Friday, 27 January 2017
Inti atom
Partikel-partikel penyusun suatu atom:
Partikel-partikel penyusun suatu atom:
Elektron → bermuatan negatif
Proton→ bermuatan positif
Neutron→ tidak bermuatan
Proton→ bermuatan positif
Neutron→ tidak bermuatan
Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu.
Interaksi Muatan-Muatan
Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)
Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus)
Interaksi Muatan-Muatan
Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)
Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus)
Besar gaya tarik atau gaya tolak tersebut bisa ditemukan dengan rumus berikut:
 |
Dimana
F = gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dalam satuan newton (N)
q1 = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)
q2 = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)
k = konstanta gaya coulomb yang nilainya 9 x 109 dalam satuan yang standar
Catatan
- 1μC = 10−6 C = 0,000001 C (sepersejuta)
- Jika menjumpai muatan negatif, tidak perlu diikutkan tanda minusnya dalam perhitungan.
Muatan Bahan-Bahan
Sebaiknya dihafal saja, muatan-muatan dari interaksi berbagai kombinasi (gosok-menggosok) bahan berikut:
| Bahan-bahan | Hasil | Proses |
| Kaca - Kain Sutera | Kaca (+), Sutera (−) | Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera |
| Mistar plastik - Kain wool | Mistar plastik (−), Kain wool (+) | Elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik |
| Sisir - Rambut Manusia | Sisir (−), Rambut Manusia (+) | Elektron dari rambut manusia berpindah ke sisir |
| Penggaris/mistar plastik - Rambut manusia | Penggaris (−), Rambut Manusia (+) | Elektron dari rambut manusia berpindah ke penggaris |
| Balon - Kain Wool | Balon (−), Kain Wool (+) | Elektron dari kain wool berpindah ke balon |
| Ebonit - Kain Wool | Ebonit (−), Kain Wool (+) | Elektron dari kain wool berpindah ke ebonit |
Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja) :
-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.
-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.
Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain
sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool
berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik
mendapatkan tambahan elektron dari kain wool dan seterusnya.
Yang belum tahu ebonit, sedikit informasi, ebonit itu sebangsa karet
vulkanisir yang teksturnya keras. Dibuat dari karet yang dicampur dengan
belerang atau sulfur, banyak dipakai diperalatan listrik sebagai
isolator atau bahan penyekat.
Elektroskop
Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif.
Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).
Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.
Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah /kaki.
Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop.
Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif.
Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).
Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.
Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah /kaki.
Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop.
Bagamana jika elektroskop kondisi awalnya tidak netral, tapi sudah bermuatan positif atau negatif terlebih dahulu?
Kita coba terapkan pada soal berikut, dari soal Ebtanas IPA tahun 1990 (dah lahir beluum,..)
Kita coba terapkan pada soal berikut, dari soal Ebtanas IPA tahun 1990 (dah lahir beluum,..)
- Gambar manakah yang benar untuk sebuah benda bermuatan listrik negatif didekatkan pada elektroskop bermuatan listrik positif?
Ntar kita jawab jg di sini,
yang jelas antara B atau C krn bagian kepala musti positif, skrg
diskusikan dulu ya,..elektroskop positif itu yang seperti apa dan
bagaimana sebuah elektroskop bisa menjadi bermuatan positif.
Contoh-Contoh Soal Teori dan Hitungan di Listrik Statis 9 SMP
Soal No. 1
Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 109 dalam satuan standar!
Pembahasan
Data dari soal:
q1 = 6μC = 6 x 10−6 C
q2 = 12μC = 12 x 10−6 C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10−1 meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan
Soal No. 2
Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 C 1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!
Pembahasan
Data :
q1 = 6μC = 6 x 10−6 C
q2 = 6μC = 6 x 10−6 C
F = 1,6 C 1,6 N
r =....?
Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1
Soal No. 1
Dua buah muatan masing-masing q1 = 6 μC dan q2 = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 109 dalam satuan standar!
Pembahasan
Data dari soal:
q1 = 6μC = 6 x 10−6 C
q2 = 12μC = 12 x 10−6 C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10−1 meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan
Soal No. 2
Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 C 1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!
Pembahasan
Data :
q1 = 6μC = 6 x 10−6 C
q2 = 6μC = 6 x 10−6 C
F = 1,6 C 1,6 N
r =....?
Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1
Salah rupanya,..kita coba sekali lagi,..
Jarak kedua muatan dalam centimeter adalah 45 cm. (Thanks to sahs & raqib atas koreksinya,...)
Soal No. 3
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F
Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)2 adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F
Kenapa tiba2 begitu?
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F
Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)2 adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F
Kenapa tiba2 begitu?
Jalan panjangnya seperti berikut ya:
Rumus dasar yang digunakan adalah ini
Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F1, dimana F1 nanti besarnya sama dengan F saja. Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula) gayanya dinamakan F2.
Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka
kQ1Q2 nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret.
Susun lagi yang bagus, pindahkan F1 ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus2 seperti soal ini.
Saatnya dimasukkan datanya, r1 bisa dicoret, hingga diperoleh
Nomor 4 dikerjakan dengan cara yang sama jika menghendaki jalan panjangnya.
Soal No. 4
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F
Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)2 adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F
Soal No. 5
Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!
Pembahasan
Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik:
W = Q × ΔV
dimana:
W = energi atau usaha yang diperlukan dalam satuan joule (J)
Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)
Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)
Sehingga:
W = Q × ΔV
W = 6μC × 12 volt = 72 μJ
Soal No. 6
Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....
A. 0,5 F
B. 4 F
C. 8,5 F
D. 16 F
Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F
Rumus dasar yang digunakan adalah ini
Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F1, dimana F1 nanti besarnya sama dengan F saja. Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula) gayanya dinamakan F2.
Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka
kQ1Q2 nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret.
Susun lagi yang bagus, pindahkan F1 ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus2 seperti soal ini.
Saatnya dimasukkan datanya, r1 bisa dicoret, hingga diperoleh
Nomor 4 dikerjakan dengan cara yang sama jika menghendaki jalan panjangnya.
Soal No. 4
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F
Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)2 adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F
Soal No. 5
Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!
Pembahasan
Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik:
W = Q × ΔV
dimana:
W = energi atau usaha yang diperlukan dalam satuan joule (J)
Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)
Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)
Sehingga:
W = Q × ΔV
W = 6μC × 12 volt = 72 μJ
Soal No. 6
Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....
A. 0,5 F
B. 4 F
C. 8,5 F
D. 16 F
Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F
Soal No. 7
Kaca yang digosokkan kain sutera akan bermuatan positif. Hal ini terjadi karena...
A. elektron berpindah dari kain sutera ke kaca
B. elektron berpindah dari kaca ke kain sutera
C. proton berpindah dari kain sutera ke kaca
D. proton berpindah dari kaca ke kain sutera
(Ebtanas 2003)
Pembahasan
Muatan kaca positif karena elektron dari kaca berpindah ke kain sutera.
Soal No. 8
Sepotong ebonit akan bermuatan listrik negatif bila digosok dengan wol, karena...
A. muatan positif dari ebonit pindah ke wol
B. elektron dari wol pindah ke ebonit
C. muatan positif dari wol pindah ke ebonit
D. elektron dari ebonit pindah ke wol
(Ebtanas 1991)
Pembahasan
Ebonit menjadi negatif karena elektron dari kain wol pindah ke ebonit.
Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut!
Nomor atom dan nomor massa pada model atom di samping adalah...
A. 2 dan 4
B. 6 dan 4
C. 4 dan 2
D. 4 dan 6
(Ebtanas 1993)
Pembahasan
Untuk atom netral berlaku ketentuan berikut:
Nomor atom = jumlah proton
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron
Dari gambar, jumlah proton (yang +) ada 2, jumlah netron (yang netral) ada 2 sehingga:
Nomor atom = jumlah proton = 2
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 2 + 2 = 4
Soal No. 10
Perhatikan gambar penggaris plastik digosok kain wol berikut!
Setelah penggaris plastik digosok dengan kain wol, maka aliran elektron dan muatan yang terjadi pada penggaris plastik adalah...
Kaca yang digosokkan kain sutera akan bermuatan positif. Hal ini terjadi karena...
A. elektron berpindah dari kain sutera ke kaca
B. elektron berpindah dari kaca ke kain sutera
C. proton berpindah dari kain sutera ke kaca
D. proton berpindah dari kaca ke kain sutera
(Ebtanas 2003)
Pembahasan
Muatan kaca positif karena elektron dari kaca berpindah ke kain sutera.
Soal No. 8
Sepotong ebonit akan bermuatan listrik negatif bila digosok dengan wol, karena...
A. muatan positif dari ebonit pindah ke wol
B. elektron dari wol pindah ke ebonit
C. muatan positif dari wol pindah ke ebonit
D. elektron dari ebonit pindah ke wol
(Ebtanas 1991)
Pembahasan
Ebonit menjadi negatif karena elektron dari kain wol pindah ke ebonit.
Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut!
Nomor atom dan nomor massa pada model atom di samping adalah...
A. 2 dan 4
B. 6 dan 4
C. 4 dan 2
D. 4 dan 6
(Ebtanas 1993)
Pembahasan
Untuk atom netral berlaku ketentuan berikut:
Nomor atom = jumlah proton
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron
Dari gambar, jumlah proton (yang +) ada 2, jumlah netron (yang netral) ada 2 sehingga:
Nomor atom = jumlah proton = 2
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 2 + 2 = 4
Soal No. 10
Perhatikan gambar penggaris plastik digosok kain wol berikut!
Setelah penggaris plastik digosok dengan kain wol, maka aliran elektron dan muatan yang terjadi pada penggaris plastik adalah...
| . | aliran elektron | penggaris plastik bermuatan |
| A | dari penggaris plastik ke wool | (−) |
| B | dari penggaris plastik ke wool | (+) |
| C | dari wool ke penggaris plastik | (+) |
| D | dari wool ke penggaris plastik | (−) |
(Dari UN IPA Fisika SMP 2012)
Pembahasan
Tengok tabel di atas, setelah di gosok kain wool, penggaris plastik jadi negatif. Aliran elektron dari kain wool ke penggaris plastik.
Bank Soal Semester Listrik Statis 9 SMP
Tengok tabel di atas, setelah di gosok kain wool, penggaris plastik jadi negatif. Aliran elektron dari kain wool ke penggaris plastik.
Bank Soal Semester Listrik Statis 9 SMP
Soal No. 11
Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi!
Pembahasan
(i) Positif dengan positif, yang lebih BANYAK jumlah tanda positifnya lebih tinggi. -> A lebih tinggi
(ii) Positif dengan negatif, yang lebih tinggi ya yang positif -> A lebih tinggi
(iii) Negatif dengan negatif, yang lebih SEDIKIT jumlah tanda negatifnya lebih tinggi -> B lebih tinggi
Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi!
Pembahasan
(i) Positif dengan positif, yang lebih BANYAK jumlah tanda positifnya lebih tinggi. -> A lebih tinggi
(ii) Positif dengan negatif, yang lebih tinggi ya yang positif -> A lebih tinggi
(iii) Negatif dengan negatif, yang lebih SEDIKIT jumlah tanda negatifnya lebih tinggi -> B lebih tinggi
Soal No. 12
Dua buah benda bermuatan listrik ditunjukkan gambar berikut ini.
Jika kedua benda dihubungkan dengan seutas kawat konduktor, tentukan arah aliran elektron yang terjadi!
Pembahasan
Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Lain dengan perjanjian arah arus listrik ya,..Kalo arah arus listrik dari potensial lebih tinggi ke rendah, jadi jangan terbalik ya,..
Jadi arah aliran elektron dari benda B ke benda A
Dua buah benda bermuatan listrik ditunjukkan gambar berikut ini.
Jika kedua benda dihubungkan dengan seutas kawat konduktor, tentukan arah aliran elektron yang terjadi!
Pembahasan
Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Lain dengan perjanjian arah arus listrik ya,..Kalo arah arus listrik dari potensial lebih tinggi ke rendah, jadi jangan terbalik ya,..
Jadi arah aliran elektron dari benda B ke benda A
SUMBER 2
SUMBER 3
SUMBER 4
SUMBER 5
SUMBER 6
Listrik statis ( PETIR )
Pada saat hujan turun, pernahkah kamu melihat petir? Petir adalah
peristiwa alam yang sangat berbahaya dan ditakuti semua orang, karena
petir menimbulkan kilatan cahaya yang diikuti dengan suara dahsyat di
udara. Apabila seseorang tersambar petir, maka tubuh orang tersebut akan
terbakar. Akibat berbahayanya petir, maka gedung-gedung bertingkat yang
cukup tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir? Mengapa gedung-gedung bertingkat yang tinggi dilengkapi dengan penangkal petir? Temukan jawabannya dengan mempelajari materi ini.
A. Susunan Atom
Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar, yang dalam bahasa Yunani disebut elektron.
Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda kecil yang berada di dekatnya. Sifat seperti ini dalam ilmu listrik disebut elektrifikasi.Listrik yang terjadi pada batu ambar yang digosok disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak mengalir.
Teori Atom
Suatu zat terdiri atas partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom berasal dari kataatomos, yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Tetapi, dalam perkembangannya ternyata atom ini masih dapat diuraikan lagi.
Atom
terdiri atas dua bagian, yaitu inti atom dan kulit atom. Inti atom
bermuatan positif, sedangkan kulit atom terdiri atas partikel-partikel
bermuatan negatif yang disebut elektron.
Inti atom tersusun dari dua macam partikel, yaitu proton yang bermuatan positif dannetron yang tidak bermuatan(netral).
Suatu atom dikatakan netral apabila di dalam intinya terdapat muatan positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya.
Suatu atom dikatakan bermuatan positif apabila
jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih banyak daripada muatan
negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya.
Suatu atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom.
Atom
yang paling sederhana adalah atom hidrogen yang hanya tersusun atas 1
proton dan 1 elektron. Karena jumlah proton dan elektronnya sama, maka
atom hidrogen dikatakan sebagai atom netral.
Atom
helium terdiri atas 2 proton, 2 netron dan 2 elektron. Karena jumlah
proton dan jumlah elektronnya sama, maka atom helium juga dikatakan
sebagai atom netral.
B. Muatan Listrik
Menurut Benyamin Franklin, ada dua muatan lisrik :
1. Muatan listrik positif
2. Muatan listrik negatif
Sifat Muatan Lisrik
- Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
- Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik
C. Interaksi Benda Bermuatan Listrik
1. Ketika
penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari
kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik
tersebut bermuatan listrik negatif.
2. Ketika
ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool
berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif.
3. Ketika
batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang
kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan
positif
D. Hukum Coulomb
Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan.
Hasil penelitiannya dikenal dengan Hukum coulomb, yang berbunyi :
“Besarnya
gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan
listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding
terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.
Secara matematis Hukum Newton dituliskan :
Keterangan :
F = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)
k = Konstanta (9.109 N.m2/C2)
Q1, Q2 = muatan listrik (C)
r = jarak antara dua muatan (m)
E. Induksi Listrik
Induksi
listrik adalah peristiwa pemisahan muatan pada suatu benda karena pada
benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan listrik.
Contoh :
Benda
netral didekati benda bermuatan negatif, maka muatan-muatan negatif
benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan positif mendekati
benda yang menginduksi.
Benda
netral didekati benda bermuatan positif, maka muatan-muatan positif
benda netral tertolak menjauh, sedangkan muatan-muatan negatif mendekati
benda yang menginduksi.
F. Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.
Prinsip
kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda
bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang
sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka)
G. Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh
gaya listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik.
Sifat-sifat garis gaya listrik
- Garis gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
- Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan
- Semakin rapat garis gaya listrik, semakin kuat medan listriknya
Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan :
E = Kuat medan listrik (N/C)
F = Gaya coulomb (N)
Q = muatan listrikLISTRIK STATIS
Konsep Dasar Listrik Statis
Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis
dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah
digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas.
Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik
dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik.
Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul
karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda
yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif,
sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif.
Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda.
Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak
ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan
yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan
satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda
bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrikyang dikenal juga sebagai gaya coulomb.
Gaya Coulomb
Gaya coulomb atau gaya listrik yang timbul antara benda-benda yang bermuatan listrikdipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebanding besar muatan listrik dari tiap-tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda bermuatanlistrik tersebut.
gaya coulomb antara dua benda bermuatan listrik
Jika benda A memiliki muatan q1 dan benda B memiliki muatan q2 dan benda A dan benda B berjarak r satu sama lain, gaya listrik yang timbul di antara kedua muatan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut
Dimana
F adalah gaya listrik atau gaya coulomb dalam satuan newton k adalah konstanta kesebandingan yang besarnya 9 x 109 N m2 C–2 muatan q dihitung dalam satuan coulomb (C)
konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk
dengan ε0 adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya 8,85 x 10–12 C2 N–1 m–2
Gaya listrik merupakan
besaran vektor sehingga operasi penjumlahan antara dua gaya atau lebih
harus menggunakan konsep vektor, yaitu sesuai dengan arah dari
masing-masing gaya. Secara umum, penjumlahan vektor atau resultan dari
dua gaya listrik F1dan F2 adalah sebagai berikut.
- untuk dua gaya yang searah maka resultan gaya sama dengan penjumlahan dari kedua gaya tersebut. Adapun, untuk dua gaya yang saling berlawanan, resultan gaya sama dengan selisih dari kedua gaya
(gambar)
R = F1 + F2 dan R = F1 – F2
2. untuk dua gaya yang saling tegak lurus, besar resultan gayanya adalah
(gambar)
3 untuk dua gaya yang membentuk sudut θ satu sama lain, resultan gayanya dituliskan sebagai berikut
(gambar)
Untuk penjumlahan lebih dari dua gaya, perhitungannya dapat menggunakan
metode analitis (lihat pembahasan tentang analisis vektor).
Medan Listrik
Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrikadalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak.
Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif memiliki garis gaya listrikdengan arah keluar dari muatan tersebut. Adapun, sebuah muatan negatif memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut.
Gambar
Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medanlistrik. Jika sebuah muatan uji q’ diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuat medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan
dan F = E q’
Adapun kuat medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik q di suatu titik yang berjarak r dari benda tersebut dapat dituliskan sebagai berikut
Di sini kuat medan listrik dituliskan dalam satuan N/C.
Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut.
Gambar
Dua plat sejajar yang bermuatan listrik dapat menyimpan energi listrik karena medan listrik timbul di antara dua plat tersebut. Kuat medan listrik di dalam dua plat sejajar yang bermuatan listrik adalah
Dimana
σ adalah rapat muatan dari plat yang memiliki satuan C/m2
ε0 adalah permitivitas ruang hampa
(gambar) (gambar)
Kita juga dapat menghitung kuat medan listrik dari sebuah bola konduktor berongga yang bermuatan listrik, yaitu sebagai berikut.
Di dalam bola (r < R), E = 0
Di kulit atau di luar rongga (r > R),
Energi Potensial Listrik
Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya listrikdi
antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau
menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha
merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan
besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Besar usaha (W) atau perubahan energi potensial listrik dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan dari posisi r1 ke posisi r2 adalah
(gambar)
Dengan demikian, usaha atau energi potensial untuk memindahkan sebuah muatan ujiq’ yang berjarak r dari sebuah muatan lain q ke jarak tak berhingga dapat dituliskan sebagai berikut
Dimana
tanda minus berarti usaha yang dilakukan selalu melawan gaya tarik yang
ada (biasanya usaha yang dilakukan adalah usaha untuk melawan gaya
tarik antara dua muatan).
Potensial Listrik
Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang memiliki perbedaan potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki perbedaan ketinggian. Besaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda potensial. Beda potensial dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan ke jarak tak berhingga dengan usaha W adalah
Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt (V).
Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja. Potensial listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut
Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat medan listrik, yaitu
V = E r
Gambar
Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan besaran skalar yang tidak memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung menggunakan penjumlahan aljabar. Untuk n muatan, potensial listriknya dituliskan sebagai berikut.
Catatan: tanda (+) dan (–) dari muatan perlu diperhitungkan dalam perhitungan potensial listrik
sumber 8
sumber 9
