BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

dokumen-dokumen yang mirip
Soal dan Solusi Materi Elektrostatika

Hukum Gauss. Pekan #2. Hukum Gauss Pekan #2 1 / 17

I. Pendahuluan Listrik Magnet Listrik berkaitan dengan teknologi modern: komputer, motor dsb. Bukan hanya itu

BAB 16. MEDAN LISTRIK

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

Hukum Gauss. Minggu 3 2 x pertemuan

4.3. MEDAN LISTRIK OLEH DISTRIBUSI MUATAN KONTINYU

BAB I HUKUM COULOMB 1.1 Muatan Listrik

1 Energi Potensial Listrik

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

Hukum Coulomb dan Medan Listrik

MEDAN LISTRIK. Oleh Muatan Kontinu. (Kawat Lurus, Cincin, Pelat)

Listrik Statik. Agus Suroso

Listrik Statik. Agus Suroso

4.4. KERAPATAN FLUKS LISTRIK

Medan Magnet oleh Arus Listrik

Kalkulus Multivariabel I

K 1. h = 0,75 H. y x. O d K 2

BAB 20. KEMAGNETAN Magnet dan Medan Magnet Hubungan Arus Listrik dan Medan Magnet

VEKTOR. Besaran skalar (scalar quantities) : besaran yang hanya mempunyai nilai saja. Contoh: jarak, luas, isi dan waktu.

Dr. Ramadoni Syahputra Jurusan Teknik Elektro FT UMY

Sumber-Sumber Medan Magnetik

ANALISIS VEKTOR. Aljabar Vektor. Operasi vektor

1. (25 poin) Sebuah bola kecil bermassa m ditembakkan dari atas sebuah tembok dengan ketinggian H (jari-jari bola R jauh lebih kecil dibandingkan

Kuis I Elektromagnetika I TT3810

Bab 1 : Skalar dan Vektor

Bab 1 Vektor. A. Pendahuluan

Bab 4 Hukum Gauss. A. Pendahuluan

Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331. Oleh Endi Suhendi 1

Medan Listrik, Potensial Listik dan Kapasitansi. Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

Intensitas spesifik Fluks energi Luminositas Bintang sebagai benda hitam (black body) Kompetensi Dasar: Memahami konsep pancaran benda hitam

SISTEM KOORDINAT VEKTOR. Tri Rahajoeningroem, MT T. Elektro - UNIKOM

PELATIHAN OSN JAKARTA 2016 LISTRIK MAGNET (BAGIAN 1)

dengan vektor tersebut, namun nilai skalarnya satu. Artinya

BEBAN DAN FLUKS ELEKTRIK. Muatan positif dalam kotak menghasilkan fluks listrik luar melalui permukaan kotak.

KINEMATIKA GERAK 1 PERSAMAAN GERAK

Hand Out Fisika II MEDAN LISTRIK. Medan listrik akibat muatan titik Medan listrik akibat muatan kontinu Sistem Dipol Listrik

OLEH: I MADE TISNA SAGITA

9/25/2014. Hukum Gauss. prepared by jimmy hasugian. Fluks Listrik. Hukum Gauss. Fluks Listrik. Hukum Gauss. Aplikasi Hukum Gauss. Aplikasi Hukum Gauss

Soal-Jawab Fisika Teori OSN 2013 Bandung, 4 September 2013

FI2202 Listrik Magnet: Magnetostatika

Saat mempelajari gerak melingkar, kita telah membahas hubungan antara kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) suatu benda

Gaya dan Medan listrik

Teori Relativitas. Mirza Satriawan. December 7, Fluida Ideal dalam Relativitas Khusus. M. Satriawan Teori Relativitas

LATIHAN FISIKA DASAR 2012 LISTRIK STATIS

Medan Magnet 1 MEDAN MAGNET

FISIKA DASAR 2 PERTEMUAN 2 MATERI : POTENSIAL LISTRIK

Gambar 7.1 Sebuah benda bergerak dalam lingkaran yang pusatnya terletak pada garis lurus

Pembahasan Soal SNMPTN 2012 SELEKSI NASIONAL MASUK PERGURUAN TINGGI NEGERI. Disertai TRIK SUPERKILAT dan LOGIKA PRAKTIS.

ANALISA VEKTOR. Skalar dan Vektor

V. Medan Magnet. Ditemukan sebuah kota di Asia Kecil (bernama Magnesia) lebih dahulu dari listrik

Matakuliah : K0014/010 Tahun : 2005 Versi : 0/0. Pertemuan Medan Listrik

Listrik Statik: Muatan, Gaya, Medan

Detektor Medan Magnet Tiga-Sumbu

20 kv TRAFO DISTRIBUSI

BAB 3 DINAMIKA GERAK LURUS

BAB 3 DINAMIKA. Tujuan Pembelajaran. Bab 3 Dinamika

Tujuan. Untuk memahami: 1. Energi Potensial Listrik 2. Potensial Listrik 3. Permukaan Ekuipotensial 4. Tabung Sinar Katoda

LATIHAN UAS 2012 LISTRIK STATIS

Perkuliahan PLPG Fisika tahun D.E Tarigan Drs MSi Jurusan Fisika FPMIPA UPI 1

Absensi/kehadiran minimal 80% dari jumlah pertemuan. Teloransi Keterlambatan 0 menit.

BAB 7 INDUKSI ELEKTROMAGNET

GETARAN DAN GELOMBANG

KINEMATIKA. Fisika. Tim Dosen Fisika 1, ganjil 2016/2017 Program Studi S1 - Teknik Telekomunikasi Fakultas Teknik Elektro - Universitas Telkom

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

Fisika Dasar II Listrik, Magnet, Gelombang dan Fisika Modern

MEDAN LISTRIK OLEH DISTRIBUSI MUATAN. Tri Rahajoeningroem, MT T. Elektro - UNIKOM

Keep running VEKTOR. 3/8/2007 Fisika I 1

KALKULUS MULTIVARIABEL II

B. Pengertian skalar dan vektor Dalam mempelajari dasar-dasar fisika, terdapat beberapa macam kuantitas kelompok besaran yaitu Vektor dan Skalar.

Medan Elektromagnetik 3 SKS. M. Hariansyah Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor

Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331. Oleh Endi Suhendi 1

Dinamika Rotasi, Statika dan Titik Berat 1 MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

MAKALAH FISIKA LANJUT. Medan Magnet yang Ditimbulkan Arus Listrik Gaya Gerak Listrik Induksi

MEDAN LIST S RIK O eh : S b a a b r a Nu N r u oh o m h an a, n M. M Pd

Koordinat Kartesius, Koordinat Tabung & Koordinat Bola. Tim Kalkulus II

a menunjukkan jumlah satuan skala relatif terhadap nol pada sumbu X Gambar 1

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

KUMPULAN SOAL FISIKA KELAS XII

Bagian 7 Koordinat Kutub

Kinematika Gerak KINEMATIKA GERAK. Sumber:

APLIKASI INTEGRAL 1. LUAS DAERAH BIDANG

Magnetostatika. Agus Suroso. Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Institut Teknologi Bandung. 20 Februari 2017

3. ORBIT KEPLERIAN. AS 2201 Mekanika Benda Langit. Monday, February 17,

FT UNIVERSITAS SURABAYA VARIABEL KOMPLEKS SUGATA PIKATAN. Bab V Aplikasi

Fisika Umum Suyoso Kinematika MEKANIKA

Induksi Elektromagnetik

MEDAN DAN GAYA MAGNET

Magnetostatika. Agus Suroso. Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Institut Teknologi Bandung. 23,24 Februari 2016

Gambar (a) Arah medan magnet, (b) Garis-garis medan magnet

Bab 1. Muatan dan Materi. 1.1 Teori Elektromagnetisme Muatan listrik. (ref: Bab 23)

Matematika Teknik Dasar-2 9 Aplikasi Turunan Parsial dan Pengerjaannya Secara Geometri

Hukum Coulomb. Penyelesaian: Kedua muatan dan gambar gaya yang bekerja seperti berikut. (a) F = k = = 2, N. (b) q = Ne N = = 3,

Catatan Kuliah FI2101 Fisika Matematik IA

Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331. Oleh Endi Suhendi 1

BAB II DASAR TEORI 2.1 Konsep Perencanaan 2.2 Motor 2.3 Reducer

DERET FOURIER. n = bilangan asli (1,2,3,4,5,.) L = pertemuan titik. Bilangan-bilangan untuk,,,, disebut koefisien fourier dari f(x) dalam (-L,L)

Massa m Muatan q (±) Menghasilkan: Merasakan: Tinjau juga Dipol p. Menghasilkan: Merasakan:

MAGNETISME (2) Medan Magnet Menghasilkan Listrik

Pengantar KULIAH MEDAN ELEKTROMAGNETIK MATERI I ANALISIS VEKTOR DAN SISTEM KOORDINAT

Transkripsi:

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET Hani Nurbiantoro Santosa, PhD hanisantosa@gmail.com

2 BAB 2 MEDAN LISTRIK DAN HUKUM GAUSS Pendahuluan, Distribusi Muatan Kontinu, Mencari Medan Listrik Menggunakan Integral, Fluks Medan Listrik, Hukum Gauss, Simetri Silinder, Simetri Bola, Simetri Bidang, Hukum Gauss versi Differensial

Pendahuluan 3 Medan listrik akibat satu muatan titik: z E r P E r = Q 4πε 0 r 2 r r dengan r = r R O R +Q y x

Pendahuluan 4

Pendahuluan 5 E

Pendahuluan 6 E

Pendahuluan 7 +2Q Q

Distribusi Muatan Kontinu 8 Kita bisa menghitung medan listrik akibat satu atau beberapa muatan titik. Bagaimana cara menghitung medan listrik akibat distribusi muatan kontinu (muatan yang terdistribusi dalam bentuk bola, kawat lurus, cincin, pelat, dll)? Ada dua cara: Integral (selalu bisa, tetapi perhitungannya kadang rumit) Hukum Gauss (tidak selalu bisa, tetapi perhitungannya sederhana) +

de r = z dq 4πε 0 r 2 r Medan listrik akibat distribusi muatan kontinu: 9 P E r = d 3 R ρ R 4πε 0 r 2 r O r R dq y dq = ρ R d 3 R dimana d 3 R = dx. dy. dz adalah elemen volume di tempat muatan sumber berada. x

Integral 10 Kawat panjang semi infinite memiliki muatan per satuan panjang λ. Hitunglah medan listrik pada titik P. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + E = ds l s de = 1 dq 4πε 0 s 2 = 1 λ. ds 4πε 0 s 2 1 4πε 0 λ. ds s 2 = 1 4πε 0 λ s l l P = 1 4πε 0 λ l Perhatikan: medan de akibat semua elemen ds memiliki arah yang sama, sehingga bisa langsung diintegralkan. de

de z = de cos θ de 11 P θ θ de x Cincin dengan jari-jari R memiliki muatan total Q. Hitunglah medan listrik pada jarak z dari pusat cincin. y z x Perhatikan: medan listrik komponen x dan y dari semua elemen akan saling menghilangkan! ds R + O

Integral 12 de = k dq R 2 + z 2 = k ds 2πR Q 1 R 2 + z 2 ; cos θ = z R 2 + z 2 de z = de cos θ = k ds 2πR Q z R 2 + z 2 3 2 E z = 2πR 0 k Q 2πR z R 2 + z 2 3 2 ds = kqz R 2 + z 2 3 2

Integral 13 Kawat panjang infinite memiliki muatan per satuan panjang λ. Hitunglah medan listrik pada jarak r dari kawat. de θ de y = de cos θ y de x = de sin θ P θ r + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Perhatikan: komponen medan de x (sejajar kawat) akibat semua elemen akan saling menghilangkan, sehingga hanya komponen medan de y (tegak lurus kawat) yang tersisa. x dx x

Integral 14 de = k dq r 2 + x 2 = kλ dx r 2 + x 2 ; cos θ = r de y = de cos θ = E y = kλr x 2 + r 2 kλr dx x 2 + r 2 3 2 3 2 dx = r 2 + x 2 Jika Anda kesulitan mengerjakan integral di atas, cobalah melakukan substitusi x = r tan θ. Pada akhirnya, Anda akan mendapatkan: E y = λ 2πrε 0

Fluks Medan Listrik 15 Fluks medan listrik didefinisikan sebagai banyaknya garis medan listrik yang menembus suatu permukaan. A adalah vektor luas: arahnya tegak lurus permukaan, dan besarnya sama dengan luas permukaan. E adalah medan listrik. θ A φ E = E A = EA cos θ E

Fluks Medan Listrik 16 A A A θ E E E θ = 0 φ E = EA cos 0 = EA Fluks maksimum θ 0 φ E = EA cos θ θ = 90 φ E = EA cos 90 = 0 Fluks nol (tidak ada garis medan yang menembus permukaan)

Fluks Medan Listrik 17 A A E θ θ A θ E E A φ = A E cos θ = AE Fluks = luas permukaan dikali komponen medan yang tegak lurus permukaan φ = E A cos θ = EA Fluks = medan dikali luas permukaan yang tegak lurus medan

Fluks Medan Listrik 18 Untuk permukaan tertutup, vektor luas mengarah tegak lurus keluar. A 2 A 3 A 1 A 5 A 4

Fluks Medan Listrik 19 φ 3 = EA 3 cos 0 = EA 3 (keluar permukaan) A 2 φ 2 = EA 2 cos 90 = 0 A 3 E A 1 φ 1 = EA 1 cos 180 = EA 1 (masuk permukaan) A 5 A 4 φ 4 = EA 4 cos 90 = 0

Fluks Medan Listrik 20 Untuk medan listrik yang berubah-ubah dan/atau permukaan yang tidak beraturan, kita harus memakai integral: φ E = E d A

Hukum Gauss 21 Fluks medan listrik total yang melewati suatu permukaan tertutup (permukaan Gauss) sebanding dengan muatan total yang terbungkus : φ tot = E d A = q in ε 0

z R dθ 22 da = R 2 sin θ dθ dφ θ dω = da = sin θ dθ dφ R2 R φ dφ y x

dω = sin θ dθ dφ ds cos α = da = r 2 dω d S E 23 dφ = E d S = E ds cos α = Q ds cos α 4πε 0 r 2 = Q 4πε 0 dω ds α α da = r 2 dω Perhatikan bahwa dφ hanya bergantung pada dω! Integralkan hasil di atas untuk semua arah pada permukaan Gauss menghasilkan: r dω φ = dφ = Q 4πε 0 dω = Q ε 0 +Q

Hukum Gauss 24 E +Q Ω φ 1 = d A 1 d A 2 Q 4πε 0 ΔΩ 1 φ 2 = + 2 Q 4πε 0 ΔΩ φ tot = φ 1 + φ 2 = 0!!

Hukum Gauss 25 S 1 φ 1 = 0 S 4 φ 2 = 0 S 3 φ 3 = q ε 0 S 2 φ 4 = +q ε 0

Hukum Gauss 26 Pada umumnya, Hukum Gauss bisa digunakan untuk mencari medan listrik dalam situasi-situasi berikut ini: Simetri silinder (contoh: kawat panjang infinite) Simetri bidang (contoh: bidang datar infinite) Simetri bola (contoh: muatan titik) Langkah-langkah dalam menggunakan Hukum Gauss: Carilah arah medan listrik di tiap-tiap titik menggunakan logika atau prinsip simetri. Buatlah permukaan Gauss yang sesuai dengan simetrinya. Pastikan bahwa E d A pada permukaan tersebut mudah dihitung. Hitunglah fluks medan listrik pada permukaan tersebut.

Simetri Silinder y 27 E E x + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Kawat panjang infinite bermuatan λ per satuan panjang. Arah medan listrik tegak lurus kawat.

Simetri Silinder 28 Kita juga bisa menentukan bahwa arah medan listrik tegak lurus kawat menggunakan prinsip simetri sebagai berikut. Misalnya arah medan listrik sejajar kawat ke kanan (sumbu x positif). Jika ini benar, sesudah kawatnya kita putar 180 terhadap sumbu y, arah medan listrik akan berubah ke kiri. Tetapi hal ini tidak masuk akal! Sesudah kawat diputar 180 terhadap sumbu y, kawat tetap sama seperti sebelumnya: tidak ada yang berubah dari posisi, orientasi, atau muatannya. Jadi, tidak masuk akal kalau sekarang arah medan berubah ke kiri! Oleh karena itu, kesimpulan yang masuk akal adalah arah medan pasti tegak lurus kawat.

Buatlah permukaan Gauss berbentuk silinder: φ a = E A a = 0 E 29 φ t = E A t = 0 A a A t h r 0 0 d A s φ s = E d A s = 2πrhE φ tot = φ a + φ s + φ t = φ s φ tot = φ s = q in ε 0 2πrhE = λh ε 0 E = λ 2πrε 0

Simetri Bidang 30 Pelat infinite dengan muatan per satuan luas σ. Kita bisa menggunakan logika atau prinsip simetri untuk menentukan bahwa arah medan listrik tegak lurus pelat.

Buatlah permukaan Gauss berbentuk silinder atau balok yang menembus pelat: 31 φ a = E A a = EA φ t = E A t = EA a s t φ s = E d A s = 0 φ tot = φ a + φ t = 2EA φ tot = q in ε 0 2EA = Aσ ε 0 E = σ 2ε 0

Simetri Bola 32 r q d A E Arah medan listrik dan arah d A radial keluar. Buatlah permukaan Gauss berbentuk bola. φ tot = E d A = q in ε 0 E. 4πr 2 = q ε 0 Muatan titik q. E = q 4πr 2 ε 0