Tri Rahajoeningroem, MT T. Elektro - UNIKOM HUKUM COULOMB Tri Rahajoeningroem, MT T. Elektro - UNIKOM

Learning Outcomes Outline Materi Mahasiswa dapat menjelaskan konsep dasar hukum Coulomb dan dapat menghitung gaya Coulomb pada sebuah muatan akibat muatan lain yang berdekatan dengannya Outline Materi Listrik statis, muatan listrik dan kekekalannya Hukum Coulomb

Tinjauan Sejarah (600 SM) Orang Yunani menggosok batu amber (akik) dengan wol dan menyebabkan batu tersebut dapat menarik bulu dan rambut, sehingga listrik (electric) diturunkan dari amber (electron, dalam bahasa yunani) Tahun 1600 Dr. Gilbert, menemukan bahwa antara benda- benda selain akik dapat menarik benda lain selain rambut. Coulomb (1600 an), melakukan eksperimen dengan neraca torsi ciptaannya untuk menghitung gaya antara 2 obyek yang dipisahkan oleh suatu jarak

Muatan Listrik dan Struktur Materi Struktur atom terdiri dari : Elektron yang bermuatan negatif Proton yang bermuatan positif Neutron yang tak bermuatan Proton dan neutron membentuk teras (core) yang sangat padat dan dinamakan sebagai inti atom (nucleus)

Muatan Listrik dan Struktur Materi Struktur atom terdiri dari : nomor atom adalah jumlah proton atau elektron dalam suatu atom netral ion positif yaitu atom yang kehilangan satu atau lebih elektron ion negatif yaitu atom yang kelebihan satu atau lebih elektron ionisasi adalah proses perolehan dan kehilangan elektron

Muatan Listrik dan Struktur Materi Prinsip Kekekalan Muatan: “Jumlah aljabar dari semua muatan listrik dalam setiap sistem tertutup adalah konstan”

Sifat Kelistrikan Material Jika suatu bahan dapat memindahkan muatan listrik maka bahan tersebut dinamakan sebagai konduktor. Jika suatu bahan tidak dapat memindahkan muatan listrik maka bahan tersebut dinamakan sebagai isolator. Jika suatu bahan dapat bersifat sebagai konduktor atau isolator, bergantung pada kondisinya, dinamakan semikonduktor

Induksi Jika muatan suatu bahan dipengaruhi oleh benda lain yang bermuatan dan terjadi perubahan tanda muatan pada bahan tersebut tanpa kehilangan muatan dalamnya maka hal ini dinamakan sebagai induksi.

Gaya tarik / gaya tolak antar muatan yang dipisahkan pada jarak tertentu ditunjukkan dengan gambar sebagai berikut :

Hukum Coulomb Penentuan Coulomb Gaya tarik menarik jika muatan berbeda tanda, dan tolak menolak jika sama tanda Gaya sebanding dengan perkalian muatan Q1 dan Q2 sepanjang garis lurus yang menghubungkannya Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak Dapat dinyatakan secara matematik : |F12|  |Q1| |Q2| / R212 atau |F12|= k |Q1| |Q2| / R212

Hukum Coulomb Satuan untuk konstanta ditentukan dari hukum Coulomb Coulomb telah menentukan konstanta ini dalam satuan SI k = 9 x109 Nm2C-2 k secara normal dinyatakan sebagai k = 1/40 r12 = jarak antara Q1 dan Q2 r12 =a12 vektor satuan pada arah r12

Bentuk vektor hukum Coulomb + - + r21 Q2 + Q1

A: FAB=-3FBA B: FAB=-FBA C: 3FAB=-FBA D: FAB=12FBA Pikirkan !!!!! Objek A bermuatan +2 C dan Objek B bermuatan +6 C. Pernyataan manakah yang benar ? FBA? A: FAB=-3FBA B: FAB=-FBA C: 3FAB=-FBA D: FAB=12FBA A +2 C FAB? B +6 C

Gaya Coloumb Gaya Coulomb antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan besarnya masing - masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke dua muatan. Untuk muatan bertanda sama tolak menolak dan berlawanan tanda tarik menarik . k = 1/4πε0 = 9 x 109 Nm2 /C2 a = vektor satuan

Q1 = muatan listrik di titik 1 r = jarak antara ke dua muatan - Notasi arah gaya Coulomb Q1 = muatan di 1 Q2 = muatan di 2 r1 dan r2 vektor posisi di titik 1 dan 2 r2 – r1 Q2 Q1 r1 r2 O

Besarnya gaya yang dialami oleh muatan 2 akibat muatan 1 adalah : F2 = (k Q1 Q2 / r122 ) a12 a12 = r12 / ‌ ιr12 ι ‌ • Gaya Coulomb oleh beberapa muatan titik. Gaya pada muatan q1 oleh muatan – muatan q2 , q3 , . . . . qn .

Gaya dari banyak muatan - Q2 + Q1 - Q3 Gaya pada muatan adalah jumlah vektor gaya dari semua muatan Prinsip superposisi + Q4

Relasi gaya gaya pada muatan adalah bersifat bilinier Relasi gaya gaya pada muatan adalah bersifat bilinier. Konsekuensinya berlaku sifat superposisi dan gaya pada muatan Q1 yang disebabkan oleh n-1 muatan lain Q2,……Q1 adalah penjumlahan vektor F1 = Jika muatan tersebut terdistribusi secara kontinyu pada suatu daerah, penjumlahan vektor di atas diganti dengan integral vektor.

Hukum Coulomb vs Hukum Gravitasi Newton Elektrostatika Gaya Gravitasi Terdapat 2 tipe muatan : positif dan negatif Satu tipe massa yaitu positif Tarik menarik pada muatan yang berlawanan dan tolak menolak pada muatan yang sejenis Tarik menarik (Semua massa) Gaya merupakan besaran vektor baik arah dan besar

Ringkasan Hukum Coulomb Bentuk vektor hukum Coulomb Gaya elektrostatik diantara muatan Bentuk vektor hukum Coulomb Gaya Coulomb vs Gravitasi Gaya Elektrostatik lebih kuat Superposisi

Contoh Soal 1 Penyelesaian: F1 = Carilah gaya pada muatan Q1, 20 µC, yang diakibatkan oleh muatan Q2, -300 µC, di mana Q1 berada pada (0, 1, 2) m sementara Q2 pada (2,0,0) m! Penyelesaian: vektor posisi adalah R21 = (x1 - x2)ax + (yl - y2)ay + (z1 - z2)az = (0 - 2)ax + (1 - 0)ay + (2 - 0)aZ = -2ax + ay + 2aZ R21 = Dengan menggunakan persamaan (1), gaya yang bekerja adalah F1 = Magnituda gaya total adalah sebesar 6 N dengan arah sedemikian hingga Q1 ditarik oleh Q2.

( ) Contoh Soal 2 Tentukanlah besar gaya pada muatan Q2 6 d kq q k F = 4 24 3 23 1 21 6 d kq q k F =