fisika - medan listrik

Gaya dan Medan listrik Dede Djuhana E-mail:dede@fisika.ui.ac.id Departemen Fisika FMIPA-UI

Gaya dan Medan listrik Pendahuluan 

Thales Miletus 600SM

Mengamati sepotong ambar yang digosok akan menarik potongan jerami.



Benjamin Franklin (1706-1960)



Charles A. Coulomb(1736-1806)



H.C. Oersted (1777-1851)

Menamakan dua jenis muatan yaitu muatan positif dan negatif. Mengukur secara kuantitatif gaya tarikan dan tolakan listrik statik.

Mengamati kawat berarus listrik dapat mempengaruhi jarum kompas

magnetik. 

Michael Faraday(1791-1867)

Perubahan medan magnet menimbulkan tegangan dan arus listrik

induksi. 

James C. Maxwell(1831-1879)

Membuat persamaan fundamental listrik-magnet dikenal dengan

hukum Maxwell 

H.A Lorent, Heaviside, Hertz

Memberikan kontribusi yang cukup penting dalam menerapkan teori

Maxwell.

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

1

Hukum Coulomb 

Charles A. Coulomb melakukan eksperimen untuk menghitung gaya-gaya yang disebabkan oleh dua

buah muatan baik muatan postif atau negatif. Gaya tersebut dituliskan sbb: (1) dimana

=muatan, =jarak antara muatan,

dan

Medan listrik 

uji

Medan listrik adalah daerah yang dipengaruhi sifat kelistrikan dari muatan, jika kita memberikan muatan maka akan timbul gaya Coulomb. Maka medan listrik didefinisikan sbb: muatan uji



(2)

Medan listrik dapat ditimbulkan oleh muatan titik, kelompok muatan titik dan muatan kontinyu.

1. Muatan Muatan titik titik (3) 2. Muatan Muatan terdistrib terdistribusi usi titik titik (4) Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

2

3. Muatan Muatan terdistribu terdistribusi si kontiny kontinyu u (5) Garis-garis gaya 

Garis-garis gaya dimanfaatkan untuk menggambarkan pola-pola meda listrik atau magnet.

singgung pada garis gaya pada setiap titik memberikan arah 

Garis

pada titik itu.

Garis-garis gaya digambarkan garis persatuan luas penampang (tegak lurus) sebanding dengan

besarnya 



.

Garis-garis gaya untuk muatan negatif mengarah kedalam dan muatan posifit mengarah keluar. Fluks listrik



Fluks listrik menggambarkan garis-garis gaya yang masuk dalam suatu permukaan dengan luas

tertentu. Fluks listrik ini sebanding dengan medan listrik arah normal dan dituliskan: (6) dimana

=fluks listrik dan

Fisika Dasar II:

adalah arah dari garis-garis gaya.

Gaya dan Medan Listrik

3

Q

Medan dititik Q

P Medan dititik P

FLUKS LISTRIK

Arah E A

+

− θ A

A

(a)

(b)

Gambar 1: (a)Garis-garis gaya pada muatan positif dan negatif dan (b)fluks listrik

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

4

Hukum Gauss dan Aplikasi 

Menyatakan hubungan fluks listrik yang melalui suatu permukaan tertutup dengan muatan netto Q pada

permukaan tersebut. Hukum Gauss dapat dituliskan ditutupi

(7)

tidak ditutupi

Contoh 1. Suatu bola bermuatan dengan jari-jari R dan mempunyai kerapatan 

(muatan per 

satuan volume). Tentukan medan listrik (a) diluar (b) didalam bola. Jawab 1. (a) Kondisi diluar bola,dengan hukum Gauss  dengan q=muatan total. (b) untuk kondisi didalam bola adalah  dimana q’ adalah muatan bagian dari q. Maka hubungan q dan q’ adalah  dengan 

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

5

E R

E~1/r

2

E~kr r

r

Gambar Gambar 2: Aplikasi Aplikasi hukum Gauss menentuka menentukan n medan medan listrik listrik pad pada a bola bola bermuatan bermuatan..

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

6

Medan listrik dari benda kontinyu Batang bermuatan tak berhingga dEy

dE

dEx

r θ

y o

x

dx

Gambar 3: Batang bermuatan tak berhingga (8)

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

7

yang memberikan kontribusi adalah medan pada arah

maka (9)

(10) hubungan x dan

adalah

maka (11)

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

8

Cincin bermuatan ds

a r

x θ

dE cos

θ

dE

Gambar 4: Cincin bermuatan Elemen muatan (12)

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

9

dengan

, maka :

(13) nilai

keliling cincin (14)

untuk

akan menghasilkan (15) Dipol listrik



Dipol adalah dua buah muatan yang indentik dan muatannya berbeda jensi dan diasumsikan

.

Medan listrik dipol dapat dituliskan dimana dan

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

(16) (17)

10

sehingga medan listriknya (18)

+q

a

θ

P

r

a

θ

E1

E2 −q

E

Gambar 5: Medan listrik dari bentuk dipol listrik

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

11

Muatan titik dalam medan listrik 

Pada gambar[6] muatan

mendapatkan gaya

bergerak dalam medan listrik tetap maka muatan tersebut akan dan percepatan

dengan m adalah massa partikel.

Contoh 2. Sebuah partikel massa(m) dan muatan (q) pada keadaan diam diletakan dalam  suatu medan listrik E homogen dengan kecepatan awal nol. Tentukan  Jawab 2. (a)percepatan  (d)energi kinetik 

(b)kecepatan 

(c)pergeseran 

dengan 

q V

1

E

V2

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

Gambar 6: Muatan titik dalam medan listrik Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

12

Cont Contoh oh 3. Sebuah elektron dengan massa(m) dan muatan(e) yang ditembakkan dengan kece-  patan 

dengan arah tegak lurus medan listrik 

. Deskripsikan gerakan elektron tersebut! 

Jawab 3. Gerakan elektron serupa dengan gerakan dari peluru yang ditembakkan dalam arah  horisontal maka nilai 

dan 

dapat ditentukan yaitu 

mengeliminasi nilai  maka 

dengan 

.

P

y

+ ++ + ++ + Vo

++ +

E

q −_−−−−− −−−−−−− −

L    a   y  a r  

x

Gambar 7: Pembelokan elektron dalam medan listrik homogen

Fisika Dasar II:

Gaya dan Medan Listrik

13