PROFIL PRIBADI Nama : Iyus Rusmana Pendidikan : S1 - S2 Teknik Elektro UGM Professional Association : Asosiasi Profesional Elektrikal Indonesia (APEI) Green Building Council of Indonesia (GBCI) Asean Chartered Professional Engineer (ACPE) Profession : Mechanical-Electrical Engineering Consultant Keluarga

My Family Wife Daughter Son

PERTEMUAN 1 Materi : Muatan Listrik Medan Listrik Hukum Gauss Hukum Coulomb

MUATAN LISTRIK

MUATAN LISTRIK Benda bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron atau proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatip dan yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positip.

MUATAN LISTRIK Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya di bandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik.

MUATAN LISTRIK Untuk menyatakan jumlah kelebihan muatan positip atau negatip pada suatu benda disimbulkan dengan q atau Q Muatan Q besar atau kecil, positip atau negatip adalah merupakan kelipatan dari: e =1,602 X 1O-19C Di sini e adalah muatan untuk satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan muatan listrik.

MEDAN LISRIK

Mereka lebih suka berfikir... Medan Listrik Fisikawan tidak suka memilih konsep “aksi pada suatu jarak” Mereka lebih suka memilih medan yang dihasilkan objek dan objek lain berinteraksi dengannya Artinya daripada ini ... Mereka lebih suka berfikir... - + - +

Medan Listrik Medan listrik E didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada partikel uji dibagi dengan muatan partikel tersebut Maka Medan listrik dari satu muatan adalah +Q0 Q

Medan Listrik dari satu muatan +Q0 +Q0 +Q0 +Q0 + Catatan: Medan listrik terdefinisi di semua tempat, meski tidak ada muatan di sana.

Partikel bermuatan dalam medan listrik Penggunaan medan untuk menentukan gaya +Q -Q

Vektor & Medan skalar

Medan listrik sebagai medan vektor Medan listrik adalah contoh medan vektor Suatu medan (vektor atau skalar) terdefinisi disemua tempat Suatu medan vektor memiliki arah dan besar Medan listrik memiliki satuan N/C

Superposisi & Medan Listrik

Superposisi & Medan Listrik distribusi muatan titik Q1 Q2

Superposisi & Medan Listrik distribusi muatan kontinu R - r R r dq

Medan Listrik dari muatan kontinu : muatan batang (4 SKS) R - r dq x y P

Medan dari muatan kontinu : muatan cakram (4 SKS) x y dq P R r R - r

Medan dari dipol (4 SKS)

Representasi dari medan listrik Garis-garis medan listrik

Representasi dari medan listrik Tidak mungkin untuk merepresentasikan seluruh vektor medan listrik pada semua tempat

Representasi dari medan listrik Sebagai gantinya dibuat garis-garis yang arahnya menggambarkan arah medan Pada daerah yang cukup jauh dari muatan kerapatan garis berkurang Semuanya ini dinamakan garis-garis medan listrik

Pembuatan garis-garis medan listrik Garis-garis berawal dari muatan positif Garis-garis berakhir di muatan negatif Jumlah garis yang meninggalkan muatan +ve (atau menuju muatan -ve) sebanding dengan besarnya muatan Garis-garis medan listrik tidak dapat berpotongan

Pembuatan garis-garis medan listrik: Contoh

Kuis : Arah Medan Sebuah muatan +q berada di (0,1) Kemanakah arah medan di (1,0) A) i + j B) i - j C) -j D) -i

Garis-garis medan listrik Definisikan karena diketahui Besarnya kerapatan garis medan

Interpretasi garis-garis medan listrik Vektor medan listrik, E, adalah tangen terhadap garis-garis medan listrik pada masing-masing titik sepanjang garis. Banyaknya garis persatuan luas yang melewati permukaan tegak lurus thd medan adalah sebanding dengan kuat medan listrik pada daerah tersebut

HUKUM GAUSS

Overview Medan Listrik dan Gaya Coulomb dihubungkan oleh Sehingga gaya dapat dihitung dari medan Medan listrik adalah medan vektor Dengan superposisi diperoleh Garis medan mengilustrasikan kuat & arah dari medan listrik

Fluks Kuat Medan Listrik

Fluks Medan Listrik: Medan tegak lurus Untuk medan konstan tegak lurus permukaan A A Fluks Medan Listrik didefinisikan :

Fluks Medan Listrik: Tidak Tegak Lurus Untuk medan konstan yang TIDAK tegak lurus terhadap permukaan A A Fluks Medan Listrik didefinisikan

Fluks Medan Listrik: Hubungan dengan garis medan Densitas garis medan Densitas garis medan × Luas Banyaknya fluks garis

Kuis Berapakah fluks medan listrik yang melewati permukaan silinder ? Medan listrik E seragam dan tegak lurus pada permukaan. Silinder memiliki jari-jari r dan panjang L A) E 4/3 p r3 L B) E r L C) E p r2 L D) E 2 p r L E) 0

Hukum Gauss Hubungan antara fluks yang melewati permukaan tertutup terhadap muatan yang dilingkupi oleh permukaan

Fluks yang melewati permukaan bola dari muatan titik Medan listrik sekitar muatan titik E Area Fluks pada bola adalah E × Luas r1 Dihilangkan diperoleh

Jari-jari bola dirubah Fluks sama seperti sebelumnya

Garis Fluks & Fluks Seperti yang diharapkan oleh karena jumlah garis medan yang melewati masing-masing bola adalah sama Dan jumlah garis yang melewati masing-masing bola adalah sama Faktanya jumlah garis fluks yang melewati setiap permukaan yang melingkupi muatan adalah sama Meskipun jumlah garis yang masuk dan yang keluar tidak sama out in

Prinsip superposisi: Berapakah fluks dari dua muatan? Oleh karena fluks berkaitan dengan jumlah garis medan yang melewati permukaan, total fluks adalah total dari masing-masing muatan Secara umum Q1 Untuk setiap permukaan Q2 Hukum Gauss

Kuis Berapakah fluks yang melewati masing-masing permukaan ini ? Q1

Apakah hukum Gauss itu ? Hukum Gauss tidak menceritakan sesuatu yang baru, hanya merupakan cara lain dari ungkapan hukum Coulomb Hukum Gauss biasanya mudah di pergunakan dibanding dengan hukum Coulomb, terutama yang mengandung banyak bentuk-bentuk simetri

Contoh penggunaan hukum Gauss

Contoh penggunaan hukum Gauss 1 Menggunakan simetri oh tidak! Saya lupa hukum coulomb! Tidak masalah, saya ingat hukum Gauss q Bayangkan permukaan bola yang berpusat pada muatan r2 Dengan simetri E adalah  terhadap permukaan Q F=qE Phew!

Contoh penggunaan hukum Gauss 2 Berapakan medan disekitar kulit bola bermuatan? Q Bayangkan permukaan bola berpusat pada kulit bola bermuatan Di luar Di dalam Muatan di dalam permukaan = 0

Contoh penggunaan hukum Gauss 3 Untuk 4 Sks (Keping Muatan)

Contoh penggunaan hukum Gauss 3 Untuk 4 Sks (Kawat bermuatan)

Kuis Di dalam model atom, inti adalah bola seragam dengan muatan +ve dan jari-jari R. Pada jarak berapakan medan E terkuat ? A) r = 0 B) r = R/2 C) r = R D) r = 2 R E) r = 1.5 R

Sifat-sifat konduktor Penggunaan Hukum Gauss Sifat-sifat konduktor

Sifat-sifat konduktor Untuk konduktor dalam kesetimbangan elektrostatik 1. E di dalam konduktor nol 2. Setiap muatan Q terdistribusi pada permukaan (rapat muatan permukaan =Q/A) 3. E diluar adalah  permukaan 4.  lebih besar apabila jari-jari kurva lebih kecil

1. E nol di dalam konduktor Jika terdapat medan di dalam konduktor, maka elektron akan merasakan gaya dan akan dipercepat. Akibat hal ini konduktor tidak akan berada dalam kesetimbangan elektrostatik maka E=0

2. Setiap muatan total Q akan didistribusikan pada permukaan Misalkan permukaan S dibawah permukaan konduktor Karena terdapat kesetimbangan dalam konduktor yaitu E=0 maka =0 Hukum Gauss qi Sehingga muatan total di dalam permukaan adalah nol maka Sebagai permukaan dapat digambarkan sembarang dekat dengan permukaan konduktor, muatan total terdistribusi dipermukaan

3. E diluar adalah  permukaan Misalkan permukaan selinder kecil pada permukaan konduktor E Jika E|| >0 akan menyebabkan muatan permukaan bergerak sehingga tidak berada dalam kesetimbangan elektrostatik, sehingga E|| =0 E|| q Selinder cukup kecil sehingga E konstan Hukum Gauss maka

Ringkasan Fluks medan listrik Hukum Gauss Contoh penggunaan Hukum Gauss Muatan terisolasi Kulit termuatan Muatan garis Bola uniform Sifat-sifat konduktor E nol di dalam konduktor Muatan total Q terdistribusi pada permukaan (rapat muatan permukaan =Q/A) E di luar  pada permukaan  membesar apabila jari- jari mengecil