Data Loading...

MODUL LISTRIK STATIS Flipbook PDF

MODUL LISTRIK STATIS

209 Views
88 Downloads
FLIP PDF 238.91KB

L I S T R I K STATIS

1. Muatan (Q) Proton Inti Materi

Neutron

Molekul Atom

 Muatan ada 3 : 1.

Elektron

Proton

: muatan positif

2.

Negatif

: muatan netral

3.

Elektron

: muatan negative

 Benda bermuatan ada 3 : 1. Benda bermuatan positif

++ +

2. Benda bermuatan negative

++ +

++

3. Benda bermuatan netral

 Muatan hanya tersebar dipermukan saja, bagian yang runcing banyak terkumpul muatan.  Muatan senama tolak menolak, muatan tidak senama tarik menarik. Hukum Coloumb Besarnya gaya tolak menolak/tarik menarik antara dua muatan berbanding lurus dengan hasil kali muatan berbanding terbalik dengan kwadrat jaraknya. Q1

Q F

+

+

F

k.Q.Q1 Ftolak/tarik = R2

R -

F

+

k=

R F

= gaya toal/tarik (N)

Q = muatan (C) R

= jarak kedua muatan (m)

k

= konstanta

o = permitivitas ruang hampa

18

1 4 . O

k = 9 x 109 N m2/C2

o = permitivitas di udara (8,85 x 10-12 C2/Nm2)

 = permitivitas di zat (  = K . o ) k = konstanta dielektrik

 k= O

K di zat = k/K

2. Medan Listrik  Adalah daerah dimana gayanya dapat dinyatakan.  Jika muatan berada dalam medan listrik selalu mendapat gaya sebesar F = Q . E F=Q.E

+

–

F = Q. E

E

E

 Kuat Medan Listrik = E Adalah besarnya gaya yang dilami oleh setiap muatan positif. F = gaya (N, dyne) E= F

Q = muatan (C, St C)

Q

E = kuat medan listrik (N/C, dyne/st c) E= F

k .Q.Q1

Q1

1 F = k .Q.Q

E= R

R2

E=

Q1

k .Q R2

R = jarak k = konstanta

2

 Kuat medan listrik pada bola konduktor Kuat medan didalam bola = nol karena, muatan hanya tersebar dipermukaan saja. EM = E A = 0

+

+ + + + ++

k .Q EB = 2 RB EC =

k .Q rC2

+ + + + +

M

+

A

+ + + +

+

+

+ + B

R = jari-jari bola (m) C

r>R

+

3. Rapat Muatan =  Besarnya muatan setiap satuan luas bidang Q = muatan (C)

Q = A

A = luas bidang (m2)  = rapat muatan (C/m2)

A

A

+ + + +

– – – –

Q

Q

 E= 

19

 = permitivitas di zat

4. Garis Gaya a. Adalah garis lengkung yang terletak dalam medan listrik dimana garis singgung disetiap titik merupakan arah kuat medan.

b. Garis gaya berasal dari muatan positif masuk muatan negatif

–

+

c. Beberapa garis gaya tidak mungkin saling berpotongan +

+ –

d. Jumlah garis gaya sebanding dengan kuat medan. E=

N A. O

5. Potensial Listrik = V Adalah besarnya energi potensial listrik setiap satuan muatan positif. V = potensial listrik (Volt)

E V= P Q

EP = energi potensial listrik (J) Q = muatan listrik (C) k = konstanta

k.Q.Q1 EP = R

V=

EP Q1

R = jarak (m)

k .Q.Q 1

V=

k.Q.Q1 EP = R

R Q

V=

1

k.Q R

Potensial listrik pada bola konduktor Potensial didalam bola = potensial dipermukaan bola

V=

R = jari-jari bola VM = VA = VB = M

A

B

C

VC =

k.Q rC 20

k.Q R

Jari-jari r>R

k.Q R

6. Usaha Listrik = W Jika muatan berpindah dari titik A yang berpotensial V A ke titik B yang berpotensial VB maka besarnya usaha : W = usaha (Joule) WAB = Q(VA – VB)

Q = muatan (C) VA – VB = beda potensial (Volt)

Besarnya usaha yang diperlukan, sama dengan perubahan energi potensial (EP) 7. Kapasitas Kapasitor a. Kapasitor Adalah suatu alat yang terdiri dari dua keping penghantar yang sejajar yang diberi muatan listrik sama tetapi jenisnya berlawanan.

1) Fungsi kapasitor -

Jika dihubungkan dengan DC sebagai penyimpan muatan

-

Jika dihubungkan dengan AC antara lain sebagai filter

2) Jenis kapasitor -

Menurut bentuknya : - Kapasitor bola - Kapasitor plat - Kapasitor silinder

-

Menurut isinya : - Kapasitor kertas - Kapasitor keramik - Kapasitor elektrolit, dan sebagainya

b. Kapasitas Kapasitor (C) Adalah : perbandingan yang tetap antara muatan Q dengan beda potensial V Q = muatan (C) C=

Q V

V = beda potensial (Volt) C = kapasitas kapasitor (Farad)

1) Kapasitas kapasitor bentuk plat Q

Q

+ + + +

– – – –

A

d

Masing-masing keping :

A

21

-

Bermuatan Q

-

Luasnya A

-

Jarak antara keping d

 Kuat medan listrik antara keping : E=

 O

 =

Sehingga :

E=

Q A Q O A

 Sedang beda potensial : V = E . d 

V=

Qd O A

 Kapasitas kapasitornya : C

= =

C

Q V

O = permitivitas ruang hampa

Q Qd

= o

O A

A d

Jika diantara keping berisi medium selain udara yang mempunyai koefisien dielektrikum K, maka : C = o K

A d

Bahan dielektrikum biasanya terbuat dari bahan isolator : mika, kertas, plastik, cairan, dan sebagainya. 2) Kapasitas kapasitor bentuk bola C

=

Q V

=

Q kQ R

C

=

R k

C = 4 o R

22

c. Gabungan Kapasitor 1) Seri -

Muatan pada masing-masing kapasitor sama. Q1 = Q2 = Qg

C1

C2

Qg = muatan total (gabungan) -

Kapasitas gabungannya :

1 1 1   C g C1 C 2 2) Paralel -

Beda potensial masing-masing kapasitor sama V1 = V2 = Vg

C1

Vg = potensial gabungan -

C2

Kapasitas gabungannya : Cg = C1 + C2

d. Energi yang tersimpan dalam Kapasitor Bila sebuah kapasitor diberikan muatan listrik, maka sesungguhnya yang terjadi adalah perpindahan muatan dari satu keping ke keping lainnya. Untuk itu diperlukan usaha dan usaha yang telah dipakai untuk pemberian muatan itu akan disimpan oleh kapasitor sebagai energi. Muatan yang dipindahkan dari satu keping ke keping lainnya akan menimbulkan beda potensial V, sebesar V =

Q C Q C

-

Potensial rata-rata masing-masing keping : V = ½

-

Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan : W =VQ =½

Q .Q C

Q2 =½ C W =½QV W = ½ C V2

23

Contoh Soal : 1. Dua buah benda masing-masing 1c dan 2c, satu sama lain berjarak 10 cm berada di udara. Berapa besarnya gaya tolak menolak kedua benda itu? Penyelesaian :

2. Sebuah bola konduktor dengan jari-jari 10 cm dan besarnya muatan bola tersebut 100 c. Tentukan : a. Rapat muatan pada permukaan bola b. Kuat medan listrik pada jarak 5 cm dari pusat bola c. Kuat medan listrik diluar bola, 10 cm dari permukaan. Penyelesaian :

3. Sebuah bola tembaga kecil bermuatan 30 c. Berapa potensial disebuah titik yang berada pada jarak 3 cm dari pusat bola? Penyelesaian :

4.

Dua keping logam masing-masing mempunyai –

potensial : V1 = -4 vlot dan V2 + 6 volt. Berapa usaha yang diperlukan oleh sebuah elektron

V1

V2

untuk berpindah dari V1 ke V2? 24

Penyelesaian :

5. Tentukan kapasitas kapasitor yang mempunyai luas keping 2cm 2 dan jarak antara kepingnya 0,4 cm, bila muatan masing-masing keping sama danm diantara keping diisi medium dengan konstanta dielektrik = 2! Penyelesaian :

6. Dua buah kapasitor masing-masing kapasitasnya 2 F dan 3 F. Beda potensial antara ujung-ujungnya 10 volt, tentukan : kapasitas gabungannya, dan muatan masing-masing kapasitor, jika : a. disusun seri

b. disusun paralel

Penyelesaian :

Soal-Soal Latihan : I.

Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan tepat! 1. Dua buah muatan A dan B masing-masing besarnya 3 c dan 15 c saling tolak menolak pada jarak 5 cm. Tentukan : a. Besar gayanya. b. Besar gayanya saat diminyak ( k = 3 )

25

2. Dua buah muatan sama besarnya saling tolak menolak pada jarak 5 cm dengan gaya 90 N. Tentukan besar muatan! 3. Sebuah elektron (Q = 1,6 . 10-19 C) berada dalam medan listrik yang kekuatannya 1000 N/c. Berapa dyne gaya yang dialami? 4. Sebuah muatan benda 2 m dari titik A. Tentukan kuat medan dan potensial di titik A? 5. Bola konduktor berdiameter 50 cm bermuatan 5 c. Titik A, B, dan C berada 15 cm, 25 cm, 30 cm dari pusat. Tentukan : a. Kuat medan di A, B, C b. Potensial di A, B, C c. Kapasitas bola d. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan elektron dari A ke C e. Energi konduktor tersebut. 6.

C1

C2

Tentukan :

C3

a. Kapasitas pengganti, C4

b. Muatan pada C4 c. Muatan pada C3

V C1 = 12 pF C2 = 6 pF 7. Berapa dyne besarnya gaya yang dialami elektron yang berada didalam medan listrik yang berkekuatan 104 N/C? 8. Tentukan kuat medan jika potensial di suatu titik berada 15 cm dari muatan tersebut 20 Volt, serta tentukan besarnya muatan. 9. Titik A bermuatan 5 m C dari sebuah benda yang bermuatan 16 m C. Jika A berada 4 cm dari benda tersebut, tentukan : a. Kuat medan pada benda b. Potensial di A c. Energi potensial 10.

C1

C1 = C2 = C 3 = C4 C3

Q1 = 5 coloumb Tentukan :

C2

a. C pengganti b. V = ? 26

II. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dengan cara memberi tanda silang (x) pada huruf a, b, c, d, atau e! 1. Pada percobaan Coloumb disimpul-kan di bawah ini, kecuali .... a. muatan listrik positif b. muatan listrik negatif c. muatan listrik positif, negatif dan netral d. muatan sejenis tolak menolak e. muatan tak sejenis tarik menarik. 2. Gaya listrik yang bekerja pada elektron hidrogen oleh proton, bila elektron mengelilingi proton pada jarak rata-rata 0,53 x 10-18 m -19 (e = 1,6.10 C) adalah .... a. 8,2 . 10-10 N d. 7,2 . 10-10 N b. 8,2 . 10-10 J e. 7,2 . 10-10 J -8 c. 8,2 . 10 N 3. Dua muatan +5,0.10-5 C dan +9,8.10-5 C terpisah pada jarak 7 cm. Tentukan gaya coloumbnya jika kedua muatan berada diudara (k = 9.10 9 Nm2/C2) a. 8,0 . 103 N d. 9,0 . 10-3 N 4 b. 8,0 . 10 N e. 9,0 . 103 N c. 9,0 . 105 N 4. Analog soal no. 3, tentukan gaya coloumbnya jika kedua muatan berada dalam suatu bahan yang permitivitasnya  =1,77.10-11C2/Nm2. a. 4,5 . 103 N d. 5,5 . 10-5 N -3 b. 4,5 . 10 N e. 4,5 . 105 N c. 5,5 . 103 N 5. Dua keping konduktor sejajar dengan muatan masing-masing -3C dan +3C dan luas penampang masing-masing 0,12 m2. Bila diantara dua keping berisi udara dengan O = 8,85.10-12 C2/N.m2. Tentukan rapat muatan pada keping. a. 2,5 . 10-5 C/m2 b. 2,5 . 105 C/m2 c. 25 . 105 C/m2 d. 25 . 10-5 C/m2 e. 250 . 105 C/m2 6. Analog soal no. 5, tentukan kuat medan listrik antara dua keping. a. 3 . 107 N/C d. 0,3 . 10-7 N/C -7 b. 3 . 10 N/C e. 3,0 . 107 N/C c. 0,3 . 107 N/C 7. Segumpal awan mempunyai beda potensial 8.106 volt terhadap bumi. Ketika terjadi kilat antara awan dan bumi suatu muatan listrik sebesar 40 coloumb dilepaskan. Berapa banyak energi yang hilang pada peristiwa itu? a. 3,0 . 107 J d. 3,2 . 108 J 8 b. 3,2 . 10 J e. 5,2 . 108 J c. 4,0 . 107 J 8. Berapa usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik positif yang besarnya 10 coloumb dan suatu titik yang potensialnya 10 volt ke suatu titik lain dengan potensialnya 60 volt. a. 0,5 J d. 500 J b. 0,05 J e. 5.000 J c. 50.000 J 27

9. Sebuah kapasitor 300 F dihubung-kan ke sebuah baterai 50 volt. Maka besar muatan pada keping-keping kapasitor adalah .... a. 2,5 . 10-2 C d. 1,5 . 102 C b. 2,5 . 102 C e. 1,5 . 10-2 C -2 c. 0,5 . 10 C 10. Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1,3 F ketika dimuati 6,5 . 10-7 C dan antara dua keping tersebut terdapat kuat medan 200 N/C. Jarak antara kedua keping tersebut adalah .... a. 2,5 . 10-3 m d. 1,5 . 10-3 m -3 b. 1,5 . 10 m e. 0,25 . 103 m c. 2,5 . 103 m 11. Tiga buah kapasitor memiliki kapsitas berturut-turut 3,1F, 1,7F, dan 4,2F disusun paralel dan dihubung-kan dengan baterai 9 volt. Maka muatan totalnya adalah .... a. 91 C C2 b. 81 C B c. 71 C C1 d. 81 C e. 91 C VAB =9 V A C3

12.

Dua keping logam yang sejajar dan jaraknya 0,5 cm satu dari yang lain diberi muatan listrik yang bercm lawanan, 0,5 hingga beda potensial 104 volt. Maka gaya yang dialami sebuah elektron yang diletakkan diantara keping adalah .... a. 32 . 1013 N ke – atas b. 32 . 10-13 N ke bawah c. 4,2 . 10-13 N ke atas d. 3,2 . 10-13 N ke atas e. 3,2 . 10-13 N ke bawah +

13. Muatan sebsar 10.000 C mengalir dalam kawat listrik selama 50 detik. Kuat arusnya dalam kawat adalah .... a. 0,2 mA d. 200 mA b. 2 mA e. 2000 mA c. 20 mA 14.

Dua keping logam masing-masing mem-punyai potensial V1 = 12 volt, dan V2 = 6 volt. Di-tunjukkan gambar di samping ini. Berapa usaha yang diperlukan oleh sebuah elektron untuk berpindah di V1 ke V2? a. –9,6.10-19 joule d. 0,96.10-19 joule b. 96.1019 joule e. 960.1019 joule 19 c. q 9,6.10 = 1,6.10-19joule C

15. Sebuah muatan positif 10 coloumb dipindahkan dari suatu titik yang potensialnya 60 volt. Usaha yang diperlukan adalah .... a. 5 joule d. 500 joule b. 10 joule e. 600 joule c. 50 joule 16. Sebuah kapasitor yang kapasitasnya 2F dihubungkan pada sebuah baterai 50 volt. Berapakah muatan yang berada di dalam kapasitor? a. 1000 F d. 105 F b. 100 F e. 10-5 F 28

c. 10 F 17. Pada suatu titik yang berjarak 25 cm dari suatu muatan listrik yang potensial listriknya 200 volt. Maka kuat medan listriknya pada titik tersebut adalah .... a. 20 volt/m d. 400 volt b. 50 volt e. 800 volt c. 100 volt 18. Dalam sistem MKS, satuan kuat medan listrik dinyatakan .... a. dyne/stat C d. N/m2 b. dyne cm2 e. N/m2/C2 c. N/C 19. Sebuah bola konduktor berjari-jari 10 cm dan diberikan muatan listrik 5 C. Tentukan potensial listrik pada sebuah titik yang berjarak 2 cm dari pusat bola. a. 4,5.104 volt d. 4,5.10-4 volt b. 45.104 volt e. 0,45.102 volt -4 c. 0,45.10 volt 20. Bila kita buatkan grafik hubungan antara gaya Coloumb (F) terhadap jarak (r), maka grafiknya akan menjadi .... a. F d. F

r

b. F

e. F

r

c.

r

r

F

r

21. Tiga buah C1 = 1F, C2 = 2 Vab = 12 volt. Hitunglah kapasitas gabungan. 3 6 a. F d. F 5 5 4 6 b. F e. F 5 6 5 c. F 6

kapasitor, F, C3

=

3

diketahui F,

22. Berapa Coloumb banyaknya muatan yang mengalir melalui sebuah lampu pijar tiap jam apabila kuat arus dalam lampu itu 0,5 Ampere .... a. 1,8 C d. 1800 C b. 18 C e. 18.000 C c. 180 C

29