Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331 -...

Perkuliahan

Fisika Dasar II

Oleh Endi Suhendi 1

Fisika Dasar II

FI-331

Menu hari ini (1 minggu):

� Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 2

Last Time:Potensial dan Konduktor

Oleh Endi Suhendi 3

Potensial dan Konduktor

Medan E dan Potensial: Sumber

Sebuah muatan titik q menghasilkan medan dan

Oleh Endi Suhendi 4

Sebuah muatan titik q menghasilkan medan dan potensial disekitarnya:

Gunakan superposisi untuk sistem banyak muatan

Hubungannya:

Jika anda menempatkan sebuah partikel, q, dalam medan:

Medan E dan Potensial: Efek

Oleh Endi Suhendi 5

Untuk memindahkan sebuah partikel, q, dalam medan:

Konduktor dalam Kesetimbangan

Konduktor adalah objek equipotensial:1) E = 0 di dalam 2) Muatan neto di dalam 0 3) E tegak lurus permukaan

Oleh Endi Suhendi 6

4) Kelebihan muatan pada permukaan

Kapasitor dan Kapasitansi

Oleh Endi Suhendi 7

Kapasitor dan Kapasitansi

Kapasitor: Penyimpan Muatan & Energi Listrik

Kapasitor: dua konduktor terisolasi dengan muatan yang sama Q dan berbeda tanda dan beda potensial ∆V diantaranya.

Oleh Endi Suhendi 8

Satuan: Coulomb/Volt atau Farad

Kapasitor Plat Sejajar

Oleh Endi Suhendi 9

Menghitung E (Hukum Gauss)

Oleh Endi Suhendi 10

Alternatif Pemecahan

Plat bagian atas:

Oleh Endi Suhendi 11

Plat bagian bawah:

Kapasitor Plat Sejajar

Oleh Endi Suhendi 12

C hanya bergantung pada faktor geometri A dan d

Kapasitor Bola

Dua kulit bola konsentrik berradius a dan b

Berapakah E?

Oleh Endi Suhendi 13

Hukum Gauss → E ≠ 0 hanya pada daerah a < r < b, bentuk E mirip dengan yang dihasilkan oleh muatan titik:

Kapasitor Bola

Oleh Endi Suhendi 14

Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

Kapasitansi Bumi

Untuk sebuah bola konduktor berradius a:

Oleh Endi Suhendi 15

Satu Farad adalah sangat BESAR! Kita biasa menggunakan pF(10-12) atau nF(10-9)

Kapasitor Silinder

Dua kulit silinder konsentrik berradius a dan b, tingginya l. Kulit Silinder dalam bermuatan total Q (λ uniform) dan kulit

Oleh Endi Suhendi 16

total Q (λ uniform) dan kulit silinder luar bermuatan total - Q (λ uniform)

Hitung Kapasitansi Sistem tersebut!

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 17

dalam Kapasitor

Energi untuk Memuati Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 18

1. Kapasitor awalnya tidak bermuatan.2. Bawa +dq dari bawah ke atas.

Sekarang atas memiliki muatan q = +dq, bawah –dq3. Ulangi4. Berhenti ketika atas memiliki muatan q = +Q, baw ah -Q

• Pada suatu saat tertentu, plat atas +q, bawah –q• Beda potensialnya adalah ∆V = q / C• Usaha yang dilakukan untuk membawa dq yang lain

adalah dW = dq ∆V

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 19

Sehingga usaha yang dilakukan untuk menggerakkan dq adalah is:

Usaha yang Dilakukan untuk Memuati Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 20

Energi Total untuk memuati sampai q = Q:

Energ yang Tersimpan dalam Kapasitor

Karena

Oleh Endi Suhendi 21

Dimanakah energi tersimpan???

Energi disimpan dalam Medan Listrik!

Kapasitor plat sejajar:

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 22

Rapat Energi Medan Listrik

Batrei (Catu Daya) & Rangkaian Dasar

Oleh Endi Suhendi 23

Rangkaian Dasar

Batrei (Catu Daya) Ideal

Oleh Endi Suhendi 24

• Beda potensialnya tetap diantara ujung-ujungnya• Sumber muatan sebanyak muatan yang diperlukan

Susunan Batrei Seri

Oleh Endi Suhendi 25

Beda potensial neto berubah yaitu ∆V = ∆V1 + ∆V2

Susunan Batrei Paralel

Beda potensial tetap ∆V

Oleh Endi Suhendi 26

tetap ∆VDon’t do this!

Susunan Kapasitor Paralel

Potensial Sama!

Oleh Endi Suhendi 27

Kapasitansi Equivalen

Oleh Endi Suhendi 28

Animasi 5.1

Susunan Kapasitor Seri

Oleh Endi Suhendi 29

Sekarang tegangannya beda, Bagaimana dengan Q?

Susunan Kapasitor Seri

Oleh Endi Suhendi 30

(Tegangan dijumlahkan

Kapasitansi Equivalen

Oleh Endi Suhendi 31

(Tegangan dijumlahkan pada susunan seri)

Animasi 5.2

Dielektrik

Sebuah bahan dielektrik adalah bahan non konduktor atau insulatorContoh: karet, kaca, kertas

Oleh Endi Suhendi 32

Ketika dielektrik ditempatkan pada kapasitor bermuatan, beda potensial diantara dua plat akan berkurang

HOW???

Tinjauan Molekular dari Dielektrik

Dielektrik Polar :Dielektrik dengan momen dipol listrik permanen Contoh: Air

Oleh Endi Suhendi 33

Dielektrik Non-Polar: Dielektrik dengan momen dipol listrik terinduksiExample: CH 4

Tinjauan Molekular dari Dielektrik

Oleh Endi Suhendi 34

Example: CH 4

Dielektrik dalam Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 35

Beda Potensial berkurang karena polarisasi dielektrik menurunkan besar medan listrik!

Hukum Gauss untuk Dielektrik

Oleh Endi Suhendi 36

Ketika memasukan dielektrik, rapat muatan σ terinduksi pada permukaannya

Apa itu σ’?

Konstanta Dielektrik κ

Dielektrik menurunkan besar medan awal oleh faktor κ

Oleh Endi Suhendi 37

Hukum Gauss dengan dielektrik: Konstanta DielektrikVakum 1.0Kertas 3.7Gelas Pyrex 5.6Air 80

E, P dan D

( )σσ qqA ′−=′−

Oleh Endi Suhendi 38

( )00 εε

=

PEεDA

qEε

A

q

Aε

q

Aε

qE 00

00

+=→′

+=→′

−=

A

qPdan

A

qD

′==

E, P dan D

PEεD 0

rrr+=

Karena E adalah vektor, maka D dan P juga vektor:

bebas"muatan dengan berkaitan "

nt)displaceme (electricListrik Pergeseran D =r

Oleh Endi Suhendi 39

"polarisasimaupun bebasbaik

ada, yangmuatan semuadengan berkaitan "

dielektrik dalamListrik Medan E

"polarisasimuatan dengan berkaitan "

Listrik Polarisasi P

bebas"muatan dengan berkaitan "

=

=

r

r

Dielektrik dalam Kapasitor

Q0= Konstan setelah batrei diputus

Oleh Endi Suhendi 40

Ketika dimasukan dielektrik:

V0 = Konstan ketika batrei tetap terhubung

Dielektrik dalam Kapasitor

Oleh Endi Suhendi 41

Setelah dimasukan dielektrik:

Problem

Oleh Endi Suhendi 42

Berapa kapasitansi sistem kapasitor berikut?

TUGAS 4Sudah dapat diakses di e-Learning

Oleh Endi Suhendi 43