MEDAN LISTRIK

4.      Medan Listrik

Jika suatu benda bermuatan listrik diletakan di suatu ruangan atau daerah dan benda tersebut mengalami interaksi tarik-menarik atau tolak-menolak maka ruangan atau daerah tersebut memiliki medan listrik.

Dari penjelasan di atas maka medan listrik dapat dinyatakan sebagai ruangan atau daerah jika benda bermuatan listrik diletakkan di daerah tersebut masih dipengaruhi oleh gaya Coulomb.

a.       Medan listrik bermuatan titik

Kuat medan listrik bermuatan titik didefinisikan sebagai gaya Coulomb per muatan uji. Persamaan matematisnya adalah:

Dengan subtitusi persamaan besar gaya coulomb ke persamaan di atas, maka diperoleh persamaan sebagai berikut:

Besar medan listrik di suatu titik oleh beberapa muatan listrik adalah penjumlahan vektor semua interaksi  muatan listrik tersebut seperti halnya penjumlahan vektor pada gaya Coulomb.

b.      Medan Listrik di Suatu Titik oleh Muatan q

Perhatikan gambar di bawah ini!

 Persamaan medan listrik dari gambar di atas dapat dituliskan sebagai berikut:

c.       Medan Listrik pada Muatan Cincin

Untuk menentukan besar medan listrik di titik P, langkah awal adalah menghitung jarak antara titik Pdan cincin. Jarak ini dapat dihitung dengan rumus Phytagoras.

Langkah selanjutnya adalah memisah komponen medan magnet menjadi sumbu y dan sumbu x. Medan magnet pada arah sumbu y adalah nol karena saling menghilangkan. Perhatikan arah medan magnet berikut ini.

Dari gambar di atas telah Nampak bahwa setiap garis gaya medan magnet pada arah sumbu y mempunyai lawan sehingga nilainya nol. Berdasarkan hal ini dapat disimpulkan bahwa arah dan besar medan magnet hanya bergantung pada komponen sumbu x. Persamaan medan magnet tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

Contoh soal Medan Listrik

Dua buah bola konduktor yang masing-masng berjari-jari 5 cm diletakkan pada jarak 15 cm. Besar muatan A adalah -4 C dan besar muatan B adalah 9 C. Letak titik yang mempunyai kuat medan listrik nol adalah . . . .

Penyelesaian:

Langkah pertama:

Menggambar sistem dan gambar garis medan. Kemudian meletakkan sebuah titik C di sebelah bola konduktor A sebagai permisalan.

Langkah kedua: Menghitung kuat medan listrik di titi C

<<previous| |next>>

Read More

GAYA LISTRIK

3.      Hukum Coulomb

Kita sudah mengetahui bahwa interaksi antara dua benda bermuatan listrik dapat berupa tarik menarik jika berbeda jenis dan dapat berupa tolak menolak jika sejenis. Apakah sebenarnya yang terjadi pada interaksi antara kedua muatan tersebut? Pada materi sebelumnya, kalian telah mempelajari tentang gaya. Pengertian gaya secara sederhana adalah sebuah tarikan atau dorongan. Interaksi dua muatan listrik juga sama yaitu berupa tarikan dan dorongan. Melalui proses berpikir ini maka dapat ditarik kesimpulan bahwa interaksi dua muatan listrik adalah sebuah gaya. Gaya interaksi dua muatan dinamakan gaya Coulomb (sesuai dengan penemunya) atau gaya listrik. Kita sudah mengetahui apa gaya listrik itu. Namun, berapakah besar gaya listrik?

Fisikawan Perancis Charles de Coulomb menyebutkan bahwa gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan besar setiap muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut (Aip S, dkk).

Gaya Coulomb adalah besaran vektor sehingga mempunyai arah. Arah ini bergantung pada interaksi antara dua benda bermuatan listrik. Untuk lebih memahami arah dan besar gaya Coulomb perhatikanlah gambar berikut ini.

Jarak antara q₁ dan q₂ adalah.

Persamaan gaya Coulomb dapat dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan:

F Q r k

= Gaya Coulomb (N) = Muatan listrik (Coulomb, disingkat C) = Jarak antara kedua muatan (m) = Konstanta kesebandingan (Nm2/C2) =Nm2/C2  C2/Nm2

Penyelesaian:

<<previous| |next>>

Read More

MUATAN LISTRIK

    C. Muatan Listrik

1.      Apakah Muatan Listrik Itu?

Pernahkah kalian melakukan kegiatan di samping? kegiatan di samping menggambarkan seorang anak yang sedang mendekatkan penggaris plastik pada potongan kertas. Sebelumnya penggaris tersebut digosok-gosokkan pada rambut yang kering. Apa yang terjadi? Pada gambar terlihat potongan kertas menempel pada penggaris. mengapa bisa demikian? 
       Seorang ahli fisika, Benjamin Franklin, mengusulkan bahwa ada dua jenis muatan listrik pada benda. Dua muatan itu adalah muatan listrik positif dan negatif. Dua benda berbeda bermuatan akan tarik menarik, sedangkan dua benda bermuatan sejenis akan tolak menolak. 
       Pendapat di atas jauh sebelum ditemukannya komposisi inti atom yang menyebabkan sifat kelistrikan suatu benda. Perkembangan saat ini sebuah benda tersusun atas ribuan bahkan jutaan atom. Sebuah atom terdiri atas inti atom dan elektron. Di dalam inti atom terdapat proton dan neutron. Jumlah proton dan elektron dalam suatu atom menyebabkan suatu benda bermuatan positif atau negatif. Jika suatu benda memiliki jumlah proton yang lebih banyak maka benda tersebut bermuatan positif. Jika suatu benda memiliki jumlah elektron yang lebih banyak maka benda tersebut bermuatan negatif. Namun jika jumlah proton dan elektron sama maka benda tersebut tidak bermuatan atau netral. Muatan-muatan inilah yang disebut dengan muatan listrik.

Benda-benda yang bermuatan listrik akan saling berinteraksi. Ada dua macam interaksi yang perlu diperhatikan yaitu:

a.       Interaksi benda bermuatan sejenis akan tolak menolak.

b.      Interaksi benda berlawanan buatan akan tarik menarik.

Benjamin Franklin adalah seorang fisikawan berkebangsaan Amerika. Lahir pada tanggal 17 Januari 1706 di Boston. Franklin terkenal berkat temuan listriknya. Pada tahun 1452, Franklin melakukan percobaan menangkap petir pada sebuah kunci dengan menggunakan layang-layang. Dia menerbangkan layang-layang yang sudah diikatkan kunci pada saat hujan. Ketika kilat sudah menyambar kunci Franklin menurunkan layang-layangnya. Dengan rasa penasaran dia menyentuh kunci tersebut. Bunga api melompat ke tangannya. kemudian dia berteriak, "Ini listrik! ini adalah buktinya." 

2.      Besar Muatan Listrik

Kita sudah mengetahui bahwa atom terdiri dari tiga elemen penting yaitu elektron yang berada di kulit atom, proton dan netron yang berada pada inti. Namun berapakah besar muatan tiga elemen  tersebut? Pada bagian ini akan dipelajari hal tersebut.

Muatan listrik ditemukan oleh seorang fisikawan berkebangsaan Amerika Serikat, Robert Andrew Milikan, pada tahun 1909. Dia memperoleh hadiah nobel atas penemuannya ini. Dia melakukan percobaan dengan meneteskan minyak pada dua plat logam bermuatan yang dikenal dengan percobaan tetes minyak milikan. Untuk mempelajari lebih mendalam mengenai percobaan milikan, perhatikanlah animasi berikut!

Pada animasi di atas, ketika beda potensial antara kedua plat adalah nol maka minyak akan jatuh pada dasar plat. Gaya-gaya yang bekerja pada tetes minyak adalah gaya Archimedes dan gaya berat. Gaya Archimedes timbul karena titis minyak menempati fluida yaitu udara. Sedangkan gaya berat terjadi akibat massa tetes minyak itu sendiri.

Pada animasi selanjutnya beda potensial antara kedua plat logam diberi beda potensial sehingga terdapat medan listrik antara kedua plat. Arah medan listrik adalah dari potensial tinggi ke potensial rendah yang ditunjukan arah panah pada animasi. Medan listrik berasal dari plat bermuatan menuju plat bermuatan negative. Tetes minyak yang melalui celah plat ada yang tetap jatuh ke dasar plat karena tetes minyak bermuatan positif dan netral. Tetes minyak bermuatan positif akan ditarik oleh gaya listrik (Coulomb) searah medan sehingga lebih cepat sampai di dasar. Sedangkan tetes minyak yang bermuatan  negative (electron) akan ditarik oleh gaya listrik (Coulomb) berlawanan dengan arah medan sehingga tetes minyak akan lebih lambat jatuh ke dasar plat. Kemudian beda potensial diatur sehingga tetes minyak bermuatan negative tetap melayang diantara dua plat. Pada keadaan ini gaya gravitasi diimbangi oleg gaya Archimedes dan gaya Coulomb (listrik).

Dari percobaan tetes minyak diperoleh muatan listrik electron sebesar - 1,6 x 10^-19 C sedangkan proton besar muatan listriknya adalah 1,6 x 10^-19 C.

<<previous| |next>>

Read More