Energi Potensial Dan Potensial Listrik(Mau Fix)_2

MAKALAH FISIKAENERGI POTENSIAL

DAN POTENSIAL LISTRIK

ISO 9001:2008Oleh :

Annisa Novidya U.H. (XII IPA2 / 05)Ari Viandri W.

(XII IPA2 / 06)Aulia Rizkhan

(XII IPA2 / 08)

Satria Luthfi

(XII IPA2 / 33)Ulfa Gita R.

(XII IPA2 / 35)Pemerintah Kota Malang

Dinas Pendidikan

SMA NEGERI 1 MALANG Jalan Tugu Utara No.1 Telp (0341) 366454, Fax. (0341) 331744 Malang

Website: http://www.sman1-mlg.sch.i

Email: [email protected]

SEPTEMBER 2013Energi Potensial dan Potensial ListrikA. Energi Potensial ListrikSebagaimana medan gravitasi bumi, medan listrik dari distribusi muatan statis juga bersifat kekal. Dengan demikian, kerja yang diperlukan untuk memindahkan sebuah muatan titik di dalam medan listrik juga tidak bergantung pada lintasan. Medan seperti ini disebut juga medan konservatif. Karena medan listrik bersifat konservatif, kita dapat menghubungkannya dengan energi potensial. Kerja yang dilakukan untuk memindahkan sebuah muatan melawan gaya listrik akan tersimpan sebagai potensial muatan.

Gambar 1. Muatan uji yang dipindahkan dari titik 1 ke titik 2Untuk memindahkan muatan q dari 1 ke 2 tanpa kecepatan, diperlukan gaya F yang besarnya sama dengan Fc, tetapi arahnya berlawanan. Jadi :

Energi potensial listrik akan timbul bila sebuah muatan ujiqdidekatkan pada sebuah muatanQ. Besarnya energi potensial yang timbul pada muatanqsebanding dengan usaha yang diperlukan untuk melawan gaya CoulombFC. Apabila arah gaya F terhadap arah perpindahan muatan q bersudut , maka usaha perpindahan muatan q dari 1 ke 2 adalah:

W = F . s .cos

W = - Fc. s .cos Sehingga usaha untuk memindahkan q menjadi :

Ep = W

Ep = - Fc cos

Tanda minus pada persamaan di atas berarti beda energi potensial sebanding dengan usaha untuk melawan gaya Coulomb Fc. Jadi, dibutuhkan gaya sebesar F untuk melawan gaya Coulomb, F = - FC.Berdasarkan persamaan di atas, besar usaha untuk memindahkan suatu muatan dari titik a ke titik b dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

W12 = kqq..

Jika muatan q semula pada jarak tak terhingga (), besar energi potensialnya adalah nol. Dengan demikian, apabila muatan q dipindahkan dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu titik, besar usahanya adalah sebagai berikut:

EPa= 0dan = 0maka

Karena medan listrik bersifat konservatif, kerja yang dilakukan tersebut merupakan penambahan energi potensial muatan uji q, sehinggaW12 = EP2 EP1 = Atau secara sistematis, energi potensial dapat ditulis :EP = W12 = dengan:EP = energi potensial muatan uji q (J)

k = 9 x 109 Nm2/C2

q = muatan uji (C)

q = muatan sumber (C)

r = jarak muatan uji ke muatan sumber (m)Dengan demikian, energi potensial suatu muatan di suatu titik adalah usaha untuk memindahkan suatu muatan uji dari tempat yang jauh tak berhingga ke suatu tempat di sekitar muatan sumber.

Energi potensial total untuk konfigurasi 3 muatan atau lebih adalah:

EPtot = )B. Potensial Listrik

Setiap titik di dalam medan listrik selalu mempunyai gaya listrik, kuat medan listrik, dan potensial listrik. Gaya listrik dan kuat medan listrik adalah besaran vektor, sedangkan potensial listrik adalah besaran skalar. Jadi, potensial listrik tidak memiliki arah. Potensial listrik diperoleh dari energi potensial per satuan muatan. Sehingga:

V = atau EP = qV atau V=denganV= potensial listrik pada jarak r (V)

q= muatan sumber (C)

r= jarak terhadap muatan sumber (m)

Dengan demikian, potensial listrik di suatu titik pada medan listrik adalah besar usaha yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan muatan listrik dari tak terhingga ke titik tersebut.Karena potensial listrik adalah besaran skalar, potensial yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber cukup dihitung dengan penjumlahan aljabar biasa.

V =V =Dengannadalah banyak muatan sumber.

C. Bidang Ekipotensial

Bidang ekipotensial adalah bidang tempat kedudukan titik-titik yang potensial listriknya sama. Sebuah muatan titik akan menimbulkan potensial yang sama untuk jarak yang sama dari muatan tersebut. Dengan demikian, bidang ekipotensial dari sebuah muatan titik akan berupa kulit bola.

Sifat-sifat bidang ekipotensial adalah sebagai berikut:

1) Tidak diperlukan usaha untuk memindahkan muatan dalam satu bidang ekipotensial.2) Bidang-bidang ekipotensial tidak pernah berpotongan satu sama lain.3) Bidang ekipotensial selalu tegak lurus garis-garis medan listriknya.D. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik

Jika gesekan diabaikan dan tidak ada gaya lain yang bekerja selain gaya Coulomb, energi total sebuah partikel dengan massa m dan muatan q yang bergerak dalam suatu medan listrik adalah :

E = EK + EP = mv2 + qV

Karena medan listrik merupakan medan konservatif, berlaku hukum kekekalan energi mekanikEP1 + EK1 = EP2 + EK2qV1 + mv12 = qV2 + mv22

Karena W = mv22 - mv12 , maka:

W = q(V1-V2) = W = mv22 - mv12

Jika kecepatan awal partikel = 0 dan V1-V2 = , maka:q = mv22

Hubungan ini menunjukkan perubahan energi potensial menjadi energi kinetik.

E. Aplikasi Potensial Listrik1) Generator Van de Graff

Gambar 2. Generator Van de GraffPada generator Van de Graff, dua konduktor yang dipisahkan dengan suatu jarak tidak akan berada pada potensial yang sama. Beda potensial antara konduktor tersebut bergantung pada bentuk geometrinya, jaraknya dan muatan bersih masing-masing. Ketika dua konduktor disambung, muatan pada konduktor menyebar dengan sendirinya sehingga keseimbangan elektrostatik terbentuk dan medan listrik nol dalam konduktor. Ketika tersambung kedua konduktor dianggap sebagai konduktor tunggal dengan permukaan ekipotensial tunggal. Perpindahan muatan dari satu konduktor ke yang lain disebut pembagian muatan (charge sharing). Secara sederhana, kerja generator Van De Graff yaitu apabila ujung runcing H dihubungkan dengan tegangan tinggi searah 2 x 104 V atau 20kV, mengandung muatan positif yang besar. Ujung runcing H bersentuhan dengan sabuk yang digerakkan oleh motor penggerak atau engkol tangan yang terhubung melalui roller F. gesekan antar sabuk dan ujung runcing H bermuatan positif menyebabkan elektron-elektron (muatan negatif) dari sabuk ditarik ke ujung runcing H. Hal tersebut menyebabkan sabuk kiri yang tadinya netral akan mengandung sejumlah besar muatan positif. Sabuk ini bergerak membawa muatan positif menuju ke kubah setengah bola yang ditopang oleh sepasang tiang berisolasi. Saat melewati ujung runcing G sabuk meninduksikan muatan pada konduktor ini yang karena ujungnya runcing, menimbulkan intensitas medan yang tingginya cukup untuk menionisasi udara antara ujung runcing dan sabuk. Maka udara yang terionisasi ini menjadi jembatan penghantaran bagi muatan positif pada sabuk guna dapat mengalir ke konduktor A. Sehingga fungsi dari ujung runcing G yang terdapat dalam kubah ialah mengumpulkan muatan positif dari sabuk, dan memindahkannya ke permukaan luar kubah. Sebagai hasilnya pada kubah terkumpul muatan positif yang sangat besar. Ketika meninggalkan katrol E, sabuk itu menjadi bermuatan negatif dan sisi kanannya mengangkut muatan negatif ini ke luar dari terminal atas. Pengambilan muatan negatif ekuivalen dengan penambahan muatan positif, sehingga kedua sisi sabuk berperan menaikan muatan netto positif terminal A. Muatan negatif terambil dari sabuk pada ujung runcing H, lalu mengalir ke tanah. Pengumpulan muatan pada kubah tidak dapat berlanjut tanpa batas, karena akhirnya pelepasan muatan akan terjadi di udara. Untuk memahami hal ini, perhatikan bahwa lebih banyak muatan terkumpul pada permukaan luar kubah, besar medan listrik pada kubah juga meningkat. Akhirnya, kekuatan medan lsitrik menjadi cukup untuk mengionisasi sebagian molekul udara di dekat permukaan kubah. Ini membuat sebagian udara bersifat konduksi (dapat menghantarkan muatan listrik). Muatan-muatan pada kubah sekarang memilki jalan untuk bocor menuju udara di sekitarnya. Pelepasan muatan ke udara ini dapat menimbulkan ledakan petir. 2) Potensial Listrik pada Bola Konduktor BermuatanPartikel A memiliki jarak r dari bola konduktor, b juga merupakan posisi partikel dengan jarak r pada bola konduktor serta C merupakan posisi partikel dengan jarak r dari bola konduktor. ra < rb < rc sehingga potensial listrik pada bola konduktor memiliki persamaan dengan potensial listrik yang telah kita cari sebelumnya. yaitu :

3) Potensial Listrik pada Keping SejajarDua keping sejajar seluas A terpisah dengan jarak d masing-masing diberi muatan +q dan -q. Rapat muatan listrik didefinisikan sebagai muatan listrik per satuan luas. Sehingga potensial listriknya : Di dalam keping sejajar : V = E.r

Di luar keping sejajar : V = E.dDaftar Pustaka

Foster, Bob. 2012. Terpadu Fisika SMA/MA Jilid 3A untuk kelas XII Semester 1. Bandung: Penerbit Erlangga.

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=141:energi-potensial-listrik&catid=14:listrik-statis&Itemid=182 http://ltps.uad.ac.id/karya/wahyubs_listrik_statis/energi_dan_potensial_listrik.html http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=145:potensial-listrik&catid=14:listrik-statis&Itemid=186 http://budisma.web.id/contoh-soal-energi-potensial-listrik.html