FISIKA 2 (PHYSICS 2) 2 SKS

Transkripsi

1 Lab Elektonika Industi isika SILABI a. Konsep Listik b. Sumbe Daya Listik c. Resistansi dan Resisto d. Kapasistansi dan Kapasito e. Rangkaian Listik Seaah f. Konsep Elekto-Magnetik g. Induktansi dan Indukto h. Rangkaian Listik Bolak-Balik i. Gelombang Elektomagnetik ISIKA (PHYSICS ) SKS KISI-KISI a. Konsep Listik a.1. Muatan listik a.. Elekton a.3. Aus listik b. Sumbe Daya Listik b.1. Listik Seaah b.. Listik bolak-balik b.3. Pembangkit enegi listik c. Resistansi dan Resisto c.1. Efek esistansi suatu kondukto c.. Komponen esisto c.3. Hukum Ohm c.4. Rangkaian esisto. d. Kapasistansi dan Kapasito d.1. Efek Kapasitansi dua kondukto d.. Komponen Kapasito d.3. Rangkaian Kapasito e. Rangkaian Listik Seaah e.1. Hukum Kichoff tentang aus e.. Hukum Kichoff tentang tegangan e.3. Analisis angkaian aus seaah. f. Konsep Elekto-Magnetik f.1. Konsep magnet f.. Elektomagnet g. Induktansi dan Indukto g.1. Efek induktansi g.. Komponen indukto g.3. Tansfomato h. Rangkaian Listik Bolak-Balik h.1. Reaktansi kapasitif h.. Rekatansi induktif h.3. Analisis angkaian aus bolak-balik h.4. Daya listik 1

2 Lab Elektonika Industi isika 1. ISIKA PENDAHULUAN isika adalah matakuliah awal dai angkaian matakuliah yang mempelajai otomasi industi. Matakuliah lanjutan dai isika adalah Mekatonika, Sistem Kendali Industi, Otomasi Industi dan Sistem Manufaktu leksibel. Dalam isika akan dijelaskan mulai dai konsep listik, komponen kapasito, esisto dan indukto, elektomagnetik dan analisis angkaian listik.. MUATAN LISTRIK Pada pecobaan sebuah penggais plastik digosok-gosokan pada kain suta (ambut). Kemudian salah satu ujung penggais itu didekatkan pada potongan-potongan ketas. Tenyata potonganpotongan ketas itu tetaik dan menempel ke ujung penggais plastik. Bagaimana potongan ketas itu bisak menempel ke penggais? enomena fisik sepeti itu kemudian diteangkan dengan konsep listik. Beikutnya pecobaan dilanjutkan dengan benda yang bebeda sepeti pada gamba beikut. Pecobaan dengan dua macam benda yaitu penggais plastik dan batang kaca. Sepeti pada pecobaan sebelumnya kedua jenis benda digosok-gosokkan dulu ke ambut (kain suta). Satu benda kemudian digantung sedang benda lainnya didekatkan. Tenyata tejadi fenomenda fisik sbb: a. Penggais plastik yang didekatkan ke penggais plastik yang digantung akan membuat penggais plastik menjauh. b. Batang kaca didekatkan pada batang kaca yang digantung membuat batang kaca yang digantung menjauh. c. Penggais plastik didekatkan pada batang kaca yang digantung membuat batang kaca mendekat ke penggais plastik. Kejadian di atas bisa diteangkan dengan konsep listik. Penggais plastik dan batang kaca yang telah digosokkan ke ambut akan membuat penggais plastik dan batang kaca bemuatan listik. Ada dua jenis muatan listi sebut sebagai muatan plus (+) dan minus (-). Dai pecobaan kedua didapatkan bahwa muatan yang sejenis akan tolak-menolak sedangkan muatan tak sejenis akan taik-menaik.

3 Lab Elektonika Industi isika 3. ISOLATOR DAN PENGHANTAR LISTRIK (KONDUKTOR) Dua bola plastik yang satu digosok-gosokkan ke ambut sedang yang satunya tidak. Kita sebut saja bola yang petama bemuatan +, sedang bola kedua tidak bemuatan (netal). Kedua bola kemudian dihubungkan dengan benda logam (paku) sepeti gamba (b) di atas. Tenyata sebagian muatan akan bepindah dai bola satu ke bola dua hingga kedua bola bemuatan sama. Tetapi pada pecobaan lain kedua bola dihubungkan dengan kayu sepeti gamba (c) di atas. Dan tenyata pada pecobaan ini muatan kedua bola adalah tetap (tidak ada muatan listik yang bepindah). Kesimpulan dai pecobaan ini adalah benda-benda logam dapat menghantakan muatan listik sehingga disebut penghanta (kondukto) sedang benda sepeti kayu, kaet, plastik dll tidak bisa menghantakan listik atau isolato. 4. HUKUM COULOMB isikawan Peancis yang benama Chales Coulomb tahun 1780 meneliti besanya gaya yang tejada pada muatan listik dan menemukan hukum Coulomb. Besanya gaya listik yang tejadi antaa dua muatan listik adalah sebanding dengan besa muatan dan bebanding tebalik dengan kuadat jaak antaa kedua muatan atau secaa matematis ditulis Q Q k 1 Q 1, Q muatan satu (satuan Coulomb) jaak dua muatan (satuan mete) k konstanta 9x10 9 Nm /C Gaya listik adalah besaan vekto sehingga mempunyai besa dan aah. Aah gaya listik tesebut adalah sepajang gais yang menghubungkan kedua muatan tesebut. Muatan listik tekecil dimiliki oleh sebuah elekton yang mempunyai muatan minus (-) sebesa, e 1,60 x 10 9 C Muatan pada elekton adalah paling kecil, sedang muatan benda-banda lain adalah kelipatan bulat dai muatan elekton ini. Sehingga muatan elekton seing disebut sebagai muatan elemente. Contoh 1. Tiga muatan Q1, Q dan Q3 yang teletak sepeti gamba di bawah. Hitung masing-masing gaya yang tejadi pada ketiga muatan tesebut dan tentukan aahnya pula. Jawab: Pada Q1 tedapat gaya 1 dan 13, pada Q tedapat gaya 1 dan 3, dan pada Q3 tedapat gaya 31 dan 3. 3

4 Lab Elektonika Industi isika Aah gaya-gaya yang tejadi sepeti gamba di bawah, 1 dan 1 besanya sama hanya aahnya yang belawanan. Demikian pula 13 dan 31 seta 3 dan 3. Gaya itu kaena Hk. Newton tentang aksi-eaksi. Untuk menghitung besa dan aah dai semua gaya, masing-masing gaya diuai dulu menjadi komponen gaya hoizontal (x) dan komponen gaya vetikal (y), sepeti gamba beikut, dimana: 1y 1 13x 13 3x 3 cos θ 1 3y 3 sin θ 1 θ 1 ac cos (4/5) 36, Q1Q k 1 Q1Q k 13 QQ k (3.10 ) (4.10 ) (5.10 ) 50N 5N 180N 4

5 Lab Elektonika Industi isika Gaya di Q1 adalah 1y 1 50N 13x 13 5N 1 θ tan 1 y + 1 y 13x 13x tan ,34N 0 Gaya di Q adalah 1y 1 50N 3y 3 sin sin N 3x 3 cos cos N x 3x 144N y 1y 3y 50N 108N 14N θ tan x + y x y tan , ,4N 0 Gaya di Q3 adalah 3x 31x + 3x cos cos N 3y 3y 108N 3 θ tan 3x + 3y 3x 3y tan , ,48N 0 5

6 Lab Elektonika Industi isika 5. MEDAN LISTRIK Menghitung gaya listik adalah hal yang sulit apalagi jika muatan titik tesebut bejumlah sangat banyak. Kaena itu ilmuwan Inggis, Michael aaday, membuat konsep medan listik (E) untuk mempemudah pemahaman dan penghitungan. Apabila tedapat muatan listik pada suatu uang, maka disekita muatan tesebut akan muncul medan listik yang kelua dai setiap muatan dan teseba keseluuh uang. Jika kemudian ada muatan lagi (P) yang didekatkan pada muatan yang telah ada di uang, muatan P itu akan measakan gaya yang disebabkan oleh medan listik di uang itu. Dengan demikian kita bisa menghitung kuat medan listik (dan gaya) pada muatan P itu dengan lebih mudah. Kemudian muatan P itu ditentukan sebesa q positif (yang kecil) yang disebut muatan uji. Medan listik E bisa didefinisikan sebagai gaya yang dibeikan pada muatan uji positif pada titik itu dibagi dengan besa muatan uji tesebut. Atau, E q k Q E adalah juga besaan vekto dimana besa adalah /q sedang aahnya sama dengan aah vekto. Medan listik total E yang disebabkan oleh banyak medan listik individual (E 1, E,... ) adalah jumlahan vekto dai setiap medan listik individual tesebut (pinsip supeposisi). E E E Medan listik (demikian juga gaya listik) dapat digambakan dengan gais-gais medan (gaya) listik, dimana: a. Gais-gais itu kelua dai muatan positif menuju ke muatan negatif. b. Gais-gais itu tidak teputus c. Antaa dua gais tidak penah bepotongan d. Aah gais medan listik juga menunjukkan aah gaya listik e. Besa kecil kuat medan listik (gaya listik) sebanding dengan jumlah gais pe satuan luas (keapatan gais pe satuan luas) 6

7 Lab Elektonika Industi isika Contoh. Dua muatan listik sebesa -5uC dan +50uC tepisah dengan jaak 10cm. a. Hitung besa dan aah medan listik di titik P yang teletak diantaa dua muatan itu dengan jaak cm dai muatan negatif dan 8cm dai muatan positif. b. Jika sebuah elekton kemudian diletakkan di titik P, hitung besa dan aah pecepatan elekton tesebut pada saat awal. Jawab. Q Q a. E P E1 + E k + k ,3.10 N / C 1 + (.10 ) (8.10 ) b qe (1,6.10 C)(6,3.10 N / C) a 1, m m 9,1.10 kg 0 m / s Latihan. 1. Mesin fotokopi elektostatik bekeja dengan memilih dan menyusun muatan-muatan positif (sesuai pola/gamba yang akan dikopi) pada pemukaan dum yang tidak menghanta, kemudian dengan lembut menebakan patikel tone (tinta) keing yang bemuatan negatif pada dum. Patikel-patikel tone untuk sementaa melekat pada pola/gamba di dum dan kemudian dipindahkan ke ketas untuk kemudian dilelehkan sehingga menghasilkan kopi dai pola. Misalkan setiap patikel tone memiliki massa 9, kg dan membawa muatan ata-ata 0 elekton untuk menyediakan muatan listik. Jika gaya listik haus dua kali lebih besa dai beat tiap patikel tone aga tone bisa menempel baik pada dum, hitung kuat medan listik yang dibutuhkan di pemukaan dum.. Hitung besa dan aah kuat medan listik dititik A dan titik B sepeti pada gamba di bawah ini, 7