7 A6
Maka dari sana dapat di rumuskan gaya listrik yang terdapat
disana adalah
Dan gaya gravitasi
Dari dua persamaan di atas, bila di bandingkan gaya listrik dan
gaya gravitasi maka didapat.
Dari sana di dapatkan bahwa, gaya listrik lebih besar dari gaya
gravitasi, tapi itu tidak
berperngaruh terhadap semua hal, hanya pada beberapa hal seperti
percobaan terakhirsang
profesor.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
8 A6
- Video 2 [ Lec 02- Electric Field and Dipoles - 8.02
Electricity and Magnetism, Spring 2002
(Walter Lewin) ]
Medan listrik
Misalkan ada sebuah muatan (Q) positif disuatu posisi, dan
sebuah muatan lain (q)
dan berada dalam jarak tertentu (r). Jika kedua muatan adalah
positif, maka kedua muatan
tersebut akan saling tolak menolak. Namun, jika muatan q adalah
negatif, maka kedua
muatan ini akan saling tarik menarik. Gaya ini dikenal dengan
Hukum Coulomb dengan
rumus :
= ..
2
dengan :
F = gaya
k = konstanta
Q dan q = muatan listrik
Medan listrik (E)
Misalkan diberi titik p pada muatan q, maka E adalah
, maka
.
2.
Untuk jarak, jika muatan q adalah muatan positif, maka medan
listrik untuk muatan Q akan
menjauh dari muatan q. Dan salah satu muatan adalah muatan
negatif, maka kedua muatan
ini akan berada di medan listrik yang sama (daerah medan listrik
menuju satu sama lain).
Diatas adalah contoh medan magnet bermuatan +3. Seperti dilihat
pada gambar, tanda
panah mengarah keluar dari inti, semakin jauh panah dari inti,
maka panah tersebut
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
9 A6
semakin pendek dan jaraknya semakin jauh. Gambar ini menunjukkan
bahwa pada muatan
positif, arah muatan adalah keluar dari inti atom/listrik.
Pada gambar diatas adalah sebuah listrik bermuatan -1. Sama
seperti gambar sebelumnya,
listrik dengan muatan -1 juga memiliki panah-panah disekitar
inti. Bedanya adalah, pada
muatan -1, panah muatan menuju ke inti atom.
Lalu menentukan arah muatan jika terdapat lebih dari dua
muatan?
Bisa dilihat terdapat empat muatan, yaitu Q1, Q2, Q3, dan Qi,
juga sebuah titik P. Q1
bermuatan positif, maka arah medan listriknya menjauh dari titik
Q1, sedangkan Q2 dan Q3
bermuatan negatif, maka kedua medan magnet muatan tersebut
menuju titik muatan itu.
Muatan listrik pada titik P dapat dicari dengan :
Ep= E1 + E2 + E3.....
Jadi untuk mencari besar medan listrik pada muatan lebih dari
dua adalah menjumlahkan
semua besar medan listrik yang ada.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
10 A6
Duah buah bola besi yang rapat didekatkan dengan sebuah karet
bermuatan negatif, maka bola
besi yang berada paling dekat dengan karet, muatan positifnya
ada berada di depan (dekat dengan
karet bermuatan negatif) sedangkan muatan negatifnya akan
menjauhi karet tersebut. Jika bola besi
tersebut dijauhkan satu sama lain, maka muatan positif akan
tetap berada di bola besi yang berada
paling dekat dengan batang karet, sedangkan muatan negatifnya
terperangkap pada bola besi yang
berada jauh dari batangan karet. Hal ini yang disebut dengan
Dipole atau dua kutub.
Gambar tersebut adalah sebuah elektroscope. Terbuat dari sebuah
balon berbahan kertas timah
yang sangat tipis dengan batang logam disebelahnya dan juga
aluminium foil. Dari dua buah bola
besi tadi, bola besi pertama yang berisi muatan positif
diletakkan di alat percobaan, dan dapat
dilihat pada gambar di bawah ini bahwa aluminium foil pada
elektroscope bergerak menjauhi
batang logam.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
11 A6
Gambar di bawah ini adalah keadaan elektroscope ketika bola besi
bermuatan negatif diletakkan
pada elektroscope.
Mengapa jarak pada elektroscope menjadi semakin kecil?
Gambar di atas adalah rekayasa dari elektroscope. Benda bulat di
bagian bawah adalah bola besi
(dalam keadaan terbalik). Sedangkan diantara aluminium foil dan
batang logam adalah elektron. Jika
didekat bola tersebut didekatkan sebuah benda dengan muatan
positif, maka elektron akan menuju
benda dengan muatan positif tersebut, mengakibatkan jarak antara
aluminium foil dan batang
logam menipis. Namun jika benda yang didekatkan adalah benda
bermuatan negatif, kumpulan
elektron di antara batangan logam dan aluminium foil akan
menjauh dari benda tersebut sehingga
jarak antara batang logam dan aluminium foil membesar. Dari
percobaan tersebut dapat diketahui
bahwa bola besi bermuatan positif memiliki polaritas yang
berbeda dengan bola besi yang
bermuatan negatif.
Selanjutnya akan di lakukan percobaan dengan menggunakan dua
bola ping pong yang
dihubungkan dengan isolator. Kedua bola ini di gantung antara
metal sehingga metal berfungsi
sebagai media konduktor yang menjadi penghubung perpindahan
elektron, setelah itu bola ini
didekatkan dengan mesin van de graff yang menyala dengan bola
orange menghadap ke mesin. Dari
sana dapat dipastikan bahwa muatan pada bola orange akan menjadi
negatif dan muatan pada bola
kuning akan bermuatan positif.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
12 A6
Setelah proses tersebut, kedua bola digantung dengan benang yang
bersifat isolator, dan di
dekatkan dengan van de graff lain yang lebih besar, maka pada
saat itu, bola kuning akan menjauhi
van de graff tersebut dan bola orange akan berputar
mendekati.
Setelah percobaan tersebut, dilakukan lagi percobaan untuk
melihat medan magnet
tersebut, dengan menggunakkan biji besi, di beri dua charge pada
medium yang telah di beri biji
besi dan akan terlihat pola yang terbentuk, ada dua pola,
pertama jika charge yang dilakukan pada
kedua tempat memiliki muatan yang berbeda.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
13 A6
Dan pola jika diberikan charge yang memiliki muatan sama.
Percobaan terakhir yang dilakukan adalah dengan menggunakan diri
sendiri sebagai tempat
negative charge, dengan berdiri didekat mesin van de graff yang
aktif, dan memegang sebuah
konduktor yang terhubung ketanah berfungsi sebagai grounding,
maka tubuh kita akan mengalami
Negative Charge bila di letakkan sebuah balon yang bersifat
konduktor di antara tubuh kita dan
mesin van de graff, dan balon di sentuhkan ke mesin van de graff
supaya terjadi Positive Charge
dan balon akan menjauhi mesin dan menuju ke tubuh kita yang
sudah menjadi muatan negatif, dan
saat bersentuhan dengan tubuh kita maka balon akan mengalami
Negative Charge dan akan
menuju ke mesin lagi, dan akan terus berulang dari awal.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
14 A6
- Video 3[Lec 03- Electric Flux and Gauss's Law - 8.02
Electricity and Magnetism, Spring 2002
(Walter Lewin) ]
Video No.3 ELECTRIC FLUX
Pada video kali ini dibahasa tentang gaya elektrik flux pada
permukaan terbuka, tertutup, serta
pengaplikasian hukum Gauss dan argumen simetri.
Pada permukaan terbuka seperti sapu tangan dan sebagaianya kita
dapat menghitung flux dengan
rumus :
d = E. dA
Akan tetapi pada kbanyakan buku rumus dapat ditulis sebagai
berikut :
d = E. dA
karena pada permukaan antara garis normal dan E, bisa membentuk
sudut , maka rumusnya
dituliskan sebagai berikut :
d = E. dA cos
untuk satuan dari flux sendiri yaitu
[+ = *N/c m2]
Lalu dihadapkan kasus antara jumlah aliran udara dan flux :
Untuk kasus yang pertama ,lempengan diletakkan tegak sehingga
paralel terhadap
kecepatan vektor dan udara , dan kita dapat menghitung jumlah
udara yang melewati
lempengan tersebut dengan rumus :
V.A
Dan unutk flux pada kasus pertama ini masih normal yaitu dengan
:
= E. A
Untuk kasus yang kedua diaman lempengan tadi diputar 90 derajat,
sehingga pada kasus ini
jumlah udara yang melewati lempengan adalah 0. Dan total jumlah
fluxs juga 0.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
15 A6
Untuk Kasus yang ketiga lempengan diputar menjadi 60
derajat.
Sehingga untuk menghitung banyak udara yang melewati lempengan
adalah:
V.A cos 60
Dan untuk total fluxnya dapat dirumuskan sebagai berikut :
= E. A cos 60
Kali ini kita dihadapkan ada rangkaian tertutup , dimana pada
kasus ini kita menggunakan
sebuah bola atau potato bag.
Potato bag akan dilubangkan dua sisinya sebagai perumpamaan,
pada kasus permukaan
tertutup ini normal akan selalu memlilih pergi dari dalam ke
luar.
Total fluxs yang melalui permukaan tertutup dapat kita rumuskan
sebagai berikut :
= E. dA
jika lebih banyak keluar daripada masuk maka (+)
Jika lebih banyak masuk daripada keluar maka (-)
Pada kasus selanjutnya kita akan menghitung total flux pada
sebuah bola yang dimana
mempunyai jari-jari.
Total flux yang melalui bola , karena ini adalah sebuah bola
maka besar dari vektor E sama
dimanapun letaknya, karena radius akan selalu sama.
Karena radiusanya sama maka muatan ,DA, dan E sejajar . sehingga
kita dapat menari total
dari flux yaitu dengan rumus :
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
16 A6
=42.E
Er=Q.r2
42
Maka dari dua persamaan diatas kita juga dapat mencari total
fluks dengan :
=Q
Pada rangkaian tertutup ini untuk mencari total fluks kita juga
dapat menggunakan Gauss
law yaitu :
= E. dA = Qms
Dengan hukum gauss ini tidak peduli seberapa aneh distribusi
muatan dalam sebuah benda.
Untuk menghitung medan listrik, kita perlu betuk simetri . Pada
video ini dibahas dalam 3
bentuk simetri.
1. Simetri Bola
2. Simetri Silinder
3. Bidang Datar
Simetri Bola
Dalam video ini menggunakan sel tipis bola berongga yang tipis,
Muatan terdistribusi harus
secara merata dalam bola berongga yang tipis ini.
Dalam kasus ini kita bisa menggunakan rumus Gauss Law. Untuk
rumus yang diatas tadi itu
adalah khusus untuk R yang lebih besar dari nol.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
17 A6
Pada gambar di dalam video terlihat bahwa Q diletakkan di luar
lingkaran, sehingga apabila
Q diletakkan diluar maka apapun yang kita cari =0.
Dalam Argumen Simetri
Muatan yang terdistribusi harus secara merata. Apabila tidak,
ini seperti contohnya sebuah
planet, planet yang berongga tidak akan mempunyai muatan
didalamnya
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
18 A6
- Video 4 [Lec 04- Electrostatic Potential and Electric Energy -
8.02 Electricity and Magnetism
(Walter Lewin) ]
Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik
Dalam video yang berdurasi lebih kurang 50 menit tersebut
menjelaskan tentang
energy potensial listrik dan potensial listrik.
Energi potensial listrik disimbolkan oleh (U), sedangkan
potensial listrik disimbolkan
oleh (V).
(1)
Misalkan muatan q1 dan q2 sama-sama bermuatan positif, berjarak
r. Apabila kedua
muatan bermuatan positif, tentu gaya yang akan dihasilkan adalah
tolak menolak. Jadi,
bagaimana jika kita ingin kedua muatan tersebut bertemu? Tentu
kita harus melakukan
usaha agar kedua muatan tersebut bertemu satu sama lain.
Nah, usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan itulah yang
disebut energi
potensial listrik. Bagaimana jika q2 itu diletakkan di jarak tak
hingga dari q1? Tentu kita
harus melakukan lebih banyak usaha lagi untuk memindahkan q2 ke
q1 yang berjarak R.
Usaha ini dapat kita tuliskan dengan rumus
Ket: = Usaha yang kita lakukan untuk memindahkan muatan q2 dari
titik awal q
ke titik akhir yang kita inginkan.
F = Besar gaya yang kita keluarkan.
r1,r2 = titik awal dan titik akhir
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
19 A6
Seperti yang kita ketahui, bahwa F adalah hukum coulomb.
Sehingga, apabila kita jabarkan
lagi, maka kita akan mendapatkan rumus dari U
U
Energi potensial merupakan besaran skalar sehingga energi
potensial dari dua muatan
merupakan penjumlahan skalar dari energi potensial tiap dua
muatan. Jika q1 dan q2
keduanya bermuatan positif atau negative, maka usaha yang kita
keluarkan bernilai postif,
karena positif kali positif atau negative kali negative hasilnya
akan positif (sesuai
penjumlahan scalar). Jika q1 bermuatan positif, dan q2 bermuatan
negative atau sebaliknya,
maka usaha yang kita lakukan bernilai negative.
Jika saat kita memindahkan suatu muatan q ke jarak r kita
melewati lintasan yang berkelok-
kelok apakah usaha yang kita keluarkan lebih banyak? Apakah
lintasan mempengaruhi besar
usaha yang kita keluarkan? Jawabannya adalah tidak. Mari kita
mengkaji sedikit tentang
gaya grafitasi. Gaya grafitasi adalah gaya konservatif ( gaya
yang usahanya tidak tergantung
pada lintasannya), karena gaya ini arahnya radial dan besarnya
hanya bergantung pada jarak
radial r saja. Gaya listrik mempunyai sifat yang sama dengan
gaya grafitasi, yaitu arahnya
radial dan besarnya bergantung r. Jadi, gaya listrik merupakan
gaya konservatif.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
20 A6
Contoh lainnya tentang energy potensial.
Anggap ada beberapa muatan yang berjarak r. Bawa muatan q1 dari
titik tak
berhingga ke titik A. Bawa muatan q2 dari titik tak berhingga ke
titik B. Begitu juga dengan
q3 dari titik ta berhingga ke titik C. Begitu juga dengan muatan
lainnya. Selama perjalanan,
mungkin satu diantara mereka akan mengalami gaya tolak menolak
karena muatannya
sama. Sehingga kita harus melakukan usaha untuk membawanya ke
titik tertentu. Usaha
yang kita keluarkan bisa positif bisa negative, dan pada
akhirnya kita akan mendapatkan
total usaha yang kita keluarkan untuk membawa muata-muatan
tersebut ke titik tertentu.
Itulah definisi dari U (energi potensial listrik).
Potensial Listrik (V)
Jika pada pembahasan sebelumnya U merupakan usaha yang
diperlukan untuk
memindahkan muatan dari tempat tak hingga ke titik P (sesuai
gambar) , maka pada
pembahasan kali ini kita memerlukan usaha untuk memindahkan per
muatan nya ke titik P.
Itulah yang disebut dengan potensial listrik (V). Jadi,
potensial listrik di suatu titik
didefinisikan sebagai usaha memindahkan muatan sebesar 1 satuan
dari tempat tak
berhingga ke titikitu.Dari definisi ini, potensial listrik dapat
diartikan sebagai energi
potensial listrik per satuan muatan penguji (+q). Sehingga
apabila kita jabarkan dari rumus
U, maka kita akan mendapatkan rumus V.
U= r
Qq
04 q0 =
r
Q
04
V= r
Q
04 Volt
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
21 A6
Jika muatan Q adalah positif, maka besar potensialnya juga
bernilai positif per satuan muatannya. Jika muatan Q adalah
negative, maka besar potensialnya juga bernilai negative
per satuan muatannya, dan usaha yang kita lakukan per satuan
muatannya dari jarak tak
berhingga juga akan bernilai negative. Jika jaraknya
sangat-sangat jauh tak berhingga dari r,
maka besar potensialnya bernilai 0. Dengan kata lain, potensial
bernilai positif apabila dekat
dengan muatan positif, potensial bernilai negative apabila dekat
dengan muatan negative
dan potensial akan bernilai 0 jika jarak dari muatan
sangat-sangat jauh.
Gambar di atas merupaka sebuah kubah bola, beradius r = 0,3 m
dengan muatan 10
C diatasnya dan E di dalam kubah bernilai 0.
Dengan gambar di atas, kita ingin mengkaji bagaimana energi
potensial di berbagai
titik. Potensial di titik P merupakan integral dari jarak r ke
jarak tak berhingga saat kita
memerlukan Fel dibagi dengan muatan uji q . dr. Jika dituliskan
ke dalam rumus :
Vp = drq
Fel
r
=
r
drE = r
Q
04
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
22 A6
Ekipotensial
Gambar di atas merupakan gambaran ekipotensial dari Max Well.
Pada gambar di atas, terdapat dua muatan yang bernilai 4 dan
bernilai 1. Asumsikan kedua muatan bernilai positif. Di sana, kita
melihat dua garis medan. Yang satu bewarna hijau, dan yang satunya
lagi bewarna merah. Garis yang bewarna merah, adalah garis
ekipotensial. Di sekeliling suatu sumber muatan listrik terdapat
permukaan permukaan di mana apabila diukur potensial listrik pada
permukaan-permukaan tersebut selalu bernilai sama atau dengan kata
lain apabila suatu muatan bergerak pada suatu permukaan
ekipotensial maka energi kinetiknya tidak akan berubah atau gaya
listrik dari sumber muatan tidak melakukan kerja pada muatan
listrik tersebut. Garis-gaya gaya listrik akan selalu tegak lurus
dengan permukaan-permukaan ekipotensial. Kita tahu, bahwa kedua
muatan tersebut, +4 dan +1 akan tolak menolak dan akan menuju ke
titik masing-masing. Namun, pada akhirnya saat kita melakukan usaha
lalu kita mencapai titik yang kita inginkan dari kedua muatan
tersebut, kita tidak memerlukan usaha dan gaya apapun lagi.
Sehingga, kita akan mendapatkan electric field (E) = 0.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
23 A6
Pada gambar ini, Max Well menggambarkan tentang ekipotensial
yang lebih
kompleks lagi. Disini, kita mempunyai dua muatan. Yang bewarna
biru bernilai 1 dan yang
berwarna merah bernilai 4. Garis bewarna biru bernilai negative,
dan garis bewarna merah
bernilai positif. Jika kita dekat dengan muatan 4, maka
potensial yang dihasilkan akan
bernilai positif, karena garis bewarna merah dekat dengan kita.
Jika kita mendekati muatan
1, maka potensial yang dihasilkan akan bernilai negative, karena
garis bewarna biru dekat
dengan posisi kita. Dan saat kita mendekati diantara garis biru
dan garis merah, maka
potensial yang dihasilkan bernilai 0.
Perlu ditekankan bahwa energy potensial listrik U, berbeda
dengan potensial listrik
V. Misalnya terdapat beberapa muatan positif dan muatan
negative, U hanya punya satu
nilai yakni positif atau negative. Berbeda dengan V, Jika posisi
kita dekat dengan muatan yg
bernilai positif, maka V bernilai positif dan sebaliknya.
Seperti contoh berikut ini :
Pada gambar di atas, di titik A terdapat VA dan di titik B
terdapat VB yang dipisahkan oleh
jarak R. Jika kita ingin menempatkan A yang berjarak tak
berhingga ke jarak yang kita
inginkan maka dapat dituliskan dengan rumus: VA =
A
drE . dan jika kita ingin
menempatkan B yang berjarak tak hingga ke jarak yang kita
inginkan pula maka dapat
dituliskan dengan rumus : VB =
B
drE . Jadi beda potensial yang kita dapatkan adalah V
= VA - VB
Apabila suatu usaha linkungan diterapkan (applied work) Uapp
untuk membawa bagian-bagian sistem sehingga membentuk sistem di
mana pada saat yang bersamaan kerja oleh gaya listrik UE juga
terjadi maka dengan menggunakan teorema energi kinetik usaha dapat
dituliskan K = Kf Ki = Uapp +UE Suatu keadaan dapat dipilih
sehingga pada saat awal dan akhir bagian-bagian sistem berada dalam
keadaan diam atau energi kinetik pada kedua keadaan tersebut adalah
nol. Sehingga dapat di tuliskan dengan rumus : U = qV atau q(VA VB)
= KB KA .
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
24 A6
Experimen
Pada gambar di atas, terlihat bahwa seorang professor sedang
melakukan eksperimen
dengan lampu neon dan generator van de graff. Saat lampu
tersebut di dekatkan ke
generator van de graff, maka yang terjadi adalah lampu tersebbut
akan menyala
Dan jika lampu tersebut diputar, maka cahaya yang dihasilkan
sangat kecil bahkan nyaris
tidak tampak.
-
Tugas Fisika Dasar II 2015
25 A6
Kenapa terjadi demikian, karena jarak antara muatan dengan
generator van de graff akan
lebih jauh dari yang sebelumnya (muatan bergerak secara radial
jadi apabila posisinya
diputar jaraknya akan lebih jauh) sehingga potensial listrik
yang di hasilkan juga sangat kecil.
Jadi, kesimpulan dari eksperimen tersebut adalah, beda potensial
yang sangat besar (beribu-
ribu kV) akan menghasilkan energi listrik sehingga lampu dapat
menyala.