Pertemuan 2 muatan dan medan listrik

Bab 1
Muatan dan Medan
Listrik

Abdillah, S.Si,
MIT

Tujuan Hari ini
Memahami
o
teori muatan dan atom
o
hukum Coulomb
o
medan listrik
o
dipol listrik

Muatan (charge)
Dalam ilmu listrik, konsep
dasarnya adalah muatan.

Ilmu listrik hanya
menjelaskan bagaimana
muatan bertingkah laku,
bukan muatan itu apa.

Teori Muatan
o

o

o

o

Ada dua jenis muatan: positif dan
negatif
Dua muatan positif atau dua muatan
negatif saling tolak-menolak
Sebuah muatan positif dan sebuah
muatan negatif saling tarik-menarik

Muatan dinyatakan dengan q atau Q,
satuannya adalah coulomb, disingkat C

Teori Atom

Muatan elektron e = 1,602 X
10-19 C
Massa elektron me = 9,1 X 10

-

Perhatian
o

o

Muatan sejenis tidak berarti kedua
muatan tersebut identik, hanya
bahwa kedua muatan memiliki tanda
aljabar yang sama (keduanya positif

atau keduanya negatif)
Muatan berlawanan berarti kedua
muatan memiliki tanda yang
berlawanan

Hukum Coulomb
Untuk muatan q1 dan q2 yang
terpisah sejauh r, besarnya gaya
listrik pada masing-masing muatan
adalah
F = 1
|q1 q2|
4o
r2
1 = k = 9,0 X 109 N . m2/C2
4o

Strategi
Penyelesaian Soal
Hukum Coulomb

o
Jarak harus dinyatakan satuan dalam m,
muatan dalam C dan gaya dalam N
o
Gaya listrik adalah sebuah vektor,
sehingga gaya total pada muatan adalah
jumlah vektor dari gaya-gaya individu
o
Dalam kasus distribusi kontinu dari
muatan, jumlah vektor dapat dihitung
dengan cara integral

Contoh Soal
Gaya listrik versus gaya gravitasi
Sebuah partikel alpha mempunyai
masa m=6,64 X 10-27 kg dan muatan
q=+2e. Bandingkanlah gaya tolak
listrik antara dua partikel alpha
dengan gaya tarik gravitasi di
antaranya.

Penyelesaian
Diketahui : m = 6,64 X 10-27 kg
q = +2e = 3,2 X 10-19 C
Ditanya : Fe /Fg = ?
Jawab : Fe =
1
q2
4o

r2

Fg = G m2
r2

Medan Listrik
Medan listrik E adalah gaya listrik per
satuan muatan qo yang dikerahkan pada
muatan tsb.
E = Fo / qo

qo

Fo
E
Fo

qo

Perhatian
o

o

Gaya listrik pada sebuah benda
yang bermuatan dikerahkan oleh
medan listrik yang diciptakan oleh
benda bermuatan lainnya.
Persamaan Fo = qo E dapat
digunakan hanya untuk mencari

gaya listrik pada sebuah muatan
titik.

Vektor Medan Listrik

E =

1
|q|
4o r2

E = 1
sebuah
4o

q r
r2

( besarnya medan listrik
dari sebuah muatan titik )

(medan listrik dari
muatan titik)

Strategi
Penyelesaian Soal
Penghitungan Medan Listrik
o
Satuan harus konsisten, jika diberi cm atau
nC, jangan lupa mengkonversikannya
o
Medan listrik adalah sebuah vektor,
sehingga medan total adalah jumlah
vektor dari medan individu
o
Ingat bahwa vektor E yang dihasilkan oleh
muatan titik positif arahnya menjauhi
muatan tersebut dan begitu juga
sebaliknya

Contoh Soal

Elektron dalam sebuah Medan
Homogen
Sebuah medan listrik di antara dua pelat
B
konduktor sejajar adalah
E=1,00 X 10-4
N/C dengan arah ke atas. a) Jika sebuah
elektron dilepaskan dari keadaan diam di
pelat sebelah atas, berapakah
percepatannya? b) Berapa laju dan energi
kinetik yang diperoleh elektron waktu
berjalan 1,0 cm ke plat sebelah bawah.
c) Berapa waktu yang dibutuhkan
elektron untuk menempuh jarak ini?

Penyelesaian
Diketahui : me = 9,11 X 10-31 kg
-1,60 X 10-19 C
E = 1,00 X 10-4 N/C
Ditanya : a) ay = ?

b) vy , K = ?
c) t = ?
Jawab :

-e =

Penyelesaian
b) v0y = 0, y0 = 0 dan y = -1,0 X 10-2 m
vy2 = v0y2 + 2ay (y –y0) = 2ay y

Penyelesaian
c) vy = v0y + ay t

Kita dapat juga mencari waktu itu
dengan memecahkan persamaan
untuk t.
y = y0 + v0y t + ½ ay t2

Garis Medan Listrik

Garis Medan Listrik

Perhatian
o

Jika sebuah partikel bermuatan
bergerak dalam sebuah medan
listrik, maka lintasan partikel
tersebut tidak sama seperti garis
medan, kecuali garis-garis
medan tersebut adalah garis
lurus dan partikel dilepas dalam
keadaan diam

Dipol Listrik
Sebuah dipol listrik adalah
sepasang muatan listrik yang
besarnya sama, tetapi tandanya
berlawanan dan terpisah sejauh
d.
p

F+= q E

d
F- = -q E

E



d sin 

Gaya pada Dipol
Listrik
Gaya F+ dan F- pada kedua
muatan itu mempunyai besar
qE yang sama, tetapi arahnya
berlawanan, dan jumlah kedua
gaya itu sama dengan nol.
p

F+= q E

d
F- = -q E

E



d sin 

Torsi pada Dipol
Listrik
Torsi dihitung terhadap pusat dipol. Jika
 adalah sudut antara medan listrik dan
sumbu dipol, maka lengan tuas untuk
kedua F+ dan F- adalah (d /2) sin .
Torsi dari F+ dan F- mempunyai besar
yang sama, (qE)(d /2) sin , dan kedua
torsi merotasikan dipol itu dalam arah
perputaran jam. Maka besar torsi netto
sama dengan dua kali besar torsi
individu:  = (qE) (d sin )

Momen Dipol Listrik
Hasil kali muatan q dan jarak d
dinyatakan sebagai momen dipol
listrik p mempunyai besar p = qd
Arah vektor p adalah dari muatan
negatif menuju muatan positif.
Torsi vektor  = p X E
dan besarnya  = pE sin 

Energi Potensial
Dipol Listrik
Kerja dW yang dilakukan oleh sebuah
torsi  selama pergeseran d yang
sangat kecil diberikan oleh
persamaan:
dW =  d
Karena torsi tsb adalah dalam arah
yang semakin berkurang,  = -pE sin
sehingga
dW = -pE sin d

Energi Potensial
Dipol Listrik
Dalam suatu pergeseran berhingga,
kerja total yang dilakukan pada dipol tsb
adalahφ 2

W (-pEsinφ ) dφ  pEcos
φ2 - pEcos
φ1
φ1

Karena W = U1 – U2, maka U() = - pE
cos 
Perkalian skalar p . E = pE cos 
sehingga U() = - p . E

Saran
o

o

o

Kerjakan latihan bab 22 dari
soal-soal nomor ganjil
Mulailah dengan apa yang
diketahui dan apa yang
ditanyakan
Tulis di buku khusus latihan