3. Kegiatan Belajar Mean listrik a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran Setelah mempelajari kegiatan belajar 3, iharapkan Ana apat: Menjelaskan hubungan antara kuat mean listrik i suatu titik, gaya interaksi, an besar muatan yang menyebabkan mean listrik i titik tersebut. Menghitung kuat mean listrik i suatu titik apabila iketahui besar muatan listrik penyebab timbulnya mean i titik tersebut, an jarak antara muatan an titik itu. b. Uraian Materi MEDAN LISTRIK Pengertian Mean Listrik Gambar 16 menunjukkan ua buah bena yang bermuatan listrik positif, A an B ; iantara ua bena itu terapat gaya tolak-menolak listrik, F. Seperti halnya gaya gravitasi, gaya ini bekerja paa suatu jarak tertentu an ialami tanpa aanya persinggungan antara A an B. Sekarang apabila bena B tersebut iambil, maka titik i mana bena B tersebut beraa ikatakan beraa alam mean listrik yang isebabkan bena bermuatan positif A. Jai suatu titik ikatakan beraa alam mean listrik apabila suatu bena yang bermuatan listrik itempatkan paa titik tersebut akan mengalami gaya listrik. KUAT MEDAN LISTRIK
Karena gaya aalah suatu besaran vektor, maka mean listrik juga suatu besaran vektor yang mempunyai besar an arah. Apabila paa titik B itempatkan bena bermuatan negatif, misalnya elektron, maka arah mean i titik A an B menjai sebaliknya (berlawanan engan yang aa i gambar), yaitu tarik-menarik. Besarnya mean listrik isebut kuat mean listrik. Kuat mean listrik i suatu titik, E iefinisikan sebagai gaya tiap satuan muatan i titik tersebut. Apabila gaya yang ialami muatan penguji yang itempatkan paa titik tersebut aalah F, maka terapat hubungan: E = F atau apat inyatakan F = E Dalam Sistem Internasional (SI), gaya inyatakan alam satuan Newton (N), an muatan alam satuan coulomb (C), satuan kuat mean listrik aalah Newton per coulomc (N/C). PERHITUNGAN KUAT MEDAN LISTRIK Kuat mean listrik paa suatu titik apat juga ihitung ari hukum Coulomb. Cara ini apat ilakukan apabila besar an keuukan semua muatan yang menyebabkan mean iketahui. Jai untuk mencari kuat mean listrik i titik P yang berjarak ari sebuah muatan titik, maka bayangkanlah i titik P tersebut aa muatan uji yang positif. Gaya paa menurut hukum Coulomb aalah: F = F l = 1 4πε 0 2 l an kuat mean listrik paa titik P aalah:
E = F l = 1 4πε 0 2 Arah mean menjauhi, jika muatan ini positif an menuju, jika muatan negatif. Jika sejumlah muatan titik A, B st, beraa paa jarak A, B st terhaap suatu titik P seperti Gambar 17, maka kuat mean i titik P aalah jumlah vektor ari kuat mean yang isebabkan muatan A, B st, atau jumlah vektor ari EA, EB st. E = EA + EB +. (jumlah vektor) (9) 1 = 4πε + A B E 2 2 0 A B.(Jumlah vektor (10) c. Rangkuman o Suatu titik ikatakan beraa alam mean listrik apabila suatu bena yang bermuatan listrik itempatkan paa titik tersebut akan mengalami gaya listrik. o Kuat mean listrik i suatu titik, E iefinisikan sebagai gaya tiap satuan muatan i titik tersebut. o Secara matematis kuat mean listrik i suatu titik inyatakan alam persamaan: F E = l Dengan F aalah gaya yang ialami oleh muatan penguji yang itempatkan paa titik tersebut.
o Jika sejumlah muatan titik A, B st, beraa paa jarak A, B st terhaap suatu titik P, maka kuat mean i titik P aalah: 1 = 4πε 0 + A B E 2 2 A B.(Jumlah vektor). Tugas 1. Dua buah muatan A an B masing-masing besarnya + μ C an -10 μ C iletakkan terpisah paa jarak cm. Tentukan besar an arah mean listrik paa masing-masing muatan. 2. Tiga buah muatan A, B, an C, masing-masing terletak paa titiktitik suut segitiga sama sisi ABC engan panjang sisi cm. Apabila muatan-muatan A, B, an C masing-masing besarnya + μ C, - μ C, an -10 μ C. Tentukan besar an arah mean listrik paa muatan -10 μ C yang beraa paa titik C. e. Tes Formatif 1. Dua buah muatan ipisahkan paa jarak 3 cm. Bena A memiliki muatan +6 μ C an bena B memiliki muatan +3 μ C. Berapa mean listrik paa bena A? 2. Sebuah bola A engan muatan 6 μ C iletakkan ekat engan ua bola bermuatan lainnya. Bola B engan -3 μ C iletakkan 4 cm i sebelah kanan bola A an bola C engan muatan 1, μ C iletakkan 3 cm lurus i bawah bola A. Tentukan mean listrik bersih paa muatan 6 μ C 3. Muatan-muatan A an B yang besarnya +12 x 10 9 C an 12 x 10 9 C masingmasing itempatkan paa jarak 10 cm, seperti paa Gambar 18. Hitunglah kuat mean listrik karena muatan-muatan tersebut paa titik-titik a, b, an c.
. Tinak Lanjut Bila ana telah menyelesaikan tugas kegiatan III. selanjutnya kerjakanlah tes formatif I. Untuk melihat kebenaran hasil kerja ana, cocokan jawaban anea engan kunci jawaban yang aa paa akhir moul. Jika ana telah mencapai skor i atas 70 maka ana i perkenankan untuk melanjutkan ke moul atau kegiatan II. Jika ana baru mencapai skor 0 70, kerjakan kembali tes formatif paa moul ini. Seangkan bagi ana yang mencapai skor ibawa 0 pelajari kembali seluruh kegiatan paa moul ini Skor = Jumlahsoal Benar JumlahSelu ruhsoal x100
f. Kunci Jawaban 1). Diketahui : A = +6μC B = +3μC Ditanyakan EAB? Strategi AB = +0, 03m Gunakan hukum Coulomb. Jangan gunakan arah ketika menggunakan hukum Coulomb. Arah gaya itentukan oleh iagram. Perhitungan E AB = k A 2 AB 3x10 3x10 6 9 2 2 E AB = 9 x10 Nm C 2 E AB = 9x10 N / C 2). Diketahui A = 6μC B = 3μC C = 1, μc AB = 0, 04m AC = 0, 03m Ditanyakan Strategi EAB =? EAC =? Enet =? C m Menggunakan persamaan kuat mean listrik i suatu titik. Jangan memasukkan arah ketika menggunakan persamaan tersebut (sesuai engan strategi pemecahan masalah) arah mean listrik itentukan oleh iagram. Gunakan fungsi tangen untuk mencari?. Gunakan teori phytagoras untuk mencari Enet
E Perhitungan 6 B 9 2 2 3x10 C E = k = x Nm C AB 9 10 2 2 4x10 m AB E AB = 6,.7x10 N / C, arah ke kanan 6 C 9 2 2 1, x10 C = k = 9 x10 Nm C 2 3x10 m AC AC 2 E AC 4,x10 N / C =, arah ke atas EAB 6,7x10 0 tan θ = = = 1, maka θ = 6,3 E 4,x10 AC 2 2 ( 6,7x10 ) + ( 4,x10 ) 2( 6,7x10 )( 4,x10 ) E net = + 10 E net 11,2x10 N / C =, i atas sumbu x BAB III. EVALUASI A. Tes Tertulis
1. Ketika suatu elektroskop bermuatan, aun-aun elektroskop membuka membentuk suut tertentu an tetap paa suut tersebut. Mengapa aunaun elektroskop tiak membuka lebih lebar? 2. Gunakan batang bermuatan an elektroskop. Bagaimana ana apat menentukan apakah suatu bena merupakan konuktor atau bukan? 3. Batang yang bermuatan ibawa menekat paa tumpukan bola plastik kecil-kecil. Beberapa bola tertarik ke batang, tetapi setelah bola-bola menyentuh batang, mereka segera terbang lepas engan arah yang berbea. Jelaskan. 4. Kilat biasanya terjai ketika muatan negatif i awan meloncat ke bumi. Jika bumi netral, apa yang menyebabkan gaya tarik, yang menarik elektron ke bumi.. Leakan petir yang kuat meminahkan muatan kira-kira 2 C ke bumi. a. Berapa jumlah elektron yang ipinahkan? b. Jika setiap molekul air menyumbangkan satu elektron, berapa masa air yang hilang ari elektron ke kilat? satu mol air memiliki massa 18 gram. B. Tes Praktik 1. Dengan menggunakan alat an bahan: 2 buah penggaris plastik (usahakan relatif baru) 2 buah batang kaca 1 potong kain wol 1 potong kain sutera 1 buah statif benang lakukanlah suatu percobaan untuk memperoleh kesimpulan: muatan yang sejenis tolak-menolak an muatan yang tak sejenis tarik-menarik. 2. Dengan menggunakan alat an bahan: 1 buah penggaris plastik baru 1 potong kain wol 1 buah elektroskop lakukanlah suatu percobaan memuati elektroskop engan cara konuksi an inuksi. Gejala apakah yang ihasilkan ari percobaan tersebut? apa yang terjai apabila penggaris yang telah bermuatan tersebut ijauhkan?
Kunci Jawaban a. Tes Tertulis 1. Daun-aun elektroskop tiak membuka lebih lebar karena paa aun aun elektroskop tersebut tiak aa tambahan muatan yang iberikan. Daunaun elektroskop akan membuka lebih lebar hanya jika muatan paa aunaun tersebut bertambah.
2. Dengan batang bermuatan an elektroskop kita apat menentukan apakah suatu bena merupakan konuktor atau bukan, engan cara menyentuhkan batang bermuatan ke bena kemuian bena yang suah isentuh batang bermuatan tersebut selanjutnya isentuhkan ke kepala elektroskop. Apabila aun-aun elektroskop mengembang, maka bahan tersebut aalah konuktor, namun jika aun-aun elektroskop tiak mengembang berarti bahan tersebut isolator. 3. Batang yang bermuatan ibawa menekat paa tumpukan bola plastik kecil-kecil. Beberapa bola tertarik ke batang, tetapi setelah bola-bola menyentuh batang, mereka segera terbang lepas engan arah yang berbea karena bola-bola yang menyentuh batang tersebut menjai bermuatan karena konuksi, karena muatan bola-bola tersebut sama maka bola-bola saling menolak paa arah yang berlawanan. 4. Kilat biasanya terjai ketika muatan negatif i awan meloncat ke bumi. Jika bumi netral, maka yang menyebabkan gaya tarik, yang menarik elektron ke bumi aalah gaya elektrostatik.. Leakan petir yang kuat meminahkan muatan kira-kira 2 C ke Bumi 2 19 a.jumlah elektron yang ipinahkan aalah = 1x10 elektron 19 1,6 x10 b. Jika setiap molekul air menyumbangkan satu elektron, maka masa air yang hilang ari elektron ke kilat (satu mol air memiliki massa 18 gram) aalah: 19 3 1x 10 x18x10 = 2,7x 10 18