TEE 2207 Listrik & Magnetika 4 SKS Abdillah SSi, MIT abdillah@uin-suska.ac.id http://abdill01.wordpress.com

Tujuan Mata Kuliah Mahasiswa memahami konsep dasar fisika listrik dan magnetika yang diperlukan dalam aplikasi teknologi. Menjadi prasyarat untuk mengambil mata kuliah Praktikum Fisika, Rangkaian Listrik , Praktikum Rangkaian Listrik dan Elektromagnetika.

Kode Etik Perkuliahan Berpakaian sopan sesuai peraturan UIN Suska Riau. Mahasiswa telah hadir sebelum dosen masuk ruang kuliah, kehadiran minimal 75%. Absensi 10 menit sebelum kuliah dimulai. Membawa handout materi kuliah.

Handout Materi Kuliah Download materi kuliah setiap pekan di blog. Pelajari materi kuliah sebelum perkuliahan dan tulislah pertanyaan jika tidak mengerti. Bawalah hasil print materi kuliah ke ruang kelas. Jika ada keterangan tambahan, catat langsung di kertas hasil print materi kuliah tsb.

Buku Referensi 1 Young dan Freedman Fisika Universitas Edisi ke-sepuluh, Jilid 2 Penerbit Erlangga Bab 22-33

Buku Referensi 2 Paul A. Tipler Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 2 Penerbit Erlangga

Fitur Penting Buku Referensi 1 Strategi Penyelesaian Soal Contoh Soal dan Penyelesaiannya Pertanyaan Diskusi Kunci Jawaban Soal

Silabus Mata Kuliah (1) Pertemuan 1. Pendahuluan Tujuan Mata Kuliah Kode Etik Perkuliahan Referensi Silabus Aturan Penilaian Vektor Muatan Listrik dan Gaya Listrik

Silabus Mata Kuliah (2) Pertemuan 2. Medan Listrik dan Dipol Listrik Garis Medan Listrik Momen Dipol Listrik Gaya pada Dipol Listrik Torsi pada Dipol Listrik Energi Potensial Dipol Listrik

Silabus Mata Kuliah (3) Pertemuan 3. Fluks Listrik dan Hukum Gauss Muatan dan Fluks Listrik Menghitung Fluks Listrik Hukum Gauss Aplikasi Hukum Gauss Muatan pada Konduktor

Silabus Mata Kuliah (4) Pertemuan 4. Potensial Listrik Energi Potensial Listrik Potensial Listrik Permukaan Ekuipotensial Gradien Potensial Tabung Sinar Katoda

Silabus Mata Kuliah (5) Pertemuan 5. Kapasitansi dan Dielektrika Kapasitor dan kapasitansi Kapasitor dalam sambungan seri dan paralel Penyimpanan Energi dalam Kapasitor Dielektrika

Silabus Mata Kuliah (6) Pertemuan 6. Arus, Hambatan dan TGE Arus Resistivitas Resistansi Tegangan Gerak Elektrik dan Rangkaian Energi dan Daya dalam rangkaian listrik

Silabus Mata Kuliah (7) Pertemuan 7. Rangkaian Arus Searah Resistor dalam sambungan seri dan paralel Kaidah Kirchoff Instrumen Pengukur Listrik Rangkaian Resistansi-Kapasitansi Sistem Distribusi Daya

Silabus Mata Kuliah (8) Pertemuan 8. Ujian Tengah Semester Materi bab 22 - 27 buku Young & Freedman

Silabus Mata Kuliah (9) Pertemuan 9. Medan dan Gaya Magnetik Magnetisme Medan Magnetik Garis Medan Magnetik dan Fluks Magnetik Gerak Partikel Bermuatan dalam Medan Magnetik Aplikasi Gerak Partikel Bermuatan Gaya Magnetik pada Konduktor Pengangkut Arus Gaya dan Torka pada Simpal Arus

Silabus Mata Kuliah (10) Pertemuan 10. Sumber Medan Magnetik Medan Magnetik Muatan Bergerak Medan Magnetik Elemen Arus Medan Magnetik Konduktor Lurus Gaya di antara Konduktor Paralel Medan Magnetik Simpal Arus Lingkaran Hukum Ampere dan Aplikasinya

Silabus Mata Kuliah (11) Pertemuan 11. Induksi Elektromagnetik Eksperimen Induksi Hukum Faraday Hukum Lenz Tegangan Gerak Elektrik Gerakan Medan Listrik Induksi

Silabus Mata Kuliah (12) Pertemuan 12. Induktansi Induktansi Bersama Induktansi Sendiri dan Induktor Energi Medan Magnetik Rangkaian R-L dan L-C Rangkaian Seri R-L-C

Silabus Mata Kuliah (13) Pertemuan 13. Arus Bolak Balik Fasor dan Arus Bolak-Balik (AC) Resistansi dan Reaktansi Daya dalam Rangkaian AC Resonansi dalam Rangkaian AC Transformator

Silabus Mata Kuliah (14) Pertemuan 14. Gelombang Elektromagnetik Persamaan Maxwell Gelombang Elektromagnetik Bidang dan Laju Cahaya Gelombang Elektromagnetik Sinusoidal Energi dan Momentum dalam Gelombang Elektromagnetik Gelombang Elektromagnetik Berdiri Spektrum Elektromagnetik

Silabus Mata Kuliah (15) Pertemuan 15. Ujian Akhir Semester Materi Bab 28-33 buku Young & Freedman

Aturan Penilaian Aktifitas Persentase Tugas Mandiri (Quiz) 20 Tugas Terstruktur Ujian Tengah Semester 30 Ujian Akhir Semester Total 100

Tugas Mandiri (Quiz) 2 soal, durasi 30 menit, openbook Pertemuan ke-4 dan ke-11 Diambil dari soal-soal latihan buku Young & Freedman Tips, kerjakan semua soal latihan bab 22-23 dan 28-29 buku Young & Freedman dan bawalah ke ruang kuliah, dijamin Anda akan sukses!

Tugas Terstruktur Tugas pertemuan ke-1 s/d ke-14 dikumpulkan 1 pekan setelah diberikan Penyelesaian soal ditulis-tangan di kertas HVS putih polos ukuran A4, plus cover tugas

Kerangka Acuan Kerangka acuan adalah suatu kerangka yang digunakan untuk menyatakan posisi suatu titik dalam ruang. Dalam banyak hal digunakan sistem Koordinat Kartesian. y O x

Vektor Posisi Vektor posisi adalah vektor perpindahan dari titik asal ke posisi titik dimana suatu kejadian terjadi. y . P O x

Besaran Vektor Besaran vektor adalah besaran yang dicirikan oleh nilai dan arah, misalnya: perpindahan, kecepatan, percepatan dan gaya. Penyajian Vektor : = vektor satuan yang menyatakan arah Dalam komponen sistem koordinat Kartesian:

Penjumlahan Vektor

Perkalian Vektor Perkalian Titik

Perkalian Vektor Perkalian Silang = (Ay Bz –Az By) i + (Az Bx – Ax Bz) j + (Ax By – Ay Bx) k

Teori Atom qe = qp = 1,6 X 10-19 C me = 9,1 X 10-31 kg mp = mn = 1,67 X 10-27 kg

Tabel Periodik Unsur

Kalsium

Soal Latihan No. 1 Beberapa elektron yang berlebih ditempat- kan pada sebuah bola timah hitam yang massanya 8,00 g, sehingga muatan totalnya adalah -3,20 X 10-9 C. Diketahui nomor atom timah hitam 82 dan massa atomnya 207 g/mol. Hitunglah: a) Jumlah elektron berlebih pada bola b) Jumlah elektron yang berlebih per atom timah

Penyelesaian Diketahui : m = 8,00 X 10-3 kg, Q = -3,20 X 10-9 C NA = 6,02 X 1023 atom/mol Ditanya: a) Jumlah elektron berlebih pada bola b) Jumlah elektron berlebih per atom Jumlah elektron = muatan total muatan elektron = -3,2 X 10-9 C -1,6 X 10-19 C = 2 X 1010

Penyelesaian Massa atom = 207 X 10-3 kg/mol 6,02 X 1023 atom/mol = 3,44 X 10-25 kg/atom Jumlah atom = 8,00 X 10-3 kg 3,44 X 10-25 kg/atom = 2,33 X 1022 atom Jumlah elektron/atom = 2 X 1010 elektron 2,33 X 1022 atom = 8,58 X 10-13

Muatan Listrik Muatan listrik (electric charge) disimbolkan dengan q dan satuannya coulomb (C) Ada 2 jenis muatan listrik, positif dan negatif (Benjamin Frankllin, 1750) Dua muatan sejenis tolak-menolak Dua muatan lain jenis tarik-menarik

Gaya Listrik F21 = ‒ F12

Gaya Listrik k = 1 = 9,0 X 109 N.m2/C2 4o o = 8,85 X 10-12 C2/N.m2

Contoh Soal Penjumlahan vektor gaya listrik (Prinsip Superposisi) Dua muatan titik diletakkan pada sumbu y sbb: muatan q1 = +2,0 C di y = 0,30 m dan muatan q2 = +4,0 C di y = -0,30 m. Carilah besar dan arah gaya total yang dikerahkan oleh kedua muatan ini pada muatan Q = +4,0 C di x = 0,4 m

Penyelesaiannya (F2 pada Q) y F2 pada Q (F2 pada Q) x

Penyelesaiannya Gaya total pada Q adalah jumlah vektor dari gaya-gaya yang ditimbulkan oleh q1 dan q 2. Ftotal pada Q = F1 pada Q + F2 pada Q Muatan q1 menimbulkan gaya F1 pada Q F1 pada Q = k |q1 Q| r2 = (9,0 x 109 N.m2/C2)(2,0 x 10-6 C)(4,0 x 10-6 C) (0,50 m)2 = 0,29 N

Penyelesaiannya Cara paling mudah menjumlahkan vektor adalah dengan menjumlahkan komponen x dan y. Sudut  adalah di bawah sumbu x, sehingga komponen gaya ini diberikan oleh: (F1 pada Q)x = (F1 pada Q) cos  = (0,29 N) 0,40 m 0,50 m = 0,29 x 0,8 = 0,23 N (F1 pada Q)y = -(F1 pada Q) sin  = -(0,29 N) 0,30 m = -0,29 x 0,6 = -0,17 N

Penyelesaiannya Sementara itu muatan q2 menimbulkan gaya: F2 pada Q = k |q2 Q| r2 = (9,0 x 109 N.m2/C2)(4,0 x 10-6 C)(4,0 x 10-6 C) (0,50 m)2 = 0,58 N Komponen gaya F2 pada Q adalah: (F2 pada Q)x = 0,58 cos  = 0,58 x 0,8 = 0,46 N (F2 pada Q)y = 0,58 sin  = 0,58 x 0,6 = 0,34 N

Penyelesaiannya Maka komponen gaya Ftotal pada Q adalah: Fx = 0,23 + 0,46 = 0,69 N Fy = -0,17 + 0,34 = 0,17 N Fy Ftotal = 0,71 N  Fx Arah gaya Ftotal pada sudut  di atas sumbu x. tan  = Fy = 0,17 N = 0,25 Fx 0,69 N  = arc tan (0,25) = tan-1 (0,25) = 14o

Kesimpulan Konstanta k = 1 = 9 X 109 N.m2/C. 40 Besaran dasar dalam elektrostatik adalah muatan listrik q. Ada 2 jenis muatan, positif dan negatif. Muatan sejenis tolak menolak, muatan berlainan jenis tarik menarik. Satuan muatan adalah coulomb, disingkat C. Muatan q1 dan q2 yang terpisah pada jarak r, pada keduanya bekerja gaya listrik yang arahnya berlawanan sebesar F = k |q1 q2| r2 Konstanta k = 1 = 9 X 109 N.m2/C. 40

Kesimpulan Gaya listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan adalah superposisi atau penjumlahan vektor dari setiap gaya listrik.

Tugas Terstruktur 1 Dua muatan titik diletakkan pada sumbu y sbb: muatan q1 = -1,5 nC di y = 0,6 m dan muatan q2 = +3,2 nC di titik asal (y = 0). Berapakah gaya total (besar dan arahnya) yang dikerahkan oleh kedua muatan ini pada muatan ketiga q3 = +5,0 nC di y = -0,4 m? Soal no. 13 bab 22 buku Young & Freedman Waktu: 1 pekan