Upload
hakim-danur-iqbal
View
68
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
elektrostatika
Citation preview
ElektrostatikaBagian I (Muatan Listrik)
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Suatu batang plastik yang telah digosok dapat menarik potongan kecil kertas.
Suatu batang plastik yang telah digosok membelokkan aliran air.
Semua fenomena di atas termasuk fenomena
Kelistrikan Statis (Static Electricity)
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Setelah digosok benda-benda membawa muatan listrik (electric charge).
Setelah digosok penggaris berubah sifat
Menarik benda lain
(Bermuatan Listrik)
Awalnya tidak dapat menarik
benda lain (Netral)
Simbol untuk muatan listrik: q atau Q
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Ada berapa jenis muatan?
Bagaimana sifatnya?
Bagaimana interaksi antar muatan tersebut?
Perhatikan Percobaan Berikut:
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Dari percobaan-percobaan di atas dapat disimpulkan:
- Terdapat dua jenis muatan, yaitu muatan positif (kemudian dinamakan proton) dan muatan negatif (elektron).
- Antara dua muatan akan saling memberi gaya (gaya tolak atau tarik). Muatan sejenis saling tolak dan muatan tak sejenis saling tarik.
- Saat dua bahan saling digosok satu sama lain, maka kedua bahan dapat menjadi bermuatan (berlawanan). Elektron pindah dari satu benda ke benda yang lain (asumsi: hanya elektron yang dapat pindah).
- Muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
- Hanya muatan negatif yang dapat bergerak. - Benda bermuatan negatif karena kelebihan
elektron.- Benda bermuatan positif karena kekurangan
elektron.
Partikel Dasar Penyusun Materi
Partikel Jenis Muatan Besar Muatan, (C)
Massa, (kg)
Elektron Negatif -1,6x10-19 9,109x10-31
Proton Positif +1,6x10-19 1,673x10-27
Neutron Netral 0 1,675x10-27
Satuan muatan adalah coulombs (C)
Satu elektron mempunyai muatan 1,6 x 10-19 C
Jadi 1 C setara dengan jumlah muatan dari 6 juta juta juta (6 1018) buah elektron atau proton.
~6 000 000 000 00 000 000 protons = 1 C
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Kenapa rambutnya berdiri?
Rambutnya membawa muatan dengan jenis yang sama sehingga saling tolak, dan menjadi berdiri.
++++ ++
+++
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Dari mana muatan berasal?Semua benda tersusun dari partikel-partikel yang disebut atom.
++ +
Elektron: muatan (e)
Proton: muatan (+e)
Neutron: NetralNeutron: Netral
Inti
• Dalam keadaan normal, jumlah proton = jumlah elektron, maka atom dalam keadaan keseimbangan (netral)
• Jika jumlah proton jumlah elektron, maka atom dalam ketakseimbangan atom menjadi bermuatan
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Isolator BanSarung Tangan
Kayu
Karet
Bahan yang tidak dapat memindahkan muatan dengan mudah
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
Konduktor
Bahan yang dapat memindahkan muatan dengan mudah
3.Semikonduktor: bahan yang sifatnya antara konduktor dan
isolator (contoh: Silicon, carbon, germanium).
4.Superkonduktor: bahan metal yang dapat menjadi konduktor
sempurna pada temperatur tertentu.
Cara Memberi Muatan(Method of Charging)
• Gesekan(Sudah dijelaskan sebelumnya)
• Induksi: Tidak ada terjadi kontak antara benda bermuatan dan benda netral.
• Hasil: kedua benda bermuatan berlawanan
Induksi ElektrostatikSudah diketahui:
• Muatan sejenis tolak-menolak dan muatan tak sejenis tarik-menarik.
• Benda bermuatan negatif mempunyai kelebihan elektron dan benda bermuatan positif memiliki kekurangan elektron.
• Batang acetat bermutan positif dapat menarik benda netral seperti potongan kertas.
Tetapi bagaimana benda bermuatan dapat menarik benda tak bermuatan?
1. Induksi penggaris bermuatan pada potongan kertas
+ + +
_ _____
++++++
Penggaris bermuatan
Potongan kertas
+ + + ++ + + + + + +
Gaya tolak pada ion-ion +
gaya tarik pada e
Muatan induksiCatatan: kedua benda tidak memperoleh ataupun kehilangan muatan
++
++++
2. Memuati dua kaleng logam dengan induksi
B A
Muatan total kedua kaleng
adalah nol
++++++
Muatan e diinduksi pada sisi yang terdekat ke batang.
e bergerak menjauh Muatan +e
diinduksi pada sisi
+
+
+
+
++
B A
Kedua kaleng
dipisahkan
++
++++
Jauhkan batang
+
+
+
+
++
B A
Kedua kaleng menjadi
bermuatan
Proses pemberian muatan seperti ini disebut induksi
Tidak ada muatan
total yang diperoleh ataupun hilang
3. Memberi muatan pada satu kaleng dengan induksi
(i) e tertarik ke sisi kanan+++++
+
dari bumi
(ii) e mengalir ke dalam untuk menggantikan e yang hilang pada sisi kiri.
e
e
++++++
(iii) Jari ditarik dari kaleng.
(iv) Muatan induksi tertinggal pada kaleng.(v) Batang bermuatan dijauhkan.
Kaleng menjadi bermuatan
Memberi Muatan Pada Elektroskop
Daun Emas(yang dapat membuka atau
menutup)
Kawat Tembaga
Plat Logam
Untuk melihat/mengulangi animasi click pada “restart”
Batang acetate bermuatan positif didekatkan ke plat logam, sehingga elektron-elektron pada elektroskop bergerak ke atas menuju plat logam dan daun emas pada bagian bawah menjadi bermuatan positif sehingga saling tolak dan membuka.
Selanjutnya, bila bola logam bermuatan positif ditempelkan pada elektroskop yang muatannya sudah mengutub, maka muatan negatif pada elektroskop akan mengalir ke bola logam. Sekarang elektroskop menjadi bermuatan positif
Bola logam bermuatan
Pegangan Isolasi
Click untuk melihat animasi
Untuk melihat/mengulangi animasi click pada “restart”
Selanjutnya, bila bola logam bermuatan positif ditempelkan pada elektroskop yang muatannya sudah mengutub, maka muatan negatif pada elektroskop akan mengalir ke bola logam. Sekarang elektroskop menjadi bermuatan positif
Bila bola logam bermuatan negatif ditempelkan pada elektroskop yang bermuatan positif dan daun terbuka, maka elektron pada bola logam akan mengalir ke dalam elektroskop. Elektroskop kembali netral dan daunnya kembali tertutup.
Generator Van de Graaff
Alat untuk menghasilkan muatan listrik yang besar
dan kontinu.
Pembagian Dan Pembumian Muatan(Charge Sharing & Earthing)
Bola kecil berbagi beberapa muatan dengan kubah logam.
_ __
__
___
_
__
_
_
_
_ _
__
___
_
__
_
_
_Bola berbagi lebih banyak muatan dengan kubah logam.
Jika bola diganti dengan yang lebih besar ….
Jika bola dihubungkan dengan bumi …...
_ _
__
___
_
__
_
_
_
Semua muatan kubah masuk ke bumi. TIDAK ADA muatan tersisa pada kubah.
Proses ini disebut earthing/grounding (pembumian/pentanahan)
Kelistrikan Statis Juga Dapat Berbahaya
• Saat bahan bakar mengalir keluar dari pipa pengisi bahan bakar menjadi bermuatan positif, karena pipa menarik elektron keluar dari bahan bakar.
• Muatan positif terdistribusi pada permukaan tanki
• Jika tercapai potensi yang cukup suatu ledakan dapat terjadi.
Tanki Bahan Bakar
Bagaimana cara mengatasi masalah ini?
Dengan menghubungkan tanki dan pipa ke tanah memungkinkan kelebihan muatan negatif pada pipa pindah ke tanah dan muatan negatif dari tanah tanah mengalir ke tabung untuk menetralkan kelebihan muatan positif tabung.
Hubungan ke tanah (Ground)
Kilat/Petir (Lightning)
Awan Menjadi sangat
“negatif” Permukaan Tanah Menjadi
sangat “positif”
• Air di awan menarik keluar elektron dari butiran air hujan.• Butiran membawa muatan positif dan mengumpulkannya
pada tanah.• Tegangan sangat tinggi terjadi antara awan dan tanah.• Suatu percikan yang sangat besar adalah cara agar muatan
negatif berpindah ke tanah untuk mendischarge awan.
Bagaimana kilat terbentuk?
Penangkal Petir(Lightning Conductor)
• Bekerja pada titik yang tersambar petir.
• Mencegah bangunan dari sambaran petir selama hujan lebat.
Central Plaza
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
e tiba-tiba melompat dari awan ke atap
menghasilkan cahaya kilat
• Awan juga menjadi bermuatan bila ditiup angin (gesekan)
• Jika awan membawa muatan ve
• Gaya tarik jadi sangat kuat sehingga…
angin anginangin
Þ Muatan +ve akan diinduksi pada atap
+ + + ++++ +
++++ +++
++++
+++
____
_____
__ __
___ _
__
AfdalJurusan Fisika
Universitas Andalas
+ + + ++++ +
++++ +++
++++
+++
____
_____
__ __
___ _
__
Rapat muatan lebih tinggi
menarik e dari awan
e
memberi rute untuk e lewat menuju tanah
Aliran ion-ion +ve (ion mengalir ke
luar)
Mengurangi muatan di atap
& menetralisir beberapa muatan pada awan
Penangkal petir mengurangi resiko dengan 2 cara:
e
e
e
e
e
Mobil Tanki (Petrol tanker):Muatan tercipta dalam ban karet (dengan gesekan) menghasilkan percikan listrik
menyebabkan ledakan jika uap minyak ada di udaraLedakan!
Rantai logam ountuk melewatkan muatan ke tanah.
Ban dibuat dari karet konduktif. Muatan tercipta selama terbang (karena gesekan)
Pesawat Udara
Dapat dikonduksi ke tanah pada saat landing.
Electrostatic point spraying(Cat semprot, parfum, ….)
Butiran saling tolak & menyebar.
Cat yang terpakai lebih sedikit dan menempel dengan lebih kuat pada benda.
• Butiran cat diberi muatan +ve
________
• Butiran bermuatan ditarik pada benda yang bermuatan induksi ve.
+
+++ +
++
+
++++
+
1. Tulislah 2 contoh peralatan yang bekerja berdasarkan prinsip elektrostatis.
2. Tulislah 3 contoh fenomena listrik statis dalam kehidupan sehari-hari.
3. Jelaskan proses yang terjadi sehingga sebuah sisir yang telah digosok dengan tangan dapat menarik potongan kertas yang netral.
4. Tulislah jenis-jenis muatan dan jelaskan sifatnya.5. Kenapa suatu benda menjadi bermutan negatif dan
posistif? 6. Bagaimana cara membuat benda netral menjadi
bermuatan?