BAB I Muatan Listrik dan Hukum Coulomb

Transkripsi

1 BAB I Muatan Listrik dan Hukum Coulomb

2 Materi Fisika Terapan Listrik statis Medan listrik potensial listrik Arus listrik Rangkaian Listrik Medan Magnet Gaya gerak Listrik Induksi Induktansi Arus Bolak Balik

3 Kenapa belajar Fisika Terapan Fisika merupakan ilmu fundamental yang mendasari ilmu keteknikan. Aplikasi ilmu fisika dalam dunia industri sangat luas : kelistrikan, mekanika, IT, dll. Dasar untuk belajar Mekanika Teknik.

4 Muatan Listrik dan Hukum Coulomb Muatan Listrik Konduktor dan Isolator Hukum Coulomb

5 MUATAN LISTRIK

6 MUATAN LISTRIK Percobaan : Gosokkan penggaris plastik dengan kain kemudian taruh diatas serpihan kertas

7 MUATAN LISTRIK Percobaan : 1. Batang plastik digosok bulu binatang / rambut 2. Batang gelas/kaca digosok kain

8 MUATAN LISTRIK Ketika kita menggosok batang plastik dengan bulu, atau batang gelas dengan kain, batang menjadi bermuatan. Benjamin Franklin : secara normal setiap benda memiliki sejumlah muatan listrik dan jika kedua benda digosok bersama, sebagian muatan akan berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Jenis muatan Muatan positif Muatan negatif

9 MUATAN LISTRIK Batang plastik bermuatan negatif karena menerima muatan negatif dari bulu dan memberikan muatan positif ke bulu dalam jumlah yg sama. Batang gelas bermuatan positif karena menerima muatan positif dari kain, dan kain menerima muatan negatif dalam jumlah yg sama.

10 MUATAN LISTRIK Dua benda yang bermuatan sejenis akan tolak-menolak, dan dua benda yang membawa muatan berlawanan jenis akan tarikmenarik.

11 MUATAN LISTRIK Apakah anda bisa menjelaskan kenapa terjadi hal ini?

12 MUATAN LISTRIK Pada atom, Pembawa muatan negatif = elektron Pembawa muatan positif = proton Netral = neutron Pada batang gelas yang digosok kain, elektron berpindah dari gelas ke kain.

13 MUATAN LISTRIK Jumlah proton = nomor atom = jumlah elektron Massa proton = 2000 kali massa elektron Muatan proton dan elektron sama besar dan berlawanan tanda Muatan proton = e, muatan elektron = -e, dimana e = satuan dasar muatan Muatan bersifat terkuantisasi (diskrit), dengan Q = ±Ne, dan N = bilangan bulat. Muatan listrik di alam selalu kekal.

14 MUATAN LISTRIK Sifat2 muatan listrik : Terdapat dua jenis muatan Muatan positip Muatan negatip Antar muatan listrik terjadi interaksi Muatan sejenis tolak-menolak Muatan tak sejenis tarik-menarik Muatan listrik selalu kekal Muatan listrik adalah diskrit

15 MUATAN LISTRIK Satuan muatan (SI) = coulomb Coulomb (C) = jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang dalam waktu satu detik jika besar arus dalam kawat adalah 1 ampere. e = 1,60 x C

16 MUATAN LISTRIK Contoh Soal : Sebuah tembaga (Cu) mempunyai massa 3,10 gram. Nomor atom tembaga adalah Z = 29, dan nomor massanya 63,5 g/mol. Berapa jumlah muatan total elektron di dalam uang tembaga tersebut? Bilangan avogadro (na) = 6,02 x atom/mol

17 Jawaban Contoh Soal MUATAN LISTRIK

18 Konduktor dan Isolator Konduktor Partikel pembawa muatan listrik (elektron) di dalamnya mudah bergerak Contoh : logam Isolator Partikel pembawa muatan listrik (elektron) di dalamnya tidak bebas bergerak Contoh : kayu

19 Konduktor dan Isolator Pemberian muatan pada suatu konduktor dilakukan dengan induksi elektrostatis / pemuatan dengan cara konduksi / induksi Cara konduksi :

20 Konduktor dan Isolator Induksi elektrostatis

21 Hukum Coulomb Dua muatan listrik yang sejenis tolak-menolak dan tidak sejenis tarik menarik. Ini berarti bahwa antara dua muatan terjadi gaya listrik. Bagaimanakah pengaruh besar muatan dan jarak antara kedua muatan terhadap besarnya gaya listrik ini? Hubungan gaya listrik antara dua bola bermuatan terhadap jarak antara keduanya, pertama kali diselidiki oleh seorang ilmuawan berkebangsaan perancis bernama Charles Coulomb pada tahun Dalam percobaannya dia menggunakan sebuah neraca puntir.

22 Hukum Coulomb Dari percobaanya, Coulomb menyimpulkan : Besar gaya tarik atau gaya tolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatanmuatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar kedua muatan.

23 Hukum Coulomb Contoh Soal : Dalam sebuah atom hidrogen, elektron terpisah dari proton sejauh 5,3 x m. Hitung besar gaya tarik menarik antara proton dan elektron.

24 Hukum Coulomb Jawaban Contoh Soal :

25 Hukum Coulomb Soal : (1) Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05x10-6 C, dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah : (a) Besar gaya satu muatan terhadap muatan lainnya (b) Jumlah elektron pada tiap muatan titik

26 Besar gaya interaksi antara dua muatan : Bagaimana arahnya? HUKUM COULOMB q q F 21 k ˆr 2 r21 q1q2 F 12 k ˆr 2 r 1 2 Gaya pada q 1 oleh q 2 : 21 Gaya pada q 2 oleh q 1 : 12 q q F k r ˆr q 2 q 1 12 r 21 r 12 F 12 F 21 ˆr Vektor Satuan Arah gaya interaksi tergantung pada jenis muatan yang berinteraksi! rˆ r 21 ˆ12 Gaya pada q 2 oleh q 1 F 12 F 21 ˆr 21 F21 12 ˆr 12 +q 2 -q 1 r F 21 r 12 ˆr 21 ˆr 12 -q 2 -q 1 r 21 r 12 ˆr 21 ˆr 12 +q 2 +q 1 21 r 12 Gaya pada q 1 oleh q 2 F 12 r F21

27 Hukum Coulomb Soal (2) Tiga muatan titik terletak pada sumbu x. q 1 = 25 nc terletak pada titik asal, q 2 = -10 nc terletak pada x = 2m, q 0 = 20 nc terletak pada x = 3,5 m. Carilah gaya total pada q 0 akibat q 1 dan q 2.

28

29 Bagaimana interaksinya jika terdapat lebih dari dua muatan tidak dalam garis lurus? PRINSIP SUPERPOSISI Gaya pada salah satu muatan merupakan jumlah vektor gaya yang terjadi karena pengaruh masing-masing muatan yang lain. +q 2 -q 1 F 32 F 3 F 31 F 32 F 3 F F32 2F31F32 cos F 3 q3q1 -q 3 k 31 2 r31 q3q F F32 k 2 r 32 2 Untuk N buah muatan, Gaya pada muatan ke k : F 31 F k N i 1, i k F ki

30 Hukum Coulomb Soal (3)Tiga muatan: q 1 = +25 nc terletak pada titik asal, q 2 = -15 nc terletak pada x = 2m, q 0 = +20 nc terletak pada x = 2m, y=2 m. Carilah gaya total pada q 0 akibat q 1 dan q 2.