Home >Documents >Fis Das 3 Kelompok 2

Fis Das 3 Kelompok 2

Date post:16-Jan-2016
Category:
View:6 times
Download:2 times
Share this document with a friend
Description:
Materi ini mengenai
Transcript:

1. Medan Listrik

1.1 Pengertian Medan Listrik

Gagasan bahwa gaya bekerja dari jarak tertentu merupakan suatu hal yang sulit bagi para pemikir zaman dahulu. Termasuk Newton sendiri tidak yakin akan gagasan ini ketika beliau menerbitkan hukum gravitasi universalnya, sampai ada ilmuwan dari Inggris Michael Faraday (1791-1867) yang membantu memecahkan masalah ini dengan menggunakan ide medan. Menurut Michael Faraday suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh ruang. Ketika muatan yang kedua didekatkan dengan muatan pertama, ia akan merasakan gaya yang disebabkan oleh adanya medan listrik di tempat tersebut. Jadi secara umum pengertian dari medan listrik adalah daerah di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Besar kecilnya gaya yang dialami oleh suatu muatan listrik dalam medan listrik disebut kuat medan listrik. Arah kuat medan listrik selalu menjauhi atau meninggalkan pusat medan yang bermuatan (+) dan menuju atau mendekati medan yang bermuatan (-). Secara matematis medan listrik dapat dituliskan sebagai berikut.

(1) Keterangan:

Secara ideal E didefinisikan sebagai limit F/q dan q diambil lebih kecil dan lebih kecil lagi, sehingga mendekati nol. Alasannya adalah agar E tidak bergantung pada besar muatan uji q. Hal ini berarti bahwa E hanya mendeskrisipkan efek muatan yang menimbulkan medan listrik pada titik itu.

Medan listrik di semua titik pada ruangan dapat diukur, berdasarkan definisi dtersebut. Untuk situasi yang sederhana yang melibatkan satu atau beberapa muatan titik, kita dapat menghitung berapa kira-kira besar E. Sebagai contoh, medan listrik pada jarak r dari satu muatan titik Q akan mempunyai besar

atau, dalam 0 :

(2)Keterangan:

Hubungan untuk medan listrik yang disebabkan oleh satu muatan titik ini juga disebut sebagai Hukum Coulomb. Disebutkan bahwa E tidak bergantung pada q, hal ini membuktikan bahwa E hanya bergantung pada muatan Q yang menghasilkan medan tersebut, dan bukan pada nilai muatan uji q.

1.2 Garis-garis Medan

Medan listrik merupakan vector oleh sebab itu kadang-kadang juga disebut sebagai medan vector. Medan listrik dapat ditunjukkan dengan tanda panah pada berbagai titik dalam situasi tertentu. Namun pada banyak titik akan menghasilkan banyak tanda panah,yang mungkin terlihat rumit atau membingungkan. Untuk menghindari hal tersebut kita dapak menggunakan tehnik yang disebut dengan garis-garis medan. Hubungan dia antara garis-garis gaya (imajiner) dan vector medan listrik adalah:

1. Garis singgung kepada sebuah garis gaya pada setiap titik memeberikan arah E pada titik tersebut

2. Garis-garis gaya digambarkan sehingga banyaknya garis persatuan luas penampang (yang tegak lurus pada garis-garis tersebut) adalah sebanding dengan besarnya (magnitude) E.

Garis-garis medan listrik atau garis-garis gaya digambar sedemikian rupa sehingga menggambarkan arah gaya yang disebabkan oleh medan tersebut pada muatan tes positif. Garis-garis gaya yang disebabkan oleh satu muatan positif ditunjukkan pada gambar 1 dan satu muatan negatif pada gambar 2. Pada gambar (a) garis-garis tersebut menunjuk secara radial ke keluar dari muatan dan pada gambar (b) menunjukkan secara radial ke dalam menuju muatan karena ini merupakan arah gaya pada muatan tes positif pada setiap kasus.

(a)

(b)

Gambar 2 Garis-garis medan listrik (a) di dekat muatan titik positif (b) di dekat satu muatan negatifGaris-garis medan menunjukkan arah medan listrik. Medan menunjukkan arah tangent terhadap garis medan pada semua titik. Garis-garis tersebut digambarkan sedemikian rupa sehingga besar medan listrik E, sebanding dengan jumlah garis gaya yang melintasi daerah yang tegak lurus terhadap garis-garis itu. Makin dekat garis-garis tersebut, makin kuat medan yang bersangkutakan. Garis-garis medan listrik dimulai pada muatan positif dan berakhir pada muatan negatif dan jumlah pada awal dan akhir sebanding dengan besar muatan.

1.3 Medan dan Konduktor Listrik

Konduktor ialah bahan yang mengantarkan listrik dengan sempurna yang berarti bahwa muatan listrik yang dimuatkan padanya akan bebas bergerak tanpa hambatan sedikitpun. Dengan definisi yang demikian maka konduktor memiliki sifatsifat sebagai berikut.a. Muatan listrik yang dimuatkan akan ada dipermukaanb. Arah medan listrik dipermukaan adalah tegak lurus dari permukaan c. Di dalam konduktor tidak ada medan listrikd. Konduktor adalah benda equipotensiale. Muatan listrik yang dimuatkan ke konduktor berongga akan ada dipermukaan luarnya saja. Kuat medan listrik di permukaan konduktor sebanding dengan rapat medan di tempat itu.Medan listrik di dalam konduktor yang baik adalah nol pada situasi statis yaitu ketika muatan-muatan berada dalam keadaan diam. Jika ada medan listrik di dalam konduktor, akan ada gaya pada electron-elektron bebasnya karena . Elektron-elektron akan bergerak mencapai posisi di mana medan listrik dan juga gaya listrik pada mereka menjadi nol. Muatan total pada konduktor yang baik mendistribusikan dirinya pada permukaan. Untuk konduktor yang bermuatan negatif dapat kita bayangkan muatan-muatan negatif tersebut saling tolak menolak dan menuju permukaan untuk saling menjauhi satu sama lain. Properti medan listrik statis yang berhubungan dengan konduktor adalah medan listrik yang selalu tegak lurus terhadap permukaan di luar konduktor.

Contoh soal:Medan listrik satu muatan titik.

Hitung besar dan arah medan listrik pada titik P yang terletak 30 cm di sebelah kanan muatan titik Q = -3 x 10-6C.

Pembahasan:

30cm

Q = -3 x 10-6C.

P

(a)

P

Q = -3 x 10-6C.

(b)

Gambar 3 Medan listrik pada titik P

(a) disebabkan oleh muatan negatif Q dan

(b) disebabkan oleh muatan positif QArah medan listrik adalah menuju muatan Q sebagaimana ditunjukkan pada gambar (a) karena kita mendefinisikan arah sebagai arah gaya pada muatan tes positif . Jika Q positif medan listrik akan menjauhi seperti gambar (b).2. Potensial Listrik

Jika medan listrik menggambarkan gaya per satuan muatan pada sebuah partikel bermuatan dalam medan, maka yang sekarang kami jelaskan adalah energi pontensial berdasarkan pada persatuan muatan, hal ini membawa kita pada konsep pontensial listrik atau yang biasa disebut pontensial. Pontensial listrik sangat erat kaitannya dengan medan listrik . Pontensial adalah energi pontensial per satuan muatan. Definisinya jika V yang berada dalam sebuah medan listrik sebagai energi pontensial U persatuan muatan yang diasosiasikan dengan sebuah muatan uji di titik energi pontensial itu adalah sebuah besaran skalar. Dari persamaan diatas satuannya diperoleh dengan membagi satuan energi pontensial dengan satuan muatan, satuan SI dari pontensial adalah (1Volt = 1 joule/coulomb). Mari kita meninjau beberapa hal yang pokok, sebuah gaya beraksi pada sebuah partikel yang bergerak dari titik a ke titik b, kerja yang dilakukan oleh gaya itu diberikan oleh sebuah intergral garis.

(3)Gaya adalah konservatif, kerja yang dilakukan dapat dinyatakan dalam energi pontensial U. Bila partikel itu bergerak dari sebuah titik dimana energi pontensial itu adalah ke sebuah titik dimana energi pontensial itu adalah maka perubahan energi pontensial adalah .

Maka kerja dari gaya tersebut adalah

(4)Dari persamaan diatas kita menyamakan kerja yang dilakukan oleh gaya listrik itu selama perpindahan dari a ke b menjadi kuantitas berdasarkan kerja per satuan muatan dimana kita membagikan persamaan dengan muatan uji .

(5)Persamaan di atas yakni pontensial dari a terhadap b, menyamai kerja yang dilakukan oleh gaya listrik itu bila sebuah satuan muatan bergerak dari a ke b.

Sebuah instrumen yang mengukur selisih pontensial diantara dua titik dinamakan voltmeter. Ada juga alat pengukur pontensial yang pengukurannya jauh lebih peka dengan menggunakan perbesaran elektronik (electronic amplification). intrumen yang mengukur selisih pontensial 1 merupakan hal lazim, dan kepekaan sampai yang dapat dicapai.Pontensial listrik V yang ditimbulkan oleh sebuah muatan titik tunggal q, kita membagi persamaan.

(6)Persamaan diatas kita akan membagi menjadi

(7)dengan r adalah jarak dari muatan titik q ke titik dimana pontensial itu dihitung. Dalam khasus yang manapun,V sama dengan nol di r = , yakni pada jarak tidak terhingga dari muatan titik itu. Pontensial sama dengan muatan listri, tidak tergantung pada muatan uji yang kita gunakan mendefinisikan pontensial itu.Mencari pontensial yang timbul oleh sekumpulan muatan dengan membagi persamaan berikut :

(8)dengan adalah jarak dari muatan ke i, ,ke titik dimana V dihitung, seperti halnya medan listrik yang ditimbul oleh sekumpulan muatan dititik adalah sejumlah vektor dari medan-medan yang dihasilkan oleh setiap muatan, maka pontensial listrik yang ditimpulkan oleh sekumpulan muatan titik adalah sejumlah skalar dari pontensial-pontensial yang di timbulkan oleh setiap muatan.

Bila kita mempunyai distribusi muatan kontinu sepanjang sebuah volume maka kita membagi muatan itu kedalam elemen-elemen dan jumlah dalam persamaan menjadi sebuah intergral menjadi:

(9)dengan r adalah jarak dari elemen-elemen ke titik medan dimana kita mencari V. Jika kita memberikan sekumpulan muatan titik. Persamaan biasannya paling mudah digunakan untuk menghitung pontensial V. Tetapi dalam beberapa soal dimana medan listrik diketahui atau dapat dicari dengan mudah, maka lebih mudah untuk menentukan V dari . Gaya pada sebuah muatan uji dapat ditulis sebagai . sehingga dari persamaan kerja yang dilakukan oleh sebuah gaya listrik itu sewaktu muatan-muatan uji bergerak dari a ke b diberikan oleh persamaan:

(10)Jika persamaan ini dibagi dengan maka akan menjadi:

(11)Nilai tida

Click here to load reader

Embed Size (px)
Recommended