Medan dan Dipol Listrik PTE 1207 - Listrik & Magnetika Abdillah, S.Si, MIT Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi UIN Suska Riau

Capaian Pembelajaran Mahasiswa memahami konsep medan listrik, garis medan listrik dan dipol listrik. Mahasiswa mampu menyelesaikan soal-soal dasar mengenai medan listrik, garis medan listrik dan dipol listrik.

Silabus Mata Kuliah Pekan 2. Medan Listrik dan Dipol Listrik Konsep Medan Listrik Garis Medan Listrik Momen Dipol Listrik Gaya dan Torsi pada Dipol Listrik Energi Potensial Dipol Listrik

Konsep Medan Gravitasi

Konsep Medan Listrik Ketika dua muatan tarik menarik atau tolak menolak, bagaimana muatan yang satu mengetahui keberadaan muatan yang lain? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu memahami konsep medan listrik. muatan uji q0 F0 = q0 E

Konsep Medan Listrik muatan uji q0 q E = F0 q0 F0 = 1 |q q0| 40 r2 E = 1 |q| besar medan listrik yang 40 r2 ditimbulkan muatan titik q.

Vektor Medan Listrik E = 1 q r vektor medan listrik yang 40 r2 ditimbulkan muatan titik q.

Contoh Soal Sebuah muatan titik q = -8,0 nC berada di titik 0. Hitunglah vektor medan listrik pada koordinat titik x = 1,2 m dan y = -1,6 m.

Solusi

Penjumlahan Vektor Medan Listrik Medan listrik total pada titik P adalah jumlah vektor medan listrik pada titik P yang ditimbulkan oleh setiap muatan titik dalam distribusi muatan.

Contoh Soal Medan Listrik Muatan Titik Muatan titik q1 = 12 nC dan q2 = -12 nC terpisah sejauh 0,1 m. Hitunglah medan listrik yang ditimbulkan q1 dan q2 di titik a dan b.

Solusi

Latihan Dua muatan titik q1 = 12 nC dan q2 = -12 nC terpisah sejauh 10,0 cm Hitunglah besar dan arah medan listrik yang ditimbulkan q1 dan q2 di titik c yang berjarak 13,0 cm dari q1 dan q2.

Solusi

Contoh Soal Medan sebuah Muatan Lingkaran Muatan Q terdistribusi homogen di sekitar lingkaran konduktor dengan jejari a. Hitunglah medan listrik di titik P pada sumbu lingkaran berjarak x dari O.

Solusi

Solusi

Contoh Soal Medan sebuah Muatan Garis Muatan positif Q terdistribusi homogen di sepanjang sumbu y antara y = -a dan y = +a. Hitunglah medan listrik di titik P pada sumbu-x pada jarak x dari O.

Penyelesaian

Penyelesaian

Garis Medan Listrik

Garis Medan Listrik

Arah Medan Listrik

Arah Medan Listrik

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

Momen Dipol Listrik Momen dipol listrik p dinyatakan sebagai hasil kali muatan q dan jarak d. p = qd Arah vektor p adalah dari muatan negatif menuju muatan positif. Sebuah molekul air H2O adalah contoh dipol listrik.

Gaya pada Dipol Listrik Gaya F+ dan F- pada kedua muatan mempunyai besar yang sama tapi arahnya berlawanan, sehingga jumlah kedua gaya tsb sama dengan nol. p F+= q E d  d sin  E F- = -q E

Torsi pada Dipol Listrik Torsi () sama dengan hasil kali gaya dan lengan tuas. Jika  adalah sudut antara medan listrik E dan momen dipol p, maka lengan tuas untuk gaya F+ dan F- adalah (d/2) sin . Kedua torsi mempunyai nilai yang sama, yakni (qE)(d/2) sin , dimana keduanya merotasikan dipol tsb searah putaran jam. Maka besar torsi total adalah:  = (qE ) (d sin  ) = pE sin 

Contoh Soal Gaya dan torsi pada sebuah dipol listrik -q p 35o 145o E +q Contoh Soal Gaya dan torsi pada sebuah dipol listrik Sebuah dipol listrik berada dalam medan listrik homogen 5,0 x 105 N/C. Dipol tersebut adalah ± 1,6 x 10-19 C dan terpisah sejauh 0,125 nm. Carilah a) gaya netto yang dikerahkan medan pada dipol; b) besar dan arah momen dipol listrik; c) besar dan arah torsi dipol listrik.

Solusi Diketahui : q = 1,6 X 10-19 C; d = 0,125 X 10-9 m E = 5,0 X 105 N/C;  = 145o Ditanya: a) F = ? b) p = ? c)  = ? Jawab : a) F+ = qE dan F- = -qE Karena medan itu homogen maka gaya-gaya pada kedua muatan itu sama besar dan berlawanan, sehingga gaya total F = 0 N

Solusi b) p = qd = (1,6 X 10-19 C)(0,125 X 10-9 m) = 2,0 X 10-29 C.m, dari negatif ke positif c)  = pE sin = (2,0 X 10-29 C.m)(5,0 X 105 N/C)(sin 45o) = 5,7 X 10-24 N.m, keluar dari bidang

Kesimpulan Medan listrik E adalah gaya per satuan muatan yang dihasilkan oleh sebuah muatan titik q pada sebuah muatan uji q0. Arah medan listrik keluar dari muatan positif dan menuju muatan negatif. E = F = 1 |q| q0 40 r2 Medan listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan adalah superposisi atau penjumlahan vektor dari setiap medan listrik.

Kesimpulan Garis medan listrik merepresentasikan medan listrik. Garis singgung pada garis medan listrik merupakan arah medan listrik pada titik tersebut. Jumlah garis per satuan luas sebanding dengan besar medan listrik di titik tersebut. Dipol listrik adalah sepasang muatan listrik yang besarnya sama tapi tandanya berlawanan. Besar momen dipol listrik p = qd. Arah p dari muatan negatif ke muatan positif. Dipol listrik dalam medan listrik menghasilkan torsi  = pE sin  dan energi potensial U = -pE cos  .

Tugas Terstruktur 2 Sebuah muatan titik q1 -4,00 nC berada di titik x=0,600 m, y=0,800 m, dan sebuah muatan titik kedua q2 6,00 nC berada di titik x=0,600 m, y=0. Hitunglah besar dan arah medan listrik total di titik asal yang ditimbulkan oleh kedua muatan titik ini.