FISIKA LISTRIK Esti Puspitaningrum, S.T., M.Eng.

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB Materi yg kelebihan elektron akan bermuatan negatif Contoh: Plastik yang digosok dengan kulit akan menerima sebagian kecil elektron, sehingga bermuatan negatif & dapat menarik kertas2 kecil. Materi yang kekurangan/kehilangan elektron akan bermuatan positif Contoh: Batang kaca yang digosokkan pada kain wol, Muatan negatif akan berpindah dari kaca menuju kain wol. Gelas kaca menjadi bermuatan positif Jumlah muatan yg hilang/lebih sangat kecil dibandingkan jumlah total muatan yg ada di materi

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB Batang kaca bermuatan positif yg didekatkan dgn batang plastik bermuatan negatif akan saling tarik menarik. Dua batang kaca bermuatan positif yang didekatkan akan saling tolak menolak.

Dua partikel bermuatan positif akan BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB Dua partikel bermuatan positif akan saling tolak menolak Dua partikel bermuatan negatif juga akan saling tolak menolak Dua partikel yang bermuatan berlawanan tanda ( + & - ) akan saling tarik menarik Jika muatannya sejenis maka akan saling tolak menolak. Jika muatannya berlawanan tanda, maka akan saling tarik menarik.

+ – + + Apakah tarik menarik atau tolak menolak? A B C E C D B D E A C BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB + – + + Apakah tarik menarik atau tolak menolak? A B C E A = (–) B = (+) C = (–) C D B D D = (–) E = (+) E A C B

A B C E B C D F BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB A = (–) Tentukan jenis muatan dari: B = (+) C = (+) D = (–) E = (–) F = (–)

+ – + + Apakah tarik menarik atau tolak menolak? A B C B C A E D D B BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB + – + + Apakah tarik menarik atau tolak menolak? A B C B C A E D D B

+ – + + Apakah tarik menarik atau tolak menolak? A B C B C A E D D B BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB + – + + Apakah tarik menarik atau tolak menolak? A B C B C A E D D B

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB APLIKASI GAYA ANTAR PARTIKEL BERMUATAN:

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB APLIKASI GAYA ANTAR PARTIKEL BERMUATAN: CARA KERJA: Step 1 Drum dibuat bermuatan positif oleh corona Step 2 Drum selenium photosensitif. Jika cahaya pantulan dari kertas bertuliskan 3 sangat terang, drum menjadi netral. Jika kurang terang (karena pada tulisan 3 warnanya hitam), maka bagian drum Step 3 Saat bagian positif ini dilewatkan ke serbuk hitam yang bermuatan negatif, serbuk ini menempel. Step 4 Kemudian saat dilewatkan ke kertas yang telah dibuat bermuatan positif, serbuk yang menempel tersebut berpindah ke kertas dan menempel. Step 4 Kertas dipanaskan sampai serbuk hitam meleleh dan menempel tersebut masih bermuatan positif. Bagian positif ini berbentuk angka 3.

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB apabila terdapat dua buah partikel bermuatan maka akan timbul GAYA elektrostatis pada keduanya, Besar GAYA tersebut sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya HUKUM COULOMB

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB HUKUM COULOMB q1 & q2 r F12 ř k F21 = besar muatan partikel 1 dan 2 (Coulomb) jarak antar partikel (meter) gaya elegktrostatis pada partikel 1 akibat adanya partikel 2 (Newton) unit vektor, segaris dengan kedua partikel konstanta = 8.99 × 109 N∙m2/C2 gaya elegktrostatis pada partikel 2 akibat adanya partikel 1 (Newton)

i BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel, menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j. j 1 j − i -1 i i 1 r = i cosθ + j sin θ θ θ adalah sudut kemiringan vektor terhadap sumbu-x positif − j -1

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel, menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j. j 2 2 r = i + j 3 2 1 2 r = − i + j 150° 45° i 30° 1 60° 3 2 1 2 r = i − j r = i cosθ + j sin θ θ 1 r = − i − 2 3 2 θ adalah sudut kemiringan vektor terhadap sumbu-x j positif

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB ř unit vektor, segaris dengan kedua partikel, menunjukkan arah gaya pada koordinat i-j. y - 2 2 r = i + j + 45° 2 2 + r = i + j 45° - x r = i cosθ + j sin θ + 2 2 r = i + j θ 45° θ adalah sudut kemiringan vektor terhadap sumbu-x positif -

q1 q2 F 1, 2 = k r θ = tan ( ) = 63.4° Arah −1 4 r = i cosθ + j sin θ BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB CONTOH 1: q1 = 3.2 ×10−19 C Partikel 1 bermuatan positif terletak 4 pada koordinat (0,0) dan partikel 2 bermuatan negatif terletak pada koordinat (2,4). (satuan dalam cm) Muatan partikel 1 = 3.2 × 10-19 C dan partikel 2 = − 3.2 × 10-19 C. Hitung arah dan besar gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2! q2 = − 3.2 ×10−19 C q2 = − 3.2 ×10−19 C = 3.2 ×10−19 C r = 42 + 22 cm = 0.01 20m −1 4 θ = tan ( ) = 63.4° Arah 2 r = i cosθ + j sin θ 2 Arah = 63.4° relatif terhadap sumbu-x positif. Jawab: Gaya elektrostatisnya: = i cos 63.4° + j sin 63.4° = 0.45i + 0.89 j q1 q2 r 2 3.2 ×10−19 C − 3.2 ×10−19 C 2 = 8.99 ×109 N ⋅ m 2 / C F 1, 2 = k r (0.45i + 0.89 j) (0.01 20m) = 4.6 ×10−25 N (0.45i + 0.89 j ) = (2.07 ×10−25 N )i + (4.1×10−24 N ) j Magnitude gaya

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB CONTOH SOAL: Partikel 1 bermuatan negatif terletak pada koordinat (1,1) dan partikel 2 bermuatan positif terletak pada koordinat (4,2). (satuan dalam cm) 1. Gambar kedua partikel tsb pada bidang kartesius dan dapatkan arah gayanya (nilai sudut θ)! 2. Dapatkan magnitude dan unit vektor arah dari gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2! 3. Dapatkan magnitude dan unit vektor arah dari gaya elektrosatis pada partikel 2 akibat partikel 1!

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB CONTOH 2: q1 = 1.6 ×10−19 C Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu-x terpisah sejauh 2 cm. (partikel 1 di sebelah kiri) Muatan partikel 1 = 1.6 × 10-19 C dan partikel 2 = 3.2 × 10-19 C. Hitung besar gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2! q2 = 3.2 ×10−19 C r = 0.02m Muatan sejenis tolak menolak Arah gaya: arah sumbu x negatif. j Sehingga dalam koordinat i-j: r = − i i Jawab: Gaya elektrostatisnya: q1 q2 2 1.6 ×10−19 C 3.2 ×10−19 C 2 F 1, 2 = k r = 8.99 ×109 N ⋅ m 2 / C (−i) r (0.02m) = −(1.15 ×10−24 N )i

q1 q2 F 1, 2 = k r r BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB CONTOH SOAL: Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu-y terpisah sejauh 5 cm. (partikel 1 di sebelah bawah) Muatan partikel 1 = 3.2 × 10-19 C dan partikel 2 = 4.8 × 10-19 C. 1. Hitung besar gaya elektrosatis pada partikel 1 akibat partikel 2! 2. Hitung besar gaya elektrosatis pada partikel 2 akibat partikel 1! q1 q2 2 F 1, 2 = k r r

GAYA INTERAKSI ANTARA LEBIH DARI DUA PARTIKEL BERMUATAN BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB GAYA INTERAKSI ANTARA LEBIH DARI DUA PARTIKEL BERMUATAN q2 - q3 - q1 + Jika terdapat sebanyak n partikel bermuatan yg berinteraksi secara bebas berpasang-pasangan, maka total gaya pada salah satu partikel tersebut (misalnya partikel 1) adalah: - q4 q5 -

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB CONTOH: q1 q2 2 q1 = 1.6 ×10−19 C q2 = 3.2 ×10−19 C F 12 = k r12 r12 = −(1.15 ×10−24 N )i q1 q3 2 = (2.05 ×10−24 N )i Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu x terpisah sejauh 2 cm. Terdapat partikel ketiga bermuatan negatif 1.5 cm di sebelah kanan partikel 1. Muatan partikel 1 = 1.6 × 10-19 C, partikel 2 = 3.2 × 10-19 C, dan partikel 3 = – 3.2 × 10-19 C. q3 = − 3.2 ×10−19 C r12 = 0.02m r13 = 0.015m r12 = − i r13 = i F 13 = k r13 r13 Hitung gaya total pada partikel 1 akibat adanya partikel 2 dan 3 ! F 1, net = F 1, 2 + F 1,3 = −(1.15 ×10−24 N )i + (2.05 ×10−24 N )i = (9 ×10−25 N )i

BAB 1 MUATAN LISTRIK & HUKUM COULOMB CONTOH SOAL: Dua partikel bermuatan positif berada pada sumbu x terpisah sejauh 2 cm. Terdapat partikel ketiga bermuatan negatif 1.5 cm di sebelah kanan Diketahui: partikel 1. Muatan partikel 1 = 1.6 × 10-19 C, partikel 2 = 3.2 × 10-19 C, dan partikel 3 = – 3.2 × 10-19 C. q1 = 3.2 ×10−19 C q2 = 1.6 ×10−19 C q3 = −1.6 ×10−19 C r12 = 5cm r12 = 3cm θ = 60° Soal: 1. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 1 akibat adanya partikel 2! 2. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 1 akibat adanya partikel 3 ! 3. Dapatkan arah dan besar gaya elektrostatik total pada partikel 1 akibat adanya partikel 2 & 3 ! Soal: 1. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 2 akibat adanya partikel 1 & 3 ! 2. Hitung gaya elektrostatik total pada partikel 3 akibat adanya partikel 1 & 2 !