FISDAS II.ppt

www.fisikamania.wordpress.com

Pertemuan Pertemuan ke-I ke-I


PERATURAN

• Datang tepat waktu dan toleransi 15 menit

• Memakai pakaian yang sopan (tidak memakai kaos yang tidak berkerah)

• Memakai sepatu yang tertutup• Pada saat kuliah hp di silen kan


PENILAIAN

• TUGAS 20 %• QUIS 30 %• UTS 20 %• UAS 30 %

100 %Ket: tidak ada susulan kecuali hal yang

urgen


Materi fisika dasar IIListrik

• Listrik Statis• Muatan Listrik• Hukum kekekalan

muatan• Hukum Coulumb• Medan Listrik• Hukum Gauss• Garis Medan• Potensial Listrik

• - Energi Potensial• - Kapasitansi• - Dielektrik• - Energi Listrik• - Arus Listrik• - Resistansi dan hukum

ohm• - Daya listrik• - Rangkaian listrik• - Hukum Kirchoff


Magnet

• Medan magnet• Hukum Biot Savart• Hukum ampere• Gaya magnet pada

kawat berarus• Gaya antar dua kawat

berarus• Sifat-sifat magnetik

bahan

• Induksi Elektromagnetik• Hukum Faraday• Generator Listrik• Arus bolak-balik• Arus dan tegangan pada

rangkaian• Rangkaian R, L, dan C• Resonansi• Transformator


Daftar Pustaka• Giancoli. D.C. 2001. FISIKA. Edisi

kelima,jilid 2. Jakarta.Penerbit Erlangga• Young & Freedman .2000. FISIKA

UNIVERSITAS. Edisi kesepuluh. Jakarta. Penerbit Erlangga

• Dr. Peter Soedojo, 2004, Fisika Dasar, penerbit Andi Publisher

• David Halliday dan Robert Resnick, 1996, Fisika, Penerbit Erlangga.

• Materi dari internet


Pertemuan Pertemuan ke-II ke-II


Listrik statik

•Kata listrik (electricity) berasal dari kata yunani elektron , yang berarti “amber”


• Amber adalah damar pohon yang membantu, dan orang zaman dulu mengetahui jika anda menggosok batang amber dengan kain, amber tersebut akan menarik daun daun kecil atau debu.


Penggaris plastik yang digosok dengan kain juga akan

menunjukkan “efek amber” ini atau sekarang kita sebut

dengan istilah listrik statis.

Contoh lain : menyisir rambut


Muatan Listrik ...

Ada dua jenis muatan listrik• Muatan Positif (proton)• Muatan Negatif (elektron)

Besar Muatan Listrik :• 1 proton = +1,6 x 10-19 Coulomb• 1 elektron = –1,6 x 10-19 Coulomb


Interaksi antar Muatan ...

• Muatan yang sejenis akan Tolak Menolak

• Muatan tidak sejenis akan Tarik Menarik


Hukum kekekalan muatan

• Ilmuan Amerika “Benjamin Franklin” tahun 1706 - 1790

• Jumlah total muatan listrik yang dihasilkan pada setiap proses adalah nol.

• Contoh : ???


“ Ketika penggaris plastik digosok dengan handuk kertas, plastik tersebut mendapatkan muatan negatif dan handuk mendapatkan muatan positif dengan jumlah yang sama. Muatan muatan tersebut terpisah, tetapi jumlah keduanya adalah nol”


Hukum Coulomb

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)

Mengkaji gaya interaksi partikel partikel bermuatan menggunakan sebuah neraca

puntir


Sesuai Hukum Coulumb…

“ Besarnya gaya listrik diantara dua muatan titik berbanding langsung dengan hasil kali muatan muatan itu dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak diantara muatan muatan itu”


Besar Interaksi antar Muatan...• Gaya sebanding muatan-muatan

• Gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan

21 q . q F

2r

1 F


Besar Interaksi antar Muatan...

221

r

q . q F 2

21

r

q . qk F

k = konstanta

= 9 x 109 Nm2C-2

o = permitivitas ruang hampa

(8,85 x 10 -12C2/Nm2

0.4

1 k


Contoh Interaksi antar Muatan...

• Dua buah muatan yang sejenis

• Dua buah muatan tidak sejenis

+ +q1 q2

r

F12F21

+ –q1 q2

r

F12F21


Gaya Coulomb dalam Bahan• Untuk Ruang Hampa (≈ udara)

• Untuk Bahan (Zat lain)0.4

1 k

= r . o

0r ..4

1 k


Gaya Coulomb dalam Bahan• Gaya Coulomb dalam bahan …

221

b r

q . q .

4

1 F

or

F .1

Fbr

r = permitivitas

relatif bahan


Contoh soal :

1. Tentukan besar gaya listrik pada elektron di atom hidrogen yang di berikan oleh suatu proton (q2 = +e) yang merupakan intinya. Anggap elektron “mengorbit” proton pada jarak rata rata r = 0,53 x 10-10 m


Penyelesaian

NF

m

CCCmNF

r

qq

or

qqkF

8

210

1919229

221

221

102.8

)1053.0(

)10602.1)(10602.1(/1099.8

4

1


Latihan berkelompok1. Misalkan dua muatan listrik yang terpisah sejauh 10

cm mengalami gaya tarik menarik 12 satuan. Berapakah gaya tarik antara keduanya ketika berpisah sejauh 5 cm

2. Dua muatan +5,0 x 10-5 C dan +9,8 x10-5 C terpisah pada jarak 7 cm. tentukan : a. gaya coulombnya jika kedua muatan berada diudara b. gaya coulombnya jika kedua muatan berada dalam suatu bahan yang permitivitasnya = 1,77 x 10-11

C2/Nm2

c. Permitivitas relatif bahan pada soal bagian b


3. Dua buah muatan masing masing - 4,0 C dan + 10 C terpisah pada jarak 12 cm. diantara kedua muatan tersebut disimpan muatan ke tiga pada jarak 3 cm dari muatan + 10 C .

tentukan a. besar dan arah gaya pada muatan ketiga yang besarnya + 5 C

b tentukan besar dan arah gaya pada muatan ketiga yang besarnya - 5 C


Pertemuan Pertemuan ke-III ke-III


Pembahasan Latihan1. Misalkan dua muatan listrik yang terpisah sejauh 10 cm

mengalami gaya tarik menarik 12 satuan. Berapakah gaya tarik antara keduanya ketika berpisah sejauh 5 cm

Penyelesaian :

satuansatuanxcm

cmF

xFr

rF

r

r

F

F

r

rF

F

48125

102

2

1

1

2

1

2

2

1

2

2

1

1

2

2

2

1

2


2. Dua muatan +5,0 x 10-5 C dan +9,8 x10-5 C terpisah pada jarak 7 cm. tentukan : a. gaya coulombnya jika kedua muatan berada diudara b. gaya coulombnya jika kedua muatan berada dalam suatu bahan yang permitivitasnya = 1,77 x 10-11

C2/Nm2

c. Permitivitas relatif bahan pada soal bagian b Penyelesaian : a. Gaya Coulomb jika kedua muatan berada di udara

NF

m

CCCmNF

r

qqkF

3

22

55229

221

100,9

)107(

)108,9)(100,5(/1099.8


b. Besar gaya coulomb jika kedua muatan berada dalam suatu bahan

NxF

m

CCCmN

xF

r

qq

r

qqkF

3

22

5522

11

221

221

105,4

)100,7(

)108,9)(100,5(/

)1077,1(4

1

4

1

c. Permitivitas relatif r dihitung dari = r o

00,2

)/1085,8(

)/1077,1(

2212

2211

r

or NmC

NmC


3. Dua buah muatan masing masing - 4,0 C dan + 10 C terpisah pada jarak 12 cm. diantara kedua muatan tersebut disimpan muatan ke tiga pada jarak 3 cm dari muatan + 10 C . Tentukan :a. besar dan arah gaya pada muatan ketiga yang besarnya + 5 C

b. tentukan besar dan arah gaya pada muatan ketiga yang besarnya - 5 C

Penyelesaian :

-- + + F32

q1 F31 q3 q2

r31 r32

q1 = 4 x 10-6 C

q2 = 10 x 10-6 C

q3 = 5 x 10-6 C

r13 = 9 x 10-2 m

r32 = 3 x 10-2 m


NF

m

CCCmNF

r

qqkF

9

200

)109(

)104)(100,5(/1099.8

31

22

66229

31

231

1331

NF

m

CCCmNF

r

qqkF

9

4500

)103(

)1010)(100,5(/1099.8

32

22

66229

32

232

2332


NNF

F

FFF

5229

4700

9

4500

9

200

)(

3

3

32313

b. Jika q3 negatif, besar resultan gaya yang dialami q3 yaitu F3 adalah tetap, hanya arah F3 ke kanan sehingga bertanda positif

F3 = +522N


Prinsip superposisi gaya listrik

• Jika sebuah muatan listrik dipengaruhi oleh dua muatan listrik lain atau lebih, maka gaya listrik yang dialami muatan tersebut adalah jumlah vektor (resultan) gaya gaya listrik yang dihasilkan oleh muatan muatan lainnya terhadap muatan tersebut.


Contoh Resultan Gaya Coulomb

+ –

+q1

q2 q3

r12

r23

F21

F23

F2

F2 = F21 + F23


2 13122

132

121 CosFFFFF

Resultan Gaya :


Contoh Soal :

1. Dik : q1=-8C; q2=+3C; q3=-4C

r12= 30 cm ; r23= 20 cm

Dit : gaya pada muatan ke 3

2. Dik : q1=+1nC; q2=-3nC; q3=+5nC

r13= 2 cm ; r23= 4 cm

Dit : gaya pada muatan ke 3

- + - q1 q2

q3

+ + -

q2 q1 q3


Penyelesaian :1.

NF

m

CCCmNF

r

qqkF

2,1

)50,0(

)100,8)(100,4(/1099.8

31

2

66229

31

231

1331

NF

m

CCCmNF

r

qqkF

7,2

)20,0(

)103)(100,4(/1099.8

31

2

66229

31

232

2332

NF

F

FFF

5,1

2,17,2

3

3

31323

- F32 F31


2.

NNxF

m

CCCmNF

r

qqkF

1121012,1

)020,0(

)100,5)(100,1(/1099.8

431

2

99229

31

231

1331

NNxF

m

CCCmNF

r

qqkF

84104,8

)040,0(

)100,5)(100,3(/1099.8

532

2

99229

32

232

2332

NF

F

FFF

28

84112

3

3

32313

F31 F32+


Medan listrik

• Medan listrik adalah ruang disekitar benda bermuatan listrik dimana benda bermuatan lainnya dalam ruang ini akan meraskan atau mengalami gaya listrik.

• Benda bermuatan listrik yang menghasilkan medan listrik disebut sebagai muatan sumber

• Arah medan listrik adalah radial keluar dari muatan sumber positif, dan radial masuk menuju ke muatan sumber negatif


Kuat Medan Listrik• Kuat medan listrik didefinisikan sebagai hasil bagi gaya

listrik yang bekerja pada suatu muatan uji dengan besar muatan uji tersebut. Jika gaya listrik adalah F dan besar muatan uji adalah q, maka secara matematis :

q

F E

lombNewton/Cou E

E q F


• Dari persamaan diatas, jika muatan uji q adalah positif (misal proton) maka gaya listrik adalah searah dengan kuat medan listrik E, tetapi jika muatan uji adalah negatif (misal elektron) maka gaya listrik F adalah berlawanan arah dengan kuat medan listrik E


Kuat medan listrik oleh muatan sumber titik• Besar kuat medan listrik E oleh sebuah muatan sumber titik q

pada jarak r dari muatan sumber tersebut dinyatakan

22 4

1

r

q

or

qkE

• Garis kerja vektor E adalah sepanjang garis hubung antara muatan sumber dan titik yang dipengaruhi oleh medan listrik, sedangkan arah vektor E selalu menjauhi muatan sumber positif dan mendekati sumber negatif


Pertemuan Pertemuan ke-IV ke-IV


Prinsip superposisi kuat medan listrik

• Seperti halnya gaya listrik, kuat medan listrik adalah besaran vektor, sehingga kuat medan listrik oleh beberapa muatan sumber titik adalah jumlah vektor (resultan) dari kuat medan listrik oleh tiap tiap muatan sumber.

• Misalkan suatu titik P dipengaruhi oleh kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan positif q1, yaitu E1 dan oleh muatan negatif q2 yaitu E2, maka kuat medan listrik di titik P adalah Ep = E1 + E2 dan besar resultannya yaitu

2 212

22

1 CosEEEEE p


Contoh soal :1. Hitung besar dan arah medan listrik pada titik P

yang terletak 30 cm disebelah kanan muatan titik Q = -3,0 x 10-6C

2. Dua muatan titik dipisahkan oleh jarak 10 cm. yang satu memiliki muatan -25C dan yang lainnya +50 C. Bagaimana arah dan besar medan listrik pada titik P yang terletak diantara keduannya yaitu 2,0 cm dari muatan negatif


Penyelesaian :

1.

CNxE

m

CCmNE

r

qkE

/100,3

)30,0(

)100,3(/1099.8

5

2

6229

2

Contoh ini mengilustrasikan bahwa medan listrik yang disebabkan oleh muatan positif menunjuk menjauhi muatan, sementara E yang disebabkan oleh muatan negatif menunjuk ke arah muatan.


2.

CNXE

m

CCmNE

r

qkE

/1018,56

)020,0(

)1025(/1099.8

71

2

6229

1

21

11

CNXE

m

CCmNE

r

qkE

/1002,7

)080,0(

)1050(/1099.8

72

2

6229

2

22

22

CNxE

CNxE

xxE

EEE

p

p

/1032,62

/102,63

1002,71018,56

8

72

77

21


Garis garis medan listrik

• Garis garis medan listrik (sering disebut garis garis gaya) secara grafik menampilkan besar dan arah suatu medan listrik.

• Pada titik sembarang, medan listrik searah dengan garis singgung di titik tersebut.

• Garis garis lebih rapat di daerah dimana medan listrik tinggi, dan lebih renggang di daerah dimana medan listrik rendah (Ep>Er>Es)

• Garis garis gaya tidak pernah berpotongan dan selalu keluar dari muatan positif dan masuk ke muatan negatif.


Energi Potensial Listrik• Misalkan suatu muatan uji positif q berada dalam

medan listrik homogen E, maka muatan q akan mengalami gaya listrik F = q E jika kita pindahkan muatan q dengan kecepatan tetap menentang arah gaya F dari titik awal A ke titik akhir B dengan vektor perpindahan s, maka usaha W yang perlu dilakukan adalah :

W = - F. s = - F.s cos αdengan α adalah sudut antara vektor gaya listrik F dan vektor perpindahan s


• Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik dengan kecepatan tetap dari suatu titik awal A ke titik akhir B sama dengan perubahan energi potensial listrik EP, sehingga dapat dinyatakan :

EPB – EPA = EP = - F s cos α


Konsep fluks listrik• Fluks listrik adalah jumlah garis medan listrik yang

menembus tegak lurus suatu bidang. Berdasarkan definisi tersebut maka dapat dinyatakan :

Ф = EA cos θ

dengan :

Ф = fluks listrik (weber = Wb)

E = Kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang ditembus oleh medan listrik (m2)

θ = sudut antara vektor E dan garis normal bidang ((garis N)


Hukum Gauss• Hukum gauss ditemukan berdasarkan

pemahaman tentang konsep fluks listrik. Hukum gauss berbunyi :“jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu”

dengan θ adalah sudut antara vektor E dan garis normal bidang A

o

q cosEA


Beda potensial listrik (tegangan listrik)

• Beda potensial listrik V antara dua titik dalam medan listrik homogen di definisikan sebagai hasil bagi antara perubahan energi potensial EP antara dua titik tersebut dengan muatan uji q. secara matematis

cos

,,cos

sEV

makaEq

Fdankarena

q

sFV

q

EPV


Potensial oleh muatan sumber titik

• Potensial listrik adalah besaran skalar, sehingga potensial listrik oleh beberapa muatan sumber adalah jumlah aljabar biasa dari masing masing potensial.

Satu muatan beberapa muatan

r

qkV

3

3

2

2

1

1

r

q

r

q

r

qkV


Contoh soal1. Berapakah usaha yang diperlukan untuk

memindahkan muatan positif yang besarnya 10 Coulomb dari suatu titik yang potensialnya 10 volt ke suatu titik lain dengan potensialnya 60 volt

2. Usaha sebesar 8x10-7 J di berikan pada muatan – 5x10-9 C untuk bergerak dengan kelajuan tetap menuju sebuah titik yang potensialnya – 60 V. berapakah potensialnya di titik semula


Latihan1. Di titik sudut penyiku dari sebuah segitiga siku siku sama kaki

diletakkan muatan +9,3752 C, sedang di kedua titik sudut lainnya diletakkan muatan +12,5 C dan +8000 nC. Tentukan besar gaya listrik yang bekerja pada muatan +8000nC, jika panjang kedua siku sikunya 50 mm

2. Dua buah muatan listrik +5,0 x 10-6 dan-5,0 x 10-6 C terpisah pada jarak 20 cm. (a) berapa kuat medan listrik dititik P yang terletak pada garis hubung kedua muatan dan berjarak 5 cm dari muatan positif. (b)berapa besar gaya listrik yang dialami muatan 3,0 x 10-6 C jika diletakkan dititik P. (c) berapa kuat medan listrik di titik R yang terletak pada perpanjangan garis hubung kedua muatan dan berjarak 10 cm dari muatan terdekat

3. Sebuah proton digerakkan dengan kelajuan tetap melalui medan listrik homogen 2 x 106 N/C, sedemikian sehingga muatan tadi melintas 0,5 cm sejajar dan kemudian 0,8 cm membentuk sudut 60o terhadap arah medan listrik. Hitung (a) perubahan energi potensial proton antara titik titik ujung lintasan (b) beda potensial antara titik titik ujung lintasan


4. Kuat medan listrik 350 N/C menembus tegak lurus setengah permukaan bola yang berjari jari 20 cm. tentukan fluks listrik yang menembus bidang tersebut

5. Suatu medan listrik homogen 40 N/C diarahkan mendatar ke utara. Sebuah lembaran karton dengan luas 0,5 m2 bebas berputar terhadap poros timur –selatan pada bidang lembaran karton. Hitung fluks listrik yang melalui lembaran ketika lembaran dalam kedudukan : (a) mendatar (b) vertikal (c ) miring membentuk sudut /3 rad terhadap arah mendatar

6. Berapakah besar potensial listrik pada jarak 2,4x10-10 m dari inti sebuah atom hidrogen (inti mengandung sebuah proton)

7. Bola kecil bermuatan +2,0; -2,0; +3,0 dan -6,0 nC diletakkan di titik titik sudut sebuah persegi yang memiliki panjang diagonal 0,2 m. Hitunglah (a) potensial listrik di pusat (b) besar medan listrik di pusat, dan beri tanda arahnya dengan menggambarkannya



Documents

FISDAS II.ppt