Muatan dan Gaya Listrik

Presentasi berjudul: "Muatan dan Gaya Listrik"— Transcript presentasi:

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

2 Kuantisasi Elektrostatik
Penjelasan mikroskopik muatan Muatan satuan

3 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

4 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

5 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| = x C i.e. 1C = 6.2 x 1018 |e|

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

7 Dari Mikroskopik ke Makroskopik
Definisi : Normal Karbon [12C] memliki 12 nukleon 12g (i.e kg) Karbon adalah satu Mol 1 Mol adalah ×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

8 Peralatan dan metoda pemberian muatan

9 Elektroskop

10 Grounding Bumi secara praktis membatasi supply dari muatan

11 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

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

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

14 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

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

16 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

17 Hukum Coulomb

18 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

19 Percobaan Coulomb F Garis Fr-2 r

20 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

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

22 Bentuk vektor hukum Coulomb
+ - + r12 Q2 + Q1

23 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

24 Gaya dari banyak muatan
Superposisi

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

26 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

27 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.

28 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.

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

30 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.

31 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.

32 Step 4: Melengkapi penyelesaian matematik
F3x = F31,x + F32,x = 120 N + 0 N = 120 N F3y = F31,y + F32,y = -70 N 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.

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

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

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

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

37 Coulomb vs Newton

38 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

39 Tugas di rumah (2)

40 Tugas di rumah (2)

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

42 End of Section...