Fisika Dasar II Listrik - Magnet

Transkripsi

1 Fisika Dasa II Listik - Magnet Sua Dama, M.Sc Depatemen Fisika UI Silabus Listik Medan Listik: Distibusi Muatan Diskit Distibusi Muatan Kontinu Potensial Listik Kapasitansi, Dielektik, dan negi lektostatik Aus Listik angkaian Aus Seaah

2 Silabus Magnet Medan Magnetik Sumbe Medan Magnetik Induksi Magnetik Magnetisme Dalam Matei angkaian Aus Bolak Balik Pesamaan Mawell dan Gelombang lektomagnetik Dafta Acuan Paul A. Tiple, Fisika: Untuk Sains dan Teknik, disi Ketiga Jilid, Alih bahasa D. Bambang Soegijono, Penebit langga, 996. Fedeick.J. Bueche, David A Jede, Pinciples of Phsics, Sith dition, McGaw-Hill, New Yok, 995. M. Alonso,.J. Finn, Phsics, Addison Wesle, ngland, 996.

3 Atuan di Kelas Tidak boleh telambat!! Saudaa sudah haus dikelas sebelum pengaja datang. Telambat datang beati tidak boleh masuk ke uang kelas. Tidak ada toleansi waktu untuk telambat. Tidak boleh kelua masuk kelas ketika poses belaja mengaja sudah dimulai tanpa ijin dai pengaja. Tidak boleh mengaktifkan suaa alat-alat elektonik; hp, page, jam digital, walkman, dll. Tidak boleh bebicaa saat pengaja sedang menjelaskan matei kuliah. Medan Listik Distibusi Muatan Diskit Sua Dama, M.Sc Depatemen Fisika UI

4 Medan Listik Distibusi Muatan Diskit Listik beasal dai kata elekton (dalam bahasa Yunani) ang menebutkan batu ambe ang ketika di gosok akan menaik benda-benda kecil sepeti jeami atau bulu. Benjamin Fanklin (USA) membagi muatan listik atas dua: positif dan negatif. Jika gelas dengan sutea digosokkan, maka gelas akan bemuatan positif dan sutea akan bemuatan negatif. Ilustasi Muatan Listik

5 Satuan Standa Intenasional Menuut SI satuan muatan adalah Coulomb (C), ang didefinisikan dalam bentuk aus listik, Ampee (A). -9 e,6 C Muatan sekita nc sampai, µc dapat dihasilkan dalam laboatoium dengan caa menempelkan bendabenda tetentu dan menggosokkanna. Hukum Coulomb Chales Coulomb (736 86) melakukan pengujian gaa taikmenaik dan tolak menolak dai benda bemuatan. kq q F ˆ dimana k 8,99 9 N.m /C

6 Hukum Coulomb (lanjutan) ř meupakan vekto satuan ang mengaah dai q ke q ang besana /. Contoh Soal Dua muatan titik masing-masing sebesa,5 µc dipisahkan pada jaak cm. Cailah (a) besana gaa ang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainna dan (b) Jumlah satuan muatan dasa pada masing-masing muatan. Tiga muatan titik teletak pada sumbu ; q 5 nc teletak pada titik asal, q - nc beada pada m, dan q nc beada pada 3,5 m. Cailah gaa total pada q akibat q dan q.

7 Solusi Soal no., 5C + q, 5C q + F cm F kq q F ( 8,99 N. m / C )(,5 C)(,5 C),5-3 N (,m ) q Ne N q e,5,6 6 9 C C 3, Solusi Soal no. F m,5 m F q 5nC q -nc F q nc kq q (8,99 ˆ N. m (,367 µ N) i F kq q 9 ˆ 9 (8,99 N. m (-,799 µ N)i F total / C )(5 (3,5m) / C )( (,5 m) 9 9 )( C)( 9 9 ) i C) i F + F (,367µ N )i (,799µ N )i (-,43µ N)i

8 Contoh soal Cailah esultan gaa pada muatan µc dalm soal gamba beikut: q q q 3 Solusi Soal F F (9 Nm / C )(4 C)( (,6m) (9 9 Nm / C )( (m ) 6 )( 6 6 ) N ) 8, N F F F F 3 3 (,8 N ) cos 37 (,8 N ) sin 37,4 N dan,4 + 3, dan θ actan F 3,,4 o o,4 N, N, N +, N 3,4 N 66 o

9 Soal Tambahan Muatan q +5nC beada pada titik asal, muatan q -5nC pada sumbu m dan muatan q +nc pada m dan m. Cailah gaa pada q. F total 4,84-7 N θ -34,9 o tehadap sb-. Ilustasi Soal

10 Medan Listik Untuk menghindai kesalahan ang mungkin tejadi dalam konsep gaa maka dipekenalkanlah konsep medan listik. Dimana: F q o ( q kecil) Medan Listik (lanjutan) Hukum Coulomb untuk akibat satu muatan titik. kqi i ˆi i Hukum Coulomb untuk akibat suatu sistem muatan titik. kqi i ˆ i i i

11 Contoh Soal Sebuah muatan positif q +8nC beada pada titik asal dan muatan kedua positif q +nc beada pada sumbu 4m dai titik asal. Cailah medan lisikna di sumbu untuk: P ang bejaak 7m dai titik asal. P ang bejaak 3m dai titik asal. Solusi soal 3 m q P nc q + 8nC + 4 m 7 m P kq kq i ( 8,99 Nm / C )( 8 C) ( 7m) i + (,47N / C) i + (,N / C) i (3,5 N / C) i (di P ) kq kq i ( 8,99 Nm / C )( 8 C) ( 3m) i + (7,99N / C) i (8N / C) i ( N / C) i (di P ) 9 9 ( 8,99 Nm / C )( C) ( 3m) 9 9 ( 8,99 Nm / C )( C) ( m)

12 Quiz di P 3? 3 m q 8nC q nc m Hitunglah nilai di P 3! Beapa besa sudut ang diciptakan esultan di P 3 tehadap sumbu positif. Dipol Listik Dipol listik tejadi jika dua muatan bebeda tanda L dipisahkan oleh - + -q pql +q suatu jaak kecil L. Suatu dipol listik ditandai oleh momen dipol listik p, ang meupakan sebuah vekto ang mempunai aah dai muatan negatif ke positif. pql, untuk gamba katesian diatas maka paqi

13 Geak Muatan Titik di Dalam Medan Listik Muatan titik dalam medan listik akan mengalami gaa q. Sehingga pecepatan patikel dalam medan listik memenuhi: q a m Didapatkan dai: F mekanik F listik Contoh Soal Sebuah elekton ditembakkan memasuki medan listik homogen (N/C)i dengan kecepatan awal v ( 6 m/s)i pada aah medan listik. Beapa jauh elekton akan begeak sebelum akhina behenti? Sebuah elekton ditembakkan kedalam medan listik homogen (-N/C)j dengan kecepatan awal v o ( 6 m/s) tegak luus medan. (a) Bandingkan gaa gavitasi g bekeja pada elekton dgn gaa listikna. (b) Sebeapa jauh elekton dibelokkan setelah menempuh jaak cm pada aah sumbu.

14 Pekejaan umah (P) Soal no.3, 4, 8, 3 dan 4. Buku Tiple Fisika: Untuk Sains dan Teknik Medan Listik Distibusi Muatan Kontinu Sua Dama, M.Sc Depatemen Fisika UI

15 Medan Listik Distibusi Muatan Kontinu Secaa mikoskopis muatan akan telihat tekuantakan, akan tetapi untuk kasus makoskopik muatan mikoskopik tesebut telihat sebagai distibusi ang kontinu. Bebeapa definisi ang dibutuhkan: Q ρ, densitas muatan volume V Q σ, densitas muatan pemukaan A Q λ, densitas muatan linie L pd bisekto dai muatan Gais Hingga d d P d θ ½ L d

16 pd bisekto dai muatan Gais Hingga (lanjutan) k dq kλ d d kλ d Komponen sb : cosθ + L d L tanθ + L sec θ θ d d d d dθ Fomulasi Pesamaan di Batang Hingga dθ / untuk d kλ d cosθdθ L tanθ θ θ kλ θ d cosθdθ θ kλ kλ L sinθ L + ( )

17 Fomulasi Pesamaan di Batang Hingga (lanjutan) Apabila jauh lebih besa daipada L maka L sinθ ;; >> L kλl kq Medan Muatan Gais Tak Hingga kλ Medan Pada Cincin d k dq k dq cosθ k dq ( ) 3 + a ( + a ) kq 3 ( + a ) k ( + a ) 3 k dq dq 3

18 Medan Pada Cakam + + a ada k a ada k d 3 3 ) ( ) ( πσ πσ ( ) k a k da a a k ) ( 3 πσ πσ πσ Fomulasi Medan Pada Cakam + k πσ

19 Quiz. Hitunglah medan total di titik P jika λ,6µc/m, 5m. Fluks Listik (φ) Banakna medan listik ang lewat melalui sebuah bidang luasan. φ Acosθ

20 Contoh Soal Pehatikan medan listik seagam kn/ci. Beapakah fluks ang melewati buju sangka besisi cm pada bidang g sejaja dengan bidang z? Beapakah fluks g melewati buju sangka ini jika nomal tehadap bidangna membentuk sudut 3 o dengan sumbu-. Solusi (a) kn/c A cm cm û z φ. A cosθ φ kn / C φ Nm / C 4 m cos

21 Solusi (lanjutan) (b) A kn/c cm cm û θ z φ. A cosθ φ kn / C φ 3Nm / C 4 m cos3 Hukum Gauss Fluks total ang melewati setiap bagian pemukaan besana adalah 4πk kali muatan total didalam pemukaan itu. φ nda 4πkQ S dalam n.ˆ n da begantung pada selubung gauss.

22 Contoh Soal Kulit bola bejai-jai 6 cm membawa densitas muatan pemukaan seagam σ9 nc/m. Beapakah muatan total pada kulit bola tesebut? Cailah medan listikna pada a. cm, b. 5,9cm, c. 6,cm dan d. cm. Solusi Soal Q σ. A; A 4π 9 4 Q 9 C / m 4π 36 m 3 Q 469,44 C. 4,7 C (a). Muatan di cm adalah. (b). Muatan di 5,9cm adalah. (c). Muatan di 6, cm: 9 9 Nm / C 4,7 C 3 6,5 N / C (6, m) (d). Muatan di cm: 9 9 Nm / C 4,7 C 366,3N / C ( m)

23 di Dekat Bidang Muatan Takhingga σ π σ σ φ k A A Q da n n dalam n total atau di Dekat Muatan Gais Takhingga λ φ L da da Q da n dalam n net k L L λ λ π λ π

24 di Dalam Kulit Muatan Silindis φ φ sehingga net net nda da πl π untuk < di Lua Kulit Muatan Silindis φnet nda da πl σ πl λ φnet πl, dimana σ π sehingga σ atau π λ untuk >

25 Ilustasi Muatan di Silindis Beongga Quiz d L L Dua buah muatan gais seagam ang sama besa dan memiliki panjang L teletak pada sumbu- dan dipisahkan sejauh d sepeti telihat pada gamba. Beapakah gaa ang dikeahkan oleh salah satu muatan gais ini tehadap muatan lainna? Tunjukkan bahwa apabila d>>l gaa ini akan cendeung mendekati hasil ang sudah dipekiakan aitu k( λl) /d.

26 di Dalam Silinde Muatan Padat Takhingga L V L Q dalam net > ' π λ ρ ρπ ρ π φ di Lua Silinde Muatan Padat Takhingga L L L net > λ π ρ ρ ρπ π π φ

27 Ilustasi Muatan di Silinde Muatan Padat di Dalam Kulit Muatan Bola φ net 4π da 4π Q Q > 4π

28 di Lua Kulit Muatan Bola maka net < 4 π φ di Lua & Dalam Bola Padat Bemuatan Q net 4 4 π π φ ( ) Q Q Q V V Q V net 4 ' ' Q ; dalam π π π ρ π φ

29 Ilustasi pada Bola Bemuatan Soal Muatan gais dengan densitas muatan linie λ dan bebentuk bujusangka besisi L teletak pada bidang z dan bepusat dititik asal. Cailah medan listik di sumbu pada jaak ang sembaang, dan bandingkan hasil anda dengan hasil ang dipeoleh untuk medan pada sumbu sebuah cincin bemuatan ang jai-jaina L/ dengan pusat di titik asal dan membawa muatan total ang sama.