MATA KULIAH KOD MK Dosen : FISIKA DASAR II : L-1 : D. Budi Mulyanti, MSi Petemuan ke- CAKUPAN MATRI 1. MDAN LISTRIK. INTNSITAS/ KUAT MDAN LISTRIK 3. GARIS GAYA DAN FLUKS LISTRIK SUMBR-SUMBR: 1. Fedeick Bueche & David L. Wallach, Technical Physics, 1994, New Yok, John Wiley & Sons, Inc. Tiple, Fisika Untuk sains dan Teknik (tejemah oleh Bambang Soegijono), Jakata, Penebit langga, 1991 3. Gancoli Douglas C, Fisika (tejemah), 001, Penebit langga, disi 5. 4. Seas & Zemansky, Fisika Untuk Univesitas 3 (Optika & Fisika Moden), 1991, Jakata-New Yok, Yayasan Dana Buku Indonesia 5. Fedeick J. Bueche, Sei Buku Schaum Fisika, 1989, Jakata, Penebit langga 6. Halliday & Resnick, Fisika, 1990, Jakata, Penebit langga 7. Sutisno, Sei Fisika Dasa (Fisika Moden), 1989, Bandung, Penebit ITB 1.3. MDAN LISTRIK
Medan listik dikatakan ada di sebuah titik jika ada gaya elektostatik yang dialami oleh benda bemuatan yang ditempatkan di titik tesebut. Benda bemuatan tesebut disebut sebagai muatan uji. Intensitas listik di sebuah titik didefinisikan sebagai hasil bagi antaa gaya F yang bekeja pada muatan uji positif dengan jumlah muatan q' pada muatan uji tesebut. Secaa matematis : F = kaena muatan q' positif maka seaah F q Jika digunakan muatan uji negatif maka belawanan aah dengan F Istilah lain intensitas listik adalah kuat medan listik dan intensitas medan listik. Satuan intensitas listik dalam SI adalah NC -1 atau V/m Kaena jika muatan q cukup besa maka akan mempengauhi kesimetian muatan sumbe sehingga bepengauh tehadap kuantitas yang akan diuku. F Definisi yang tepat untuk intensitas listik: = lim q ' 0 q 1.4 INTNSITAS/ KUAT MDAN LISTRIK Pehitungan Intensitas Medan Listik Untuk menghitung listik di suatu titik dapat digunakan hukum Coulomb jika besa dan posisi semua muatan yang menimbulkan medan diketahui. Misalkan : 1 Q 3 3 Q 3 1 Q 1 Gamba. Tiga buah muatan sumbe Q 1, Q dan Q 3 yang bekeja pada muatan uji Q dimana aah vekto 1, dan 3 dai muatan sumbe ke muatan uji. Secaa Umum:
Vekto posisi adalah dai muatan sumbe menuju ke muatan uji. Jika muatan sumbe + aah medan seaah (menjauhi sumbe) Jika muatan sumbe - aah medan belawanan aah dengan (menuju sumbe) Intensitas medan listik total: = + +... tot 1 3 + qˆ Secaa umum: tot = k (penjumlahan vekto) Pada umumnya medan listik tidak disebabkan oleh muatan-muatan titik, namun oleh muatan yang tedistibusi ke seluuh pemukaan volume/gais. Sehingga intensitas listik dihitung dengan mengandaikan kondukto yang tebagi atas elenen kecil Δ q. Untuk Δq 0, maka: Medan Dipole tot k dq ˆ = Pasangan muatan titik yang sama besa dan belawanan tanda yang dipisahkan oleh vekto sejauh l disebut dipol listik. Pada bebeapa molekul, pusat muatan positip tidak beimpit dengan pusat muatan negatif walaupun tidak ada medan listik lua. Molekul yang sedemikian disebut molekul pola. Molekul pola ini memiliki momen dipol pemanen p, yaitu: p v = ql. Jika suatu molekul pola ditempatkan di dalam medan listik homogen, akan ada gaya total yang bekeja padanya. Tetapi akan ada momen yang mengaahkan molekul untuk beputa sehingga dipol mengaah sejaja dengan medan listik. Gamba: Suatu dipole listik dalam medan listik homogen
Kita peoleh toka τ yang dihasilkan oleh dua buah gaya yang belawanan aah, yang disebut kopel, adalah sama di setiap titik dalam uang. Dai Gamba kita lihat bahwa toka pada muatan negatif mempunyai haga F 1l sinθ = ql sinθ = p sinθ atau penulisan secaa vekto adalah τ = p. Toka ini dapat ditulis dengan lebih baik sebagai pekalian silang momen dipol p dengan medan listik. Aah dai toka menuju ke ketas sedemikian upa sehingga toka memuta momen dipol ke aah medan listik. Jika dipol beputa melalui sudut dθ medan listik melakukan keja: dw = τd θ = psinθdθ tanda minus menunjukkan toka yang cendeung menuunkan q. Dengan memnbuat keja ini menuunkan enegi potensial akan kita peoleh: du = dw = + psinθdθ Dengan integasi dipeoleh: U = p cosθ + U 0 Dengan mengambil enegi potensial nol, maka: U = p cos θ = p Satuan momen dipol atom atau molekul adalah muatan dasa e dilakikan jaak (misalkan e.nm) Contoh: Suatu dipol dengan momen sebesa 0,0 e.nm beada di dalam medan listik homogen yang besanya 3x10 3 N/C seta membentuk sudut 0o tehadap aah medan listik. Tentukan: a. Besa toka pada dipol dan b. negi potensial sistem. Jawab: a. 7 τ = p sinθ = 3,8 10 Nm 7 b. U = p cosθ = 9,0 10 J
1.5. GARIS-GARIS GAYA DAN FLUKS LISTRIK Gamba: Gais gaya dan intensitas medan listik di titik P dan Q Gais gaya ialah gais khayal (imajine) dimana aah tangennya, di sembaang titik adalah aah medan di titik yang besebeangan. Setiap gais gaya dalam medan elektostatik meupakan gais tak putus-putus yang beawal dai muatan + dan beakhi di muatan -. Gais-gais gaya tak ada yang bepotongan kaena hanya satu gais gaya untuk tiap titik medan esultan. Jumlah gais gaya pe satuan luas yang melewati sebuah pemukaan (yang tegak luus aah medan) sebanding dengan intensitas listik di setiap titik. FLUX LISTRIK Φ Fluks listik Φ dikatakan + (positif) jika gais-gais gaya kelua dan suatu pemukaan tetutup dan (negatif) jika menuju ke dalam pemukaan. Flux didefinisikan sebagai integal pemukaan dai komponen nomal intensitas listik pada seluuh pemukaan tetutup. Φ = ds S
SOAL-SOAL 1. Sebuah benda kecil yang muatannya -5x10-9 C mengalami gaya ke bawah sebesa 0x10-9 N bila diletakkan di suatu titik tetentu dalam sebuah medan listik. a) Beapa intensitas listik pada titik tesebut? b) Beapa besa dan aah gaya yang bekeja tehadap elekton yang ditempatkan di titik tesebut?. Dalam suatu sistem koodinasi catisian, sebuah muatan sebesa 5 x10-9 C ditempatkan di titik pusat koodinat dan sebuah muatan sebesa -10x10-9 C di tempatkan di titik A (6,0). Beapakah imtensitas listik di titik B (3,0)? 3. Dua buah muatan masing-masing sebesa 4,0 x10-9 C beada pad sumbu-x. Satu teletak pada x=0 dan satu lagi pada x=8 nm. Tentukan medan listik di (a) x=- nm dan (b) x= 10 nm. 4. Dua buah muatan +q dan +q dipisahkan oleh jaak yang sangat dekat. Gambakan gaisgais gaya untuk system muatan tesebut. 5. Tiga muatan titik masing-masing besanya +Q diletakkan pada titik-titk sudut segitiga sama sisi. Gambakan gais-gais gaya pada sistem tesebut. 6. Dua buah muatan titik q 1 = +,0 pc dan q 1 = -,0 pc dipisahkan dengan jaak 4 μm. (a) Beapakah momen dipole dai pasangan muatan tesebut (b) Gambakan dipole tesebut vdan tunjukkan aah dai momen dipolenya.