1 Matakuliah: K0272/Fisika Dasar III Tahun: 2007 Versi: 0/2 Pertemuan 02 Hukum Coulomb

2 Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan : Mahasiswa dapat menerangkan konsep dasar hukum Coulomb : pendahuluan, gaya Coulomb, definisi kuat medan listrik di sebuah tempat (titik),intensitas medan listrik oleh banyak muatan titik. → C2 (TIK - 2)

3 Outline Materi Materi 1 Pendahuluan Materi 2 Hukum Coulomb - Gaya Coulomb - Gaya Coulomb antar muatan titik Materi 2 Definisi kuat medan(intensitas) listrik - Intensitas medan oleh banyak muatan. listrik

4 ISI Materi yang dibahas dalam pertemuan ini akan mencakup hukum Coulomb yang terdiri dari: gaya Coulomb, gaya Coulomb antar banyak muatan titik, definisi kuat medan listrik dan kuat medan listrik (intensitas medan oleh banyak muatan titik Aplikasi dari hukum Coulomb dan medan listrik terdapat diperbagai peralatan elektronik seperti, televisi dan monitor, extraktor debu pada industri pembangkit listrik tenaga uap (batubara), alat penangkal petir dan lain-lain.

5 1. HUKUM COULOMB Bangsa yang mula-mula mengenal.muatan listrik adalah bangsa Yunani kuno..Pada zaman tersebut telah diketahui bah-.wa bila batu ambar digosok maka dapat.menarik benda-benda kecil seperti jerami.maupun bulu.Perkataan listrik berasal dari.kata batu ambar yang artinya elektron..Dalam percobaan dua batang gelas ; yang.pertama digosok dengan sutera kemudian.digantungkan pada benang sutera sedang-.kan batang kedua juga digosok dengan.sutera dan didekatkan pada batang....

6 pertama maka kedua batang akan saling. tolak menolak. Sebaliknya bila sebuah. tongkat plastik (lucit) digosok dengan bulu. dan didekatkan ke gelas pertama maka ke.. duanya saling tarik menarik, dan bila dua.. tongkat plastik digosok dengan bulu maka.. ke duanya akan saling tolak menolak... Dari pengamatan di atas dapat disimpul -..-kan adanya dua macam muatan ; muatan.. pada gelas berlawanan dengan muatan.. pada plastik.. Fisikawan Benyamin Franklin ( ).. adalah yang mula-mula menamakan mua-.. tan pada gelas muatan positif dan pada..(

7 muatan negatif... Telah diketahui bahwa setiap benda. terdiri dari sejumlah molekul dan molekul. terdiri dari sejumlah atom sedangkan atom. tersusun dari inti atom dan elektron-eklek. -tron yang mengelilingi inti. Inti atom. terdiri dari : proton yang bermuatan positif. dan neutron yang tak bermuatan listrik.. Jumlah muatan listrik proton sama dengan. jumlah muatan listrik seluruh elektronnya. sedangkan jumlah proton dalam suatu inti. sama dengan nomor atom Z dalam tabel. periodik elemen-elemen.

8 Satuan muatan listrik Dalam SI satuan muatan listrik adalah Coulomb [C] Satu Coulomb adalah banyaknya muatan yang mengalir melalui suatu penampang kawat dalam 1 detik bila arus tetap sebesar 1 ampere terdapat pada kawat tersebut. Muatan listrik tidak kontinu tetapi terku- antisasi yaitu merupakan kelipatan bulat dari muatan elektron. Muatan 1 elektron = 1.6 x Coulomb

9 Gaya Coloumb Gaya Coulomb antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan besarnya masing - masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke dua muatan. Untuk muatan bertanda sama tolak menolak dan berlawanan tanda tarik menarik. ….…(C1) k = 1/4πε 0 = 9 x 10 9 Nm 2 /C 2 a = vektor satuan

10 Q 1 = muatan listrik di titik 1 Q 2 = muatan listrik di titik 2 r = jarak antara ke dua muatan - Notasi arah gaya Coulomb Q 1 = muatan di 1 Q 2 = muatan di 2 r 1 dan r 2 vektor posisi di titik 1 dan 2 r1r1 r 2 – r 1 r2r2 O Q2Q2

11 Besarnya gaya yang dialami oleh muatan 2 akibat muatan 1 adalah : F 21 = (k Q 1 Q 2 / r 12 2 ) a 12 a 12 = r 12 / ‌ r 12 ‌ = (r 2 – r 1 )/( ‌ r 2 – r 1 ‌ ) Gaya Coulomb oleh beberapa muatan titik. Gaya pada muatan q 1 oleh muatan – muatan q 2, q 3,.... q n......(C2)

12 Dari jarak titik P ke empat titik lainnya ternyata. bahwa komponen vektor pada arah sumbu X dan. sumbu Y saling menghapus (sifat simetri),. sehingga gaya Coulomb yang bekerja pada. muatan di titik P hanya komponen Z saja, yaitu : Soal latihan : Suatu muatan sebesar 5 μC berada pada sumbu.Y... dimana y = 3 cm dan muatan ke dua -5 μC juga... berada pada sumbu Y dengan y = -3 cm,sedang-... kan muatan ke tiga 2μC berada pada sumbu X... dimana x = 8 cm,carilah gaya yang bekerja pada... muatan ini.

13 2. Definisi medan listrik [N/C = V/m] Gaya Coulomb yang dibangkitkan di setiap titik di sekeliling suatu muatan titik Q, bila pada setiap titik tersebut ditempatkan muatan uji q 0 adalah : Q q 0 F Qq0 ☻ r ● F qoQ Besarnya gaya Coulomb pada muatan uji q 0. dibagi dengan besarnya muatan uji disebut... kuat medan listrik E di titik muatan uji......

14 sehingga, E :.....(C3) Definisi E yang lebih eksak adalah : ……(C4) sehingga berdasarkan persamaan (C3) dan … (C4) yaitu kuat medan listrik pada jarak r.. dari muatan titik Q adalah : …….(C5)

15 Aplikasi persamaan (C5) bila muatan titik... Q terdapat dalam ruang (koordinat.. Kartesian) :..(C6) r – r* Y x Z r* r O P Q

16 atau dalam bentuk skalar : (C7) Persamaan (06) dalam koordinat.... Kartesian menjadi :.....(C8) Kuat medan listrik oleh banyak. muatan titik : E = E 1 + E 2 + …..+ E n = ∑ j=1 j=n E j atau

(C9) Contoh soal 3 :... Carilah kuat medan di (0,0,5) m karena adanya muatan q 1 = 0.35 μC di titik... (0,4,0) m dan muatan q 2 = μC di.... titik (3,0,0) m. Jawaban : R 1 = - 4a y +5a z. → a R1 = (- 4a y +5a z )/..... √41 R 2 = - 3a x +5a z. → a R2 = (- 3a x +5a z )/... √34

18 E 1 = kq 1 /R 1 a R1 →.. E 1 = ( a y a z )V/m.... E 2 = kq 2 /R 2 a R2 →... E 2 = ( 74.9 a x – a z )V/m → E = E1 + E2.. = 74.9 a x – 48.0 a y – 64.9 a z Contoh soal 4 :. Suatu massa m = 0.60 gr yang bermua-... tan listrik, digantungkan pada seutas tali.... dalam medan lisrik homogen E = 700 N /.... C seperti tergambar. Tentukan muatan listrik pada massa.... tersebut.

19 E Karena muatan menyim -pang ke kiri maka mua tannya negatif F C ☻ Gaya yang bekerja pada ☺ tali adalah adalah resultante dari F C = qE dan mg → tg 20 0 = F C / mg → F C = mg x tg 20 0

20 F C = 0.60 gr x kg x 9.8 m/dt 2... X tg 20 0 F C = q E → q- = (2.13 x N) / 700 N/C q - = x C

21 simulasi gaya Coulomb dan medan listrik EField/EField.html lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/dip ole1.html

22 Rangkuman : 1.Gaya Coulomb, F C... Gaya tarik menarik antara dua......muatan positif Q 1 dan Q 2 yang berjarak r - Gaya Coulomb pada suatu muatan oleh. muatan-muatan lain

23 atau, F C1 = gaya Coulomb pada muatan 1 2.Kuat medan listrik,E Kuat medan listrik di sekitar muatan titik Q yang berjarak r dari Q - Kuat medan listrik oleh banyak muatan titik

24 E = E 1 + E 2 + …..+ E n = ∑ j=1 j=n E j atau

25 > Setelah menyelesaikan dengan baik materi kuliah ini mahasiswa diharapkan sudah mampu menyelesaikan masalah-masalah yang berhu - bungan dengan gaya Coulomb dan medan listrik oleh muatan titik, khususnya yang terkait dengan teknik sistem komputer.

26