Listrik Statis

Muatan Listrik

Contoh listrik statis dalam sehari-hari adalah terjadinya petir, tertariknya kertas kecil-kecil oleh penggaris plastik yang sudah digosok-gosok rambut kering, tertariknya bulu-bulu rambut pada baju yang baru saja di seterika.

Setiap zat tersusun oleh molekul-molekul dan setiap molekul tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi yang di sebut atom.

Setiap atom tersusun oleh proton, netron dan elektron.

Proton dan netron berada dalam inti atom sedang elektron berada di kulit atom.

Proton bermuatan positip (+), netron tidak bermuatan dan elektron bermuatan negatip (-).

Benda netral jumlah elektron sama dengan jumlah protonnya.

Benda bermuatan positip (+) bila jumlah elektron lebih sedikit daripada protonnya

Benda bermuatan negatip (-) bila jumlah elektron lebih banyak daripada jumlah protonnya.

Menimbulkan muatan listrik pada benda

1.   Menimbulkan muatan listrik dengan menggosok

Muatan listrik ada dua yaitu muatan positip dan muatan negatip.

Cara memberi muatan listrik pada benda dapat dilakukan dengan cara, penggosokan, sentuhan dan induksi.

 

Plastik bila digosok dengan kain woll, maka elektron pada kain woll pindah ke plastik sehingga kain woll kekurangan elektron sehingga  bermuatan (+), sedang plastik kelebihan elektron sehingga bermuatan (-)

Kaca bila digosok dengan kain sutera, maka elektron dari kaca akan pindah ke sutera sehingga kaca keku-rangan elektron dan kaca menjadi bermuatan (+) dan sutera kelebihan elektron dan menjadi bermuatan (-).

Cara di atas adalah menimbulkan muatan listrik dengan cara menggosok.

 

Menimbulkan Muatan Listrik dengan cara Induksi (imbas)

 Menimbulkan Muatan Listrik dengan cara hantaran (konduksi)

Sifat Muatan Listrik

Jika dua buah benda bermuatan listrik yang sejenis saling didekatkan maka akan terjadi tolak menolak, dan sebaliknya benda bermuatan listrik yang berlainan jenis didekatkan akan terjadi tarik-menarik.

Hukum Coulomb

                  

Jika dua buah benda yang bermuatan sejenis saling didekatkan akan terjadi gaya tolak menolak.

Menurut Charles Agustin de Coulomb “ besar gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dua  benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing benda dan berbanding  dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut “ . Pernyataan tersebut yang disebut dengan hukum Coulomb.

Hukum Coulomb tersebut jika dirumuskan secara matematis :

F = k

Keterangan :

F = gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak ( N )

Q1 = besarnya muatan benda 1 ( C )

Q2 = besarnya muatan benda 2 ( C )

r = jarak antara dua benda ( m )

k = konstanta pembanding  ( k = 9 x 10⁹ Nm²/C²)

Contoh Soal:

1. Dua buah benda memiliki muatan masing-masing +Q dan -Q kedua benda terpisah pada jarak sejauh d, sehingga menghasilkan gaya sebesar F. Jika jarak kedua benda didekatkan menjadi setengahnya, maka berapa besar gayanya sekarang ?

Diketahui:

Q1 = +Q  dan Q2 = -Q

r = ½ d

Ditanyakan : F = .. ?

Jawaban :

F = k     Þ   F = k

F’ = k  =   - k   = - 4 k  = - 4 F₁

Jadi gayanya menjadi 4 kali gaya semula sedangkan tanda negatip (-) artinya terjadi gaya tarik menarik antara dua muatan.

2. Dua muatan dipisahkan dengan jarak 3 cm. Benda A memiliki muatan +6 mC dan benda B memiliki muatan +3mC .

Pertanyaan :

a.          Buatlah diagram vektor gaya-gaya kedua muatan tersebut

b.         Berapa gaya pada benda A  dan benda B serta ke mana arahnya ?

Penyelesaian :

Diketahui :

Q_A  =  +6 mC = +6 x 10^-6 C

QB = +3mC  = +3 x 10^-6 C

r    = 3 cm = 3 x 10^-2 m

Ditanyakan :

a. Diagram vektor gaya-gaya pada masing-masing muatan

b. F_A dan F_B serta arahnya

Jawaban:

FB pada A

+

A

FA pada B

+

B

 

a.

r

 

b.   F_A  =  F_B  = k

                = 9 x 10 ⁹ Nm²/C²

                = 9 x 10 ⁹ Nm²/C²

                = 9 x 10 ⁹ Nm²/C² x 2 10^-8 C²/m²

                = 18 x 10 N  = 180 N

 F_A arahnya ke kanan dan F_B arahnya ke kiri yang besarnya sama.

3.  Sebuah bola A dengan muatan 6 mC diletakkan dekat dengan bola B yang bermuatan –1,5 mC pada jarak 3 cm disebelah kanan bola A dan bola C bermuatan 1,5 mC diletakkan 3 cm lurus di bawah bola A.

Pertanyaan :

a.       Gambarlah susunan dan gaya-gaya pada bola bermuatan tersebut

b.      Berapa besarnya gaya bola C pada bola A ?

c.       Berapa besarnya gaya bola B pada bola A ?

d.      Berapa gaya bersih pada bola A  ?

Penyelesaian :

Diketetahui :

QA = 6 mC = 6 x 10-6 C QB  = -1,5 mC = -1,5 x 10-6 C QC  = 1,5 mC = 1,5 x 10-6 C

rAB  = 3 cm = 3 x 10-2 m rAC  = 3 cm = 3 x 10-2 m k     = 9 x 10 9 Nm2/C2

Ditanya :

a.       Gambar gaya-gaya pada bola A, B dan C

b.      F_CA = .. ?

c.       F_BA = .. ?

d.      F_A    = .. ?

y

q

FCA

FBA

FAB

FAC

A

B

C

X

+

-

+

FA

Jawab :

a.

b.  F_CA = k  = 9 x 10 ⁹ Nm²/C²  = 9 x 10¹ N = 90 N arahnya ke atas

F_BA = k  = 9 x 10 ⁹ Nm²/C²    = - 9 x 10¹  = - 90 N arahnya ke kanan

Tanda negatip (-) artinya terjadi gaya tarik antara bola A dan B

F_A =

F_A =  =  127, 27  N

Arah F_A dicari dengan cara : tan q =  =  = 1  è    q  = 45^o

Jadi besarnya gaya benda A 127,27 N arahnya 45^o di atas sumbu X.

4. Dua buah muatan listrik tolak menolak dengan gaya listrik yang besarnya F, jika jaraknya r. Jika masing-masing muatan diperbesar 3 kali supaya gaya listrik itu tetap besarnya sama dengan F, maka jarak kedua muatan itu harus dijadikan berapa ?

Penyelesaian :

F = k   misal jarak kedua muatan mula-mula r, maka setelah diperbesar muatannya 3 kali jarak kedua muatan menjadi R dan besarnya gaya menjadi  F ’

F ’ = k  = k           agar F = F ’ maka R = 3r 

menjadi  F ‘ = k  = k

Pertemuan ke-4

Elektroskop

Elektroskop berfungsi untuk mengetahui sebuah benda bermuatan listrik atau tidak.

Bagian-bagian elektroskop :

- Kepala elektroskop terbuat dari logam

- Daun elektroskop terbuat dari logam yang sangat tipis (foil)

Prinsip kerja elektroskop:

                                

Medan Listrik

Medan Listrik adalah daerah di sekitar muatan listrik yang jika muatan lain diletakkan dalam daerah ini akan mendapatkan gaya listrik. Medan Listrik digambarkan dengan garis gaya listrik.

Garis gaya listrik adalah garis khayal yang menunjukkan masih adanya sifat kelistrikan.

Sifat-sifat garis gaya listrik :

-          Garis gaya listrik pada muatan positip arahnya keluar

-          Garis gaya listrik pada muatan negatip arahnya masuk

-          Garis gaya listrik tidak pernah berpotongan

-          Garis gaya listrik rapat medan listrik kuat dan garis gaya listrik renggang medan listrik lemah.

garis gaya listrik tarik menarik

garis gaya listrik arahnya keluar

garis gaya listrik arahnya masuk

garis gaya listrik tolak menolak

             

Potensial Listrik

Potensial Listrik adalah besarnya energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik positip sebesar 1 C dari suatu titik ke titik lain.

Misalnya muatan positip sebesar q dipindahkan dari titik K ke titik L di sekitar medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan listrik positip sebesar Q, maka muatan q akan mendapat perlawanan gaya tolak sebesar F (karena tolak menolak antara Q dan q). Maka untuk memindahkan muatan sebesar q dari titik K ke titik L dibutuhkan energi sebesar W yang di sebut energi potensial listrik.

F

F

q

Q

L

K

+

+

 

Besarnya beda potensial listrik antara titik K dan L adalah :

V =

V = beda potensial (volt)

W = energi listrik (joule)

q = muatan listrik yang dipindahkan (coulomb)

Contoh Soal :

Sebuah muatan sebesar 20 C dipindahkan dari titik A ke titik B. Jika energi listrik yang diguna-kan untuk memindahkan muatan sebesar 300 J, berapakah beda potensial antara titik A dan B ?

Penyelesaian: Diket: q = 20 C W = 300 J Ditanya : VAB  = .. ?

Jawaban: V = VAB = VAB = 15 J/C = 15 volt