Upload
twisy-pinontoan
View
1.084
Download
147
Embed Size (px)
Citation preview
Listrik Statis
Nama Kelompok 4:Twice PinontoanAprilia Sumilat Faradila LumintangAndrew MundungElia TampiFindy Tandaju
XII IPA 3FISIKA
STANDAR KOMPETENSI :Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai
penyelesaian masalah dan produk teknologi
KOMPETENSI DASAR :Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik, serta penerapannya pada keping
sejajar.
TUJUAN PEMBELAJARAN:Setelah mempelajari materi ini, diharapkan siswa mampu:
1. Mendeskripsikan gaya elektrostatis (hukum Coulomb) pada muatan titik.
2. Mengaplikasikan hukum coulomb dan gauss untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinus.
3. Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik.
4. Memformulasikan prinsip kerja kapasitor keiping sejajar.
LISTRIK STATIS
Gaya Elektrostatis
Medan Listrik
Hukum Gauss
Potensial Listrik
Kapasitor Keping Sejajar
Rangkaian Kapasitor
Listrik StatisListrik statis adalah ketidakseimbangan listrik dalam atau pada permukaan benda.
Contoh fenomena listrik statis :• Batang karet, kaca, atau penggaris plastik, digosok
dengan sepotong kain• menyisir rambut kering dengan sisir plastik• menyetrika baju nilon• dll
GAYA ELEKTROSTATIS
Gaya yang timbul pada dua benda yang memiliki muatan listrik statik. Jika muatanya sama atau sejenis maka akan saling menolak sementara jika muatannya berlawanan jenis maka akan saling menarik.
Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Coloumb
Sehingga hukum coloumb dapat dirumuskan menjadi :
Keterangan :F = gaya Coulomb (N)q1,q2 = muatan masing-masing partikel (C)r = jarak antara kedua muatan (m)ε0 = permitivitas ruang hampa/vakum
8,85 x 10-12 C2/Nm2
k = konstanta pembanding 9 x 109 C2/Nm2
atau
Contoh Soal :Di udara terdapat dua buah muatan 10 μC dan 40 μC terpisah dalam jarak 20 cm. Tentukan:
a. berapakah besar gaya interaksi kedua muatan tersebut.
b. Apabila kedua muatan ditempatkan di suatu medium yang
konstanta dielektrikumnya 3. Berapakah gaya yang dialami
oleh muatan 40 μC ?
Penyelesaian:Diketahui: b.
Ditanya: A;B = N?Jawab: a.
*Dua buah benda masing masing bermuatan listrik 3µC dan –2 µC yang terpisah sejauh 10 cm bila ketetapan coulomb 9.109 N m2/C2 berapakah besar gaya tarik antara kedua muatan ?
221.
RQQkF
)0001,0(10.2.10.3/10.9 2
66229
mCCCNmF
24
66229
1010.2.10.3/10.9
mCCCNmF
F = 540 N
Catatan
Ubah satuan – satuan besaran yang ada kedalan satuan SI
μC = 10 –6 C
cm =10 –2 m
Contoh Soal
Penyelesaian : Diketahui: Q1 = 3µC
Q2 = –2 µCk = 9.109 N m2/C2
r2 = 10 cm = 10 -2 m = 0,01m2
Jawab:
MEDAN LISTRIKMedan listrik adalah ruang di sekitar muatan listrik yang apabila ada muatan lain maka akan mengalami Gaya Listrik (Gaya Coulomb)
Medan Listrik di sekitar dua muatan listrik• Medan listrik diantara dua
muatan positif
Di titik C tidak ada medan listrik
• Medan listrik diantara muatan positif dan muatan negatif
Kuat medan listrik yang paling besar terletak di antara muatan listrik
Persamaan:
qFE
Keterangan: E = kuat medan listrik N/c
q = muatan listrik yg mengalami gaya listrik statis ( C)
F = Gaya listrik statis pada muatan q ( N).
=q
E = k
Q
r 2
r = jarak suatu titik dari sebuah partikel (m)
Arah Kuat Medan Listrik searah dan berhimpit dengan gaya listrik statis yang dialami oleh partikel yang bermuatan listrik positif. Serta negatif
Contoh Soal
Contoh Soal
HUKUM GAUSS*Pengertian:
Fluks listrik merupakan ukuran yang menyatakan jumlah garis medan listrik yang menembus suatu permukaan.
φ = EA Keterangan :φ = fluks listrik (Nm2/C
atau weber)E = kuat medan listrik
(N/C)A = Luas bidang (m2)
*Persamaan:
Hukum Gauss“Jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”
Karl Friedrich Gauss
(1777–1866)
φ = q εo
Keterangan :εo = permitivitas
ruang hampa / vakum ( 8,85 x 10-12 C2/Nm2)
1. Jarak dua muatan A dan B adalah 3 meter. Titik O berada di antara kedua muatan berjarak 2 meter dari muatan B. qA = 300 μC dan qB = 600 μC. k = 9 × 109 N m2 C–2. Kuat medan listrik di titik O pengaruh muatan qA dan qB adalah…
Diket : qA = 300 μC qB = 600 μC k = 9 × 109 N m2 C–2Dit : E dititik O ?Jawab : Kuat medan resultan :E = EA + EBE = (2700 x 103 N/C) + (5400 x 103 N/C)E = 8100 x 103 N/CE = 81 x 105 N/C
Contoh Soal
Contoh Soal
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan tiga buah plastik bermuatan dan sebuah koin netral (tidak bermuatan). q1 = 3.1 nC, q2 = -5.9 nC dan q3 = -3.1 nC. Tentukan jumlah fluks yang menembus permukaan S1 dan S2
Jawab :
CNm670
10x85,810x)1,39,51,3(qqq
CNm350
NmCC
10x85,810x1,3q
2
12
9
o
321S
2
2
212
9
o
1S
2
1
Diketahui: q1 = 3.1 nCq2 = -5.9 nCq3 = -3.1 nC
Ditanya: S1 dan S2 ?
Penyelesaian:
POTENSIAL LISTRIK*Pengertian dan Persamaan
Keterangan :V = potensial listrik di titik P (V)K = 9 x 109 Nm2/C2
q = muatan listrik (C)r = jarak titik dari muatan listrik (m)
Potensial listrik pada suatu titik merupakan besarnya energi potensial tiap satuan muatan (+) yang berada di titik tersebut.
Potensial listrik oleh beberapa muatan
]...
VVV V 321 +++= V+ n
..
.[k V
rq
3
3
rq
2
2
rq
1
1 +++= +rq
n
n
Usaha untuk memindahkan muatan
WAB = qr2
Qkr1
Qk )-(
WAB = q(V2-V1)
Contoh Soal Sebuah muatan garis L terletak pada sumbu-z. Hitung kerja yang diperlukan untuk membawa sebuah muatan Q dari = b ke = a.
Jawab :
abln
2Q)blna(ln
2Q
ln2
Qd12
Q
ada2
QW
o
L
o
L
a
bo
La
bo
L
a
b o
Lab
Contoh Soal Sebuah muatan bidang S terletak pada bidang z = 0. Hitung kerja yang dilakukan untuk membawa muatan Q dari z = d2 ke z = d1
Jawab :
zzo
sS adzdLa
2E
)dd(2
Q)dd(2
Q
z2
Qdz2
Q
adza2
QW
12o
s21
o
s
d
do
sd
dz o
s
d
dzzz
o
s12
1
2
1
2
1
2
KAPASITOR KEPING SEJAJAR*Pengertian
Kapasitor merupakan komponen listrik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik.
Q = C.V
Keterangan: Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt)
Perhitungan Kapasitansi kapasitor keping sejajar :C = ε0 A dKeterangan:C = Kapasitas kapasitor (F)ε0 = Permitivitas vakum (8,85x10-12)A = Luas penampang masing‐masing keping (m2)d = Jarak antar keping (m)
Pelat-pelat sebuah kapasitor pelat sejajar dalam ruang hampa terpisah sejauh 5 mm dan luasnya 2 m2. Sebuah selisih potensial 10 kV diaplikasikan sepanjang kapasitor itu. Hitunglah a) kapasitansi b) muatan pada setiap pelat c) medan listrik dalam ruang di antara pelat-pelat itu.
PenyelesaianDiketahui: d = 5 x 10-3 m, A = 2 m2 dan V = 10.000 VDitanya: C, Q dan E = ?Jawab: a) C = 0 A = (8,85 x 10-12 F/m)(2 m2) d (5 x 10-3 m) = 3,54 x 10-9 F b) Q = CVab = (3,54 x 10-9 C/V)(1 x 10-4 V)
= 3,54 x 10-5 C Muatan pada kapasitor itu adalah +3,54 x 10-5 C dan -3,54 x 10-5 C.
c) Besarnya medan listrik adalah E = Q = 3,54 x 10-5 C 0 A (8,85 x 10-12 F/m)(2 m2) = 2 x 106 N/C
Contoh Soal
Dik:
Peny:Ditanya: nF ; nC?
Contoh Soal
Rangkaian KapasitorRangkaian seri
+V
+Q1 -Q1 +Q2 -Q2
Persamaan:
Contoh Soal:
Rangkaian Paralel
+V
+Q1 -Q1
+Q2 -Q2
Contoh Soal
Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor
(CV)V21W
+V
Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C dihubungkan dengan tegangan V.
C
Karena Q = C.V, maka
2CV21W
W = Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor ( Joule )
Keterangan : Q = muatan listrik kapasitor ( Coulomb)
C = Kapasitas kapasitor ( farad)
V = tegangan listrik antar keping kapasitor ( Volt)
Bila tegangan pada kapasitor v=308 cos(100t) V dan kapasitor mempunyai kapasitansi 10mF tentukan arus rata-rata antara t=0 hingga 40mdetik
JawabTegangan pada kapasitorArus pada kapasitor
Daya pada kapasitormWtttitvtp )100sin(308)100cos(308)()()(
Wttp )200sin(432,47)(
Contoh Soal
mAttdtd
dtdvCti )100sin(308)100cos(30810)( m
PenyelesaianDiketahui: v = 308cos(100t)V ; C = 10mF Ditanya :
T = 0 sampai 40m/s :?
Daya pada kapasitor
Daya rata-rata kapasitor antara t=0 dan t=40mdetik
t
tave dttp
ttP
0
)(1
0
)0cos(8cos89,1)200cos(89,1 04,00 tPave
01189,1 aveP
Lanjutan penyelesaian
32
Bila tegangan pada kapasitor v=12e-2t V dan kapasitor mempunyai kapasitansi 100mF, hitunglah pada kapasitor saat t=0, 1, 2, dan 5 detik
JawabTegangan pada kapasitor
Vetv t212)(
Arus pada kapasitor tedtd
dtdvCti 212100)( m
mAeti t24,2)( t=0 detik mAmei 4,24,2)0( 0 t=1 detik Amei m3254,2)1( 2
t=2 detik Amei m444,2)2( 4
t=5 detik nAmei 1094,2)5( 10
Contoh Soal
Penyelesaian
Diketahui : v = 12e-2tV ; C = 100mF Ditanya: t =0,1,2;5?
THANK YOU