Medan listrik & Potensial listrik

Medan Listrik Wilayah atau ruang di sekitar muatan listrik Satuan medan listrik newton/coulomb (N/C) Medan listrik adalah vektor medan yaitu terdiri dari vektor-vektor yang terdistribusi di sekeliling benda bermuatan Arah medan listrik : menjauhi muatan positif, menuju muatan negatif

Garis-garis medan listrik Michael Faraday, pada abad ke 19 mengemukakan bahwa di sekeliling benda bermuatan ada garis-garis gaya yg disebut garis-garis medan listrik (electric field lines) Disebut juga garis-garis gaya (lines of force) Arahnya dari muatan + ke –

Relasi vektor medan listrik & garis2 medan Di sembarang titik, arah dari garis2 medan atau arah tangensial (jika garis2 medan melengkung) adalah arah dari medan listrik pd titik itu Garis2 medan digambar sedemikian hingga jumlah garis2 per satuan luas yg diukur pd bidang tegak lurus dg garis2 tsb adalah sebanding dg besarnya medan listrik Jadi medan listrik akan semakin kuat/besar jika garis2 medan merapat, sebaliknya medan listrik akan melemah jika garis2 medan merenggang

Gambar menunjukan vektor medan listrik di sekitar muatan uji

Medan listrik dapat ditentukan pada sembarang titik (P) di sekeliling benda bermuatan dengan cara meletakkan sebuah muatan uji (positif) q0 di titik P

Medan Listrik dari sebuah titik muatan Untuk menentukan medan listrik yg disebabkan oleh titik bermuatan q, dipasang sebuah muatan uji positif q0 pada sembarang titik yg jaraknya r dari q. Besar gaya elektrostatik di q0 adalah Arah F menjauhi q(jika q +) dan menuju q (jika q -) Besar medan listrik

Medan Listrik dari banyak muatan Ada sekumpulan muatan q1, q2, q3,...qn Muatan uji q0 dipasang di dekat kumpulan muatan tsb Besar gaya elektrostatik total yg diberikan n muatan ke q0 Medan listrik total pada q0

Fluks listrik (electric flux) Banyaknya garis2 gaya medan listrik yang menembus luasan A disebut sebagai fluks listrik Satuannya Nm2/C

Rapat Muatan Muatan listrik dapat didistribusikan secara linear (garis), permukaan (luasan), dan volume linear - l (C/m) - simbolnya “lambda” luasan - s (C/m2) – simbolnya “sigma” volume - r (C/m3) – simbolnya “rho”

latihan Sebuah muatan uji 3µC diletakkan pada medan listrik dari sebuah muatan 6C di mana muatan ini menyebabkan gaya 800N dikenakan pada muatan uji. Berapa besarnya medan listrik ? Jawab: 2.7 x108 N/C

latihan Berapa fluks listrik yang menembus sebuah bola berjari-jari 1 m dan pusat bola bermuatan 1 μC Jawab:

Energi Potensial Listrik muatan listrik memiliki energi potensial +Q d +Q v

Potensial Listrik Jika sebuah muatan uji qo diletakkan dalam medan listrik E yang dihasilkan sekelompok muatan terdistribusi maka gaya listrik yang beraksi pada muatan uji tersebut adalah q0E Jika muatan bergerak dari titik A ke B maka perubahan tenaga potensial ds menyatakan perubahan posisi (displacement) Potensial listrik (sering disebut sebagai potensial saja) adalah energi potensial per satuan muatan dengan satuan volt (V) atau joule/coulomb (J/C)

Beda Potensial dalam Medan Listrik Seragam Gb menunjukkan 2 titik A dan B dalam medan listrik seragam Besarnya beda potensial antara titik A dan B yang berjarak d adalah Karena medannya seragam berarti E konstan

Potensial untuk muatan titik potensial untuk sembarang jenis muatan titik Untuk jenis muatan + atau – berlaku : Jika arah gerak muatan searah E, potensial berkurang Jika arah gerak muatan berlawanan arah E, potensial bertambah

Potensial dari banyak muatan titik Potensial di P oleh bbrp muatan : penjumlahan potensial di P oleh tiap-tiap muatan

Arus Listrik (I) Arus listrik : aliran muatan2 listrik Jika sekumpulan muatan ΔQ bergerak menembus bidang A scr tegak lurus dlm selang waktu Δt maka arus listrik rerata didefinisikan sbg:

Satuan arus listrik ampere (A) SI Dengan 1 A = 1 coulomb/sekon Jika limit Δt  0, didefinisikan sebagai arus sesaat: Dlm konduktor, muatan yg bergerak adalah muatan negatif (elektron) ttp arah arus dlm rangkaian listrik ditentukan berlawanan arah dg aliran elektron

Rapat Arus (J) Adalah arus per satuan luas Satuannya ampere/meter persegi (A.m-2) Pd gambar: muatan bergerak dg laju vd dlm konduktor yg luas penampangnya A. Banyaknya muatan pd konduktor sepanjang Δx adalah n.A.Δx dg n adalah banyaknya muatan per satuan volume. Total muatan (elektron) pd konduktor

Resistans & Resistivitas ada 2 batang: tembaga dan gelas antara kedua ujung batang tembaga dan gelas diberi beda potensial Maka arus yang muncul akan sangat berbeda Karakteristik benda yang membedakan munculnya arus disebut : resistans (R), hambatan listrik Definisi resistans : V: beda potensial, I: arus Satuan R : ohm (Ω)=V/A

Resistivitas Setiap bahan memiliki sifat menghambat arus di mana untuk setiap bahan nilainya berbeda Sifat hambatan yang dimiliki bahan : resistivitas (ρ) dengan Satuan: Konduktivitas (σ): sifat menghantar arus

Keterkaitan resistans & resistivitas Resistans adalah sifat sebuah benda Resistivitas adalah sifat bahan/material Jika A luas penampang kabel, L panjang kabel, dan V beda potensial antara kedua ujungnya maka

Hukum Ohm Komponen yg berupa konduktor & memiliki nilai resistans tertentu disebut resistor Nilai R sebuah resistor selalu sama meskipun diberi beda potensial yg berbeda dan arah polaritas (kutub) berbeda Nilai R mematuhi Hukum Ohm: nilai arus yg mengalir pd suatu komponen sebanding dg beda potensial antara kedua ujung komponen dan berbanding terbalik dg resistans komponen tersebut. Komponen lain (misal: dioda) nilai R dapat berubah-ubah tergantung besar dan polaritas beda potensial Komponen yg seperti ini tdk memenuhi Hukum Ohm

Hukum Ohm Hukum Ohm dituliskan sbg Gb b. Memenuhi hukum Ohm Gb c. Tidak memenuhi hukum Ohm

Daya Listrik (Power, P) Gb menunjukkan rangkaian listrik di mana kotak biru adl sebuah komponen (bisa resistor, motor, dll) Baterei B menjaga agar beda potensial (beda tegangan, V) antara a dan b selalu tetap Arus I mengalir dlm komponen dari terminal a ke terminal b

Prinsip kekekalan energi: berkurangnya energi potensial dari a ke b adalah karena adanya transfer energi listrik Nilai rata-rata transfer energi listrik : P P adl nilai transfer energi dari baterei ke komponen. Jika komponen berupa resistor, energi dari baterei akan diubah menjadi panas. Jika komponen berupa motor, maka energi dari baterei akan diubah mjd energi gerak, dsb

Disipasi Energi Besarnya rata-rata transfer energi = daya satuan daya listrik: watt (W) 1 W = 1 J/s = 1 V.A Untuk resistor, energi dari baterei akan diubah menjadi panas (energi terdisipasi/terbuang menjadi panas) Nilai disipasi energi

Hukum Joule Arus listrik yang melewati konduktor yang memiliki beda potensial (volt) dalam waktu tertentu akan menimbulkan panas Q = energi panas (joule, J) V = beda potensial/tegangan (volt, V) I = arus (ampere, A) t = waktu (s)