Home >Documents >Tugas Medan, Potensial Dan Energi Potensial Listrik

Tugas Medan, Potensial Dan Energi Potensial Listrik

Date post:07-Aug-2015
Category:
View:184 times
Download:5 times
Share this document with a friend
Transcript:

MEDAN LISTRIK, VOTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL PADA MUATAN TITIK

Oleh: Komang Suardika (0913021034)

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA SINGARAJA 2010

[1]

MEDAN LISTRIK, VOTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL PADA MUATAN TITIK

2.1

Kompetensi Dasar

Mampu untuk memahami medan listrik, potensial listrik, dan energi potensial listrik oleh muatan titik

2.2

Indikator

1. Menghitung kuat medan listrik yang ditimbulkan muatan listrik. 2. Dapat menghitung potensial pada suatu titik disekitar muatan titik. 3. Menghitung energi potensial

2.3

PendahuluanDalam kehidupan sehari-hari kita tidak bisa lepas akan peranan listrik tersebut,

karena dengan adanya listrik kita bisa melakukan segala kegiatan. Seperti kegiatan yang rutin dilakukan oleh mahasiswa yaitu membuat tugas-tugas yang menggunakan laptop atau komputer, dimana dalam hal mengidupkan komputer jelas diperlukan listrik. dalam memperbanyak soal-soal atau tugas-tugas tentu kita sering menggunakan mesin fotokopi, bagaimanakah cara kerja mesin tersebut sehingga mampu memperbanyak tugas-tugas tersebut? Dengan adanya salah satu pertanyaan seperti di atas yang sering kita temukan maka penulis berkeinginan mencari jawabannya dengan menerapkan konsep pada fisika dasar III ini dengan mempelajari konsep terhadap listrik khusus pada medan listrik, potensial dan energi potensial listrik tersebut.

2.4

MEDAN LISTRIK[2]

2.4.1 Medan Listrik oleh Muatan Titik Dalam membahas interaksi coulomb, kita dapat memandangnya dari segi medan. Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga pada tiap titik dalam ruang. Bila dikaji dari adanya gaya coulomb maka gaya coulomb yang ada di sekitar suatu muatan listrik disebutlah dengan medan listrik. Dengan kata lain medan listrik didefinisikan sebagai gaya pada suatu muatan positif dimana gaya yang diberikan pada muatan lain berpengaruh terhadap muatan uji yang lainnya yang diletakkan di sekitarnya. Seperti gambar berikut ini:Fa a

.

+Q

c

Fc

bFb

Dalam hal ini gaya listrik tersebut mempunyai besar dan arah yang berbeda-beda sesuai dengan hukum coulomb. Besarnya medan listrik dapat dirumuskan sebaai berikut: E= Dimana : E = medan listrik (N/C) F = gaya coulomb (N) Q = muatan uji (C) Karena medan listrik tersebut dipengaruhi oleh gaya listrik dan besarnya gaya listrik tersebut adalah: q2 r2 q2 k 2 ..........................................................................................(2) E= r q F =k F .............................................................................................(1) q

Dengan demikian maka kuat medan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:[3]

E=k

q ..............................................................................................(3) r2

Bila melihat persamaan (1) terdapat gaya listrik dimana besaran ini termasuk besaran vektor dan oleh sebab itu maka medan listrik juga merupakan besaran vektor, maka dalam pencarian besarnya nanti dengan menggunakan analisis vektor. Lihat gambar berikut ini:-Q C

r

r

A +Q r

B +Q

Tentuakan besarnya medan listrik yan dialami oleh muatan Q! Jawab: Dengan menggunakan analisis vektor maka didapatkan hal sebagai berikutC -Q ECA r Ec A +Q r B +Q ECB r

Untuk mencari EC maka digunakan rumus sebagai berikut:2 2 E c = E CA + E CB + 2 E CB E CA cos .....................................................................(4)

Dimana: E CA = k

Qc Q dan E CB = k 2c 2 rAC rBC[4]

Keterangan: k = konstanta dielektrik (9 x 109 Nm2/C2) Qc = muatan listrik C (C) r = jarak antar muatan (m) E = medan listrik (N/C) Apabila medan listrik pada suatu titik disebabkan oleh banyak muatan maka kuat medan listrik E, adalah jumlah vektor medan listrik oleh masing-masing muatan itu sehingga dapat dirumuskan dengan E = E1 + E2 + E3+......= E 1 q1 1 q2 1 q3 1 E= + + + ..... = E = 2 2 2 4 0 r1 4 0 r2 4 0 r3 4 0 Contoh:1.

ri

N

q12 i

ri

Dua buah muatan titik q1 = +12 nC, dan q2 = - 12 nC, ditempatkan pada jarak 10 cm. Hitung medan listrik yang ditimbulkan oleh kedua muatan ini pada titik a, b, dan c seperti gambar dibawah ini.

c

Ec

10 cm +q1 Eb b 1 cm 6 cm a

10 cm -q2 Ea 4 cm

Penyelesaian: Medan listrik pada titik a yang disebabkan oleh muatan q1 dan q2

yaitu Ea1 dan Ea2. E a1 = k 12 10 9 C q1 = (9 10 9 Nm 2 / C 2 ) (6 10 2 m) 2 r12 = 3 10 4 N / C menuju q 2 Ea 2 = k q2 r22 12 10 9 C (4 10 2 m) 2

E a 2 = (9 10 9 Nm 2 / C 2 )

E a 2 = 6,75 10 4 N / C (menuju q 2 )[5]

Dengan demikian resultann medan listrik pada titik a sebesar: Ea =Ea1 + Ea2 = (3+6,75) x 104 = 9,75 x 104 N/C Kuat Medan listrik yang disebabkan oleh q1 dan q2 pada titik b

sebesar Eb1 dan Eb2 yaitu Eb1 = k q1 r12 12 10 9 C (1 10 2 m) 2

Eb1 = (9 10 9 Nm 2 / C 2 )

Eb1 = 108 10 4 N / C (menjauhi q1) Eb 2 = k q2 r22 12 10 9 C (11 10 2 m) 2

Eb 2 = (9 10 9 Nm 2 / C 2 )

Eb 2 = 0,89 10 4 N / C (menuju q 2 ) Jadi resultan kuat medal listrik yang ada pada titik b sebesar Eb = Eb2 + Eb1 = (0,89+(-108)) x 104 = - 108 x 104 N/C (kearah kiri menjauhi q1).

2.5 Garis-Garis Medan ListrikDalam mempelajari medan lsitrik terdapat garis-garis medang listrik dimana garisgaris ini merupakan garis khayal. Digambarkannya garis-garis ini dengan tujuan untuk mengetahuai sebaran atau radius pengaruh medan listrik tersebut jika ada interaksi antara dua muatan yag berlainan jenis dan sam jenis. Garis-garis medan listrik sebenarnya sama dengan garis-garis gaya listrik dimana garis dari medan listrik tersebut dapat digambarkan sebagai berikut

[6]

(gambar : (a) adalah garis medan muatan positif, (b) garis medan muatan negatif, (c) garis medan akibat interaksi dua muatan berlainan jenis. Sumber: http://oerleebook.files.wordpress.com). Dengan adanya garis-garis medan listrik tersebut memudahkan kita untuk mempelajari sifat-sifat muatan yang ada.

2.6

Energi Potensial ListrikPada mata kuliah sebelumnya telah dibahas mengenai usaha. Dimana usaha yang

dilakukan oleh gaya gravitasi adalah minus perbedaan energi potensial gravitasi . Secara matematis dirumuskan dengan W = -Ep Misalkan saja benda berpindah dari titik a ke titik b seperti pada gambar dibawah maka dalam bentuk integral usaha yang dilakukan dapat dituliskan dnegan Wab = F .ds (ds menyatakan perpindahan )............................................................(1)a b

Fgrav ha

hb

Dari gambar di atas maka besar usaha yang dilakuakn pada gambar di atas sebesar Wab = -mg(hb ha)..........................................................................................(2) Telah diketahui bahwa gaya gravitasi adalah gaya konservatif karena gaya ini berarah radila dan besarnya hanya tergantung pada jarak radial r saja. Gaya listrikpun[7]

mempunyai sifat yang sama dengan gaya gravitasi yaitu arahnya radial dan besarnya tergantung r dengan demikian gaya listrik dapat digolongkan sebagai gaya konservatif. Jadi persamaan 1 dan 2 dapat nantinya digunakan untuk mencari perumusan dari energi potensial listrik tersebut. Perhatikan gambar dibawah! Gambar 2aq r q0

Gambar 2b

q ra rb

q0

Anggap dua muatan q dan q0 terpisah pada jarak r seperti pada gambar 21 kemudian kita gerakkan q0 sejauh ds = dr. i. Jika kita gerakkan q0 dari titik A yang berjarak ra titik B yang berjarak rb (dihitung dari posisi q), maka perubahan energi potensialnya dapat dihitung dangan persamaan 1 yaitu E pB E pA = F .ds = q0 E.ds = q0 a b b

1 qdr 4 0 r 2 a

= q0 a

b

qdr 4 0 r 2 1 1 ..............................................................................(3) r r a b

E pB E pA =

q.q0 4 0

Persamaan 3 diturunkan dengan menganggap q0 posistif namun persamaan ini berlaku untuk segala macam situasi, q0 bergerak mendekati q (q0 negatif) atau menjauhi q (q0 pisitif), sehingga rumus selisih potensial antara titik B dan titik A adalah: Ep= E pB E pA = q.q0 4 0 1 1 ...............................................................(4) r r a b[8]

Dengan menganggap ra adalah tak hingga maka maka perumusan untuk energi potensial dapat dirumuskan dengan E pB E pA = E PB 1 1 r r a b q.q0 1 1 0 = 4 0 rb q.q 0 4 0 q.q 0 1 4 0 rb

E PB =

Dengan demikian perumusan untuk energi potensial dapat dituliskan dengan

W = Ep =

q.q0 1 4 0 r

Perumusan ini menganggap q0 sama dengan q maka perumusan di atas dapat dubah menjadi:

q2 W = Ep = k rKeterangan: W atau EP = Energi potensial listrik (J) k = konstanta dielektrik (9 x 109 Nm2/C2) r = jarak kedua muatan (m) Q = muatan uji (C) Apabila muatan pada suatu sistem terdiri dari banyak muatan yang berbeda maka energi potensial totalnya merupakan jumlah dari energi potensial masing-masing. Untuk lebih memahami mengenai energi potensial listrik simaklah beberapa contoh berikut.

Contoh:[9]

Titik A, B, C, dan D pada susut persegi panjang dengan sisi a seperti ditunjuk pada gambar dibawah ini. Berapakan kerja yang dibutuhkan untuk meletakkan muatan positif q pada tiap sudut bujur sangkar?A a B

2aa a

D

Penyelasaian:

a

C

Tidak ada kerja yang diperlukan untuk meletakkan muatan pertama pada titik A karena potensialnya nol ketika muatan lain berada pada jarak tak hingga. Untuk membawa muatan kedua ke titik B pada jarak a diperlukan kerja: W2 = kqq a 2a dari titik A kerja yang diperlukan untuk membawa

Titik C ke titik B dan

muatan ketiga q ke titik C adalah: W3 = kqq kqq + a 2a

Kerja yang diperlukan untuk memba

Click here to load reader

Embed Size (px)
Recommended