Muatan dan Gaya Listrik FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-02 Muatan dan Gaya Listrik PHYSI S

Kuantisasi Elektrostatik Penjelasan mikroskopik muatan Muatan satuan

Atom & Ion 3 +e Proton & 3 –e elektron adalah pembentuk atom netral Menghilangkan satu elektron menyebabkan terbentuknya ion bermuatan +e Penambahan satu elektron menghasilkan ion bermuatan -e

Penjelasan Atomik Untuk sifat Makroskopik Beberapa atom sangat mudah kehilangan elektron dan menjadi bermuatan +(n)e Elektron-elektron tsb ditarik oleh atom-atom lain yang menjadi atom bermuatan –(n)e Muatan terkuantisasi yakni kelipatan dari muatan elektron -e Pemberian muatan adalah peristiwa pertukaran elektron

Satuan Muatan Oleh karena muatan adalah sifat fundamental materi, maka diperlukan satuan. Satuan alamiah muatan adalah e (muatan elektron) Satuan SI adalah Coulomb (C) |e| = 1.60219 x 10-19 C i.e. 1C = 6.2 x 1018 |e|

Sifat-sifat partikel atomik Muatan / C Massa / Kg Elektron (e) -1.6021917 × 10-19 9.1095x10-31 Proton (p) +1.6021917 × 10-19 1.67261x10-27 Netron (n) 1.67492x10-27

Dari Mikroskopik ke Makroskopik Definisi : Normal Karbon [12C] memliki 12 nukleon 12g (i.e. 0.012 kg) Karbon adalah satu Mol 1 Mol adalah 6.023 ×1023 atom, (Bilangan Avagadro) Kalkulasi Muatan (q) pada sebuah balon biasanya 10-6 C q = 10-6 C = 10-6 x 6 × 1018 e = 6 × 1012 e i.e. Sekitar 1 dalam 1021 ekstra elektron

Peralatan dan metoda pemberian muatan

Elektroskop

Grounding Bumi secara praktis membatasi supply dari muatan

Metoda yang berbeda untuk pemberian muatan Gesekan e.g. mengesek balon dengan kain wool Konduksi e.g. sentuhan pada elektroskop Induksi e.g. balon ditempelkan pada dinding

Proses Gesekan Untuk Bahan Isolator Menggosokan 2 buah bahan isolator Sutera - + Plastik + Elektron “lebih tertarik” kepada sutra daripada kepada plastik + - - - + - - + +

Proses Konduksi Untuk bahan konduktor Dua buah bahan konduktor disentuhkan, dimana salah satunya memiliki muatan bebas

Induksi Balon pada dinding Dinding adalah netral dan sebagai insulator Dinding tetap netral tetapi permukaan memiliki sedikit sisa muatan yang cukup untuk mengikat balon Muatan +ve bergerak menuju depan balon Muatan -ve bergerak menjauhi balon

Eksperimen dan aplikasi untuk kelistrikan statik Percobaan tetes minyak milikan Generator Van de Graaff Fotokopi dan Laser Printer

Ringkasan Muatan dibawa oleh elektron Peralatan dan teknik Elektroskop “Mengukur muatan” Grounding membatasi suplai muatan Generator Van de Graaff “Meng-generate muatan” Metoda pemberian muatan Gesekan Konduksi Induksi

Hukum Coulomb

Keseimbangan Torsi Coulomb Perputaran ini untuk mencocokan dan mengukur torsi dalam serat dan sekaligus gaya yang menahan muatan Skala dipergunakan untuk membaca besarnya pemisahan muatan

Percobaan Coulomb F Garis Fr-2 r

Hukum Coulomb Penentuan Coulomb Gaya tarik menarik jika muatan berbeda tanda Gaya sebanding dengan perkalian muatan q1 dan q2 sepanjang garis lurus yang menghubungkannya Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak I.e. |F12|  |Q1| |Q2| / r122 atau |F12|= k |Q1| |Q2| / r122

Hukum Coulomb Satuan untuk konstanta ditentukan dari hukum Coulomb Coulomb telah menentukan konstanta ini dalam satuan SI k = 8.987.5x109 Nm2C-2 k secara normal dinyatakan sebagai k = 1/40

Bentuk vektor hukum Coulomb + - + r12 Q2 + Q1

Kuis A: FAB=-3FBA B: FAB=-FBA C: 3FAB=-FBA D: FAB=12FBA Objek A bermuatan +2 C dan Objek B bermuatan +6 C. Pernyataan manakah yang benar ? FBA? A: FAB=-3FBA B: FAB=-FBA C: 3FAB=-FBA D: FAB=12FBA A +2 C FAB? B +6 C

Gaya dari banyak muatan Superposisi

Gaya dari banyak muatan - Q2 + Q1 - Q3 Gaya pada muatan adalah jumlah vektor gaya dari semua muatan Prinsip superposisi + Q4

Menyelesaikan persoalan Hukum Coulumb dan Vektor Hitunglah total gaya elektrostatik pada muatan Q3 karena pengaruh muatan Q1 dan Q2. x y Q2=+50C Q3=+65C Q1=-86C 52 cm 60 cm 30 cm =30º

Step 0: Berpikir! Ini adalah persoalan Hukum Coulomb Kita hanya ingin tahu gaya pada muatan Q3. Jangan pedulika gaya yang lain Gaya bersifat additive, sehingga kita dapat menghitung F32 dan F31 dan kemudian menjumlahkan keduanya. Dalam kasus ini, kita melakukan penjumlahan vektor dengan menjumlahkan masing-masing komponennya, sehingga kita harus menguraikan gaya-gayanya dalam komponen-x dan y.

Step 1: Menggambar Sketsa persoalan Gambar sebuah sketsa yg representatif —done. Gambar dan beri label sketsa yg relevan —done. Gambar sumbu-sumbu, tentukan titik awal dan arah —done. x y Q2=+50C Q3=+65C Q1=-86C 52 cm 60 cm 30 cm =30º F32 F31 Gambar dan beri label gaya (hanya pada Q3). Gambar komponen gaya yg tidak sepanjang sumbu2.

Step 2: Masukkan Rumus <complaining> Apakah saya harus memasukkan tanda nilai mutlak? Ya, untuk sekarang.

Step 3: Ganti besaran generik dengan yg Spesifik x y Q2=+50C Q3=+65C Q1=-86C 52 cm 60 cm 30 cm =30º F31 F32 (lihat gambar) Diperoleh F32,y = 330 N dan F32,x = 0 N.

Step 3 (Lanjutan) y (+) x (-) Q2=+50C Q3=+65C Q1=-86C 52 cm 60 cm 30 cm =30º F31 F32 (+) (-) Diperoleh F31,x = +120 N dan F31,y = -70 N.

Step 4: Melengkapi penyelesaian matematik F3x = F31,x + F32,x = 120 N + 0 N = 120 N F3y = F31,y + F32,y = -70 N + 330 N = 260 N x y Q2=+50C Q3=+65C Q1=-86C 52 cm 60 cm 30 cm =30º F31 F32 F3 The text shows how to calculate the magnitude F3 and the angle between F3 and the x-axis.

Gaya dari muatan kontinu : Q R - r R r dq

Gaya dari muatan kontinu : Simetri Bola Q dq R R - r r x y z

Gaya dari muatan kontinu : muatan batang R - r dq x y

Gaya dari muatan kontinu : muatan cakram x y dq Q R r R - r

Coulomb vs Newton

Hukum Coulomb vs Hukum Gravitasi Newton Tarik menarik atau tolak menolak 1/r2 Sangat kuat Skala lokal Selalu tarik menarik 1/r2 Sangat lemah Skala besar, planet, alam semesta

Tugas di rumah (2)

Tugas di rumah (2)

Ringkasan Hukum Coulomb Bentuk vektor hukum Coulomb Gaya elektrostatik diantara muatan Bentuk vektor hukum Coulomb Gaya Coulomb vs Gravitasi Gaya Elektrostatik lebih kuat Superposisi

End of Section...