Menghitung Kuat Medan Listrik

7/26/2019 Menghitung Kuat Medan Listrik

http://slidepdf.com/reader/full/menghitung-kuat-medan-listrik 1/15

menghitung Kuat Medan Listrik - Anda mungkin pernah mendengar bahwasetiap muatan yang diletakkan di suatudaerah akan memiliki medan listrik disekitarnya. Jika sebuah muatan uji (q’)

diletakkan pada daerah tersebut, muatantersebut akan mengalami gaya Coulomb.Kuat medan listrik di suatu titikdideinisikan sebagai gaya Coulomb persatuan muatan yang dialami oleh sebuahmuatan di titik tersebut. !e"aramatematis, dituliskan sebagai berikut.

E = F/q’

Dengan F = kqq’/r2

#aka

Keterangan$

% & kuat medan listrik ('C)

q & muatan listrik (C)

r & jarak antarmuatan (m)

k & * +

'm-

C-

1. Garis-Garis Gaya

ntuk menggambarkan medan listrikdapat juga dilukiskan dalam bentukgaris/garis gaya (lines of force).0ubungan antara garis/garis gaya dan1ektor medan listrik adalah sebagai berikut.

a. 1ektor kuat medan di suatu titik padagaris gaya menyinggung garis gaya dititik tersebut.

b. 2anyaknya garis per satuan luas penampang (yang tegak lurus dengangaris/garis tersebut) adalah sebandingdengan besarnya medan listrik %.

3ambar 4.5 (a) 3aris/garis gaya listrikuntuk partikel bermuatan positi6 (b)3aris/garis gaya listrik untuk partikel bermuatan negati6 (C) 3aris/garis gayauntuk dua muatan yang sejenis6 (d)3aris/garis gaya untuk dua muatan yang berbeda jenis.

Resutan Kuat Medan Listrik

#edan listrik merupakan besaran 1ektor.leh karena itu, penjumlahannyamengikuti aturan penjumlahan 1ekror.Anda dapat menggambar 1ektor/1ektormedan listrik di sekitar muatan statisyang menunjukkan besar dan arahmedan listrik pada titik/titik di sekitarmuatan tersebut. 7esultan besar kuatmedan di titik p adalah sebagai berikut.

E = E1 ! E2 ! " = En

Kererangan$

%+ & kuat medan listrik di titik p akibatmuatan q+

http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xii/contoh-soal-energi-potensial-listrik/

http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xi/hukum-gravitasi-newton-dan-medan-gravitasi/


http://budisma.web.id/materi/sma/fisika-kelas-xii/contoh-soal-energi-potensial-listrik/




%- & kuat medan listrik di titik p akibatmuatan q-

#edan listrik merupakan besaran 1ektor.leh karena itu, untuk menghitung

resultan dan medan listrik dapatdilakukan dengan "ara metode analisis(menggunakan 1ektor satuan) ataudengan menggunakan metode graik.#etode graik dapat dilakukan dengansyarat setiap medan listrik diketahui arah1ektornya.

#ukum Gauss

0ukum 3auss didasarkan pada konsep

luks. 8luks adalah kuantitas yangmenggambarkan berapa banyak 1ektormedangaris/garis gaya yang menembussuatu permukaan dalam arah tegak lurus.9erhatikan 3ambar 4.+:. Jika terdapatgaris/garis gaya dan suatu med an listnik homogen yang menembus tegak lurussuatu bidang seluas A, jumlah garismedan yang menembus tegak lurus bidang tersebut sama dengan perkalian %dan A. 9erkalian antara % dan A ini

dinamakan luks listrik (;). !e"aramatematis dituliskan sebagai berikut.

3ambar 4.+: 3aris/garis gaya yangmenembus bidang permukaan.

; & %A

Keterangan$

; & luks <istrik ('m-C atau weber)

% & kuat medan listrik ('C)

A & luas bidang yang ditembus medanlistrik (m-)

Jika garis/garis gaya tersebut menembus bidang tidak se"ara tegak lurus, lukslistrikn1a adalah$

$ = E%&'s(

dengan = adalah sudut antara 1ektormedan dan lintas permukaan yangditembus medan listrik. >an konsepluks listrik inilah, 3aussmengemukakan hukumnya yang

dinyatakan sebagai berikut.

3ambar 4.++ 3aris gaya yang

menembus suatu permukaan membentuk sudut =.

)*umah garis gaya yang keuar dari

suatu +ermukaaan tertutu+ se,anding

dengan *umah muatan istrik yang

diingku+i 'eh +ermukaan tertutu+

terse,ut

!e"ara matematis ditulis

erhitungan Medan Listrik dengan

Menggunakan #ukum Gauss



#edan ?istrik pada Keping !ejajar

#edan listrik di antara pelat sejajardapat dihitung dengan mudah

menggunakan 0ukum 3auss. >ua buah pelat keping yang memiliki luas Amasing/masing diberi muatan samatersebar merata, tetapi berlawanan jenis,yaitu @q dan q seperti pada 3ambar4.+-. 7apat muatan q tiap kepingdideinisikan sebagai muatan q persatuan luas A. !e"ara maternatis,dituliskan sebagai berikut.

= q/%

Kuat medan listrik % pada pelatkonduktor ditentukan berdasarkankonsep 0ukum 3auss. Caranya denganmembuat suatu permukaan tertutup,seperti silinder untuk memudahkan perhitungan. 9erhatikan 3ambar 4.+B.

2erdasarkan 9ersamaan (4), lukslistrik pada silinder tertutup tersebutadalah

;silinder tertutup &; + @; - @; B& %A+"os :o @%Aa"os :o@ %AB"os :o

leh karena A+ & A- & AB & A maka ;silinder tertutup & -%A

>ari persamaan ; silinder tertutup & qo sehingga

leh karena qA & D (rapat muatan)maka kuat medan listrik % yangditimbulkan oleh satu pelat konduktor

dinyatakan dengan persamaan



>engan demikian besarnya kuat medanlistrik yang ditimbulkan oleh - pelatkonduktor dinyatakan dengan persamaan

Keterangan$

D& rapat muatan (Cm-)

o & permiti1itas ruang hampa (5,5E F+:/+- C-'m-)

Kuat Medan Listrik +ada 0'a

K'ndukt'r 0er'ngga

3ambar 4.+4. bola konduktor beronggayang memiliki jari/jari 7. r jarak titik ke pusat bola.

9erhatikan 3ambar 4.+4. jika ke dalamkonduktor bola berongga yang berjari/ jari 7 diberi sejurmlah muatan positiatau muatan negati, muatan tersebutakan tersebar merata hanya di permukaan bola. Adapun di dalam bolatidak terdapat muatan listrik.2erdasarkan 0ukurn 3auss dapatditentukan besar medan listrik di dalammaupun di luar bola, yang besarnya

>i bagian dalam bola dengan r G 7,

besarnya medan listrik % & . 0altersebut disebabkan besarya muatanyang dilingkupi permukaan 3auss <, q &. Adapun untuk permukaan 3auss <<dengan r H 7, besarya muatan listrikyang dilingkupi permukaan 3auss <<sama dengan jumlah muatan listrik pada bola tersebut. >engan demikian, medanlistrik % di permukaan 3auss << adalah

Kuat medan listrik di luar bola dapatdiperoleh dengan menganggap bolasebagai muatan listrik yang terletak di pusat bola. Jadi, se"ara keseluruhanmedan listrik di sekitar bola beronggaadalah di dalam bola,

% & karena q &

di permukaan bola,

diluar permukaan

'nt'h s'a

+. 9artikel bermuatan @4IC bermassa +mg terapung bebas dalam medan listrikseperti pada gambar berikut



Jika g & +:ms-

, tentukan besarnya kuarmedan listrik yang mempengaruhi partikel tersebut

Jawab$

>iketahui$

m & +mg & +:/ kg

g & +: ms-

q & 4IC & 4.+:/C

perhatikan gambar berikut$

-. 9erhatikan gambar berikut$

!ebuah elektron (e & /+,L+:/+C, m &L+:/B+kg) bergerak tanpa ke"epatanawal dari pelat bermuatan negatimenuju plat positi yang berjarak B- "mdalam medan listrik homogen % & :,4E 'C. 0itunglah$

a. per"epatan yang dimiliki elektron

b. waktu yang diperlukan men"apai pelat positi

". laju elektron saat tiba diplat positi jawab$

oleh karena massa elektron sangat ke"il,gaya berat mg dapat diabaikan terhadapgaya "oulomb 8 & q%

diketahui

q & e & /+,L+:/+C,

m & L+:/B+kg

d & B-"m & :,B-m

% & :,4E 'C

B. 9erhatikan gambar berikut$

Mentukan$



a. kuat medan listrik di titik 96

b. gaya pada muatan /4.+:/5 dititik 9.

9enyelesaian

9erhatikan gambar berikut

#uatan uji 9 biasanya dianggap muatan positi.

%+ & kuat medan listrik akibat q+

%- & kuat medan listrik akibat q-

Jadi kuat medan listrik di titik 9 adalahL+:E 'C

b. muatan 9(/4L+:/5C) mengalami gayasebagai berikut

8 p & % p F q & (.+:E 'C F (/4.+:/5C) &/:,:B'. tanda negati menunjukan 8 p arahnya ke kiri.

4. 9ada titik/titik sudut 2 dan > sebuah persegi A2C> masing/masing diletakansebuah partikel bermuatan @q. Agar kuatmedan listrik di titik A &nol, tentukan

besar muatan yang harus diletakan dititik C.

Jawab$

leh karena q2 & q> dan A2 & A> & r,maka %A2 & %A> & kqr -. Kuat medan di

titik A oleh muatan di 2 dan > adalah

Agar %A & :, %AC harus sama besar,tetapi berlawanan arah dengan %2> untuk itu qC harus bermuatan negati.

Jadi, besar muatan yang harus diletakandi titik C adalah -N-q.

E. 0itunglah luks listrik pada suatu bidang persegi yang berukuran -:L+E"m, jika kuat medan listrik homogensebesar +E: 'C dan arahnya$

a. sejajar bidang



b. membentuk sudut BOo terhadap bidang

". tegak lurus terhadap bidang

Jawab$

>iketahui

?uas persegi A & (-:"m F +E"m) &B::"m- & B.+:/- m-6

Kuat medan listrik % & +E:'C

8luks listrik dapat anda perhatikan padagambar berikut.

a. untuk sudut = & :o

;& %A "os :o & +E:'C (BL+:/- m-)(:)

& :

b. untuk sudut = & EBo

;& %A "os EBo & +E:'C (BL+:/- m-)(:,) & -,O wb

b. untuk sudut = & :o

;& %A "os :o & +E:'C (BL+:/- m-)(+) &4,E wb



Listrik Statis 12

Category$ 8isika *<< !#APritten by isikastudy"enter

8isikastudy"enter."om/ 2erikut ini

ditampilkan beberapa soal dan pembahasan materi ?istrik !tatis yangdibahas di kelas *<< !#A.

'a 3'. 1

>ua buah partikel bermuatan berjarak 7satu sama lain dan terjadi gaya tarik/

menarik sebesar 8. Jika jarak antarakedua muatan dijadikan 4 7, tentukannilai perbandingan besar gaya tarik/menarik yang terjadi antara kedua partikel terhadap kondisi awalnya

em,ahasan

sehingga

'a 3'. 2

Miga buah muatan A, 2 dan C tersusunseperti gambar berikut

Jika QA & @ + IC, Q2 & R - IC ,QC & @ 4IC dan k & F +: ' m- CR - tentukan besar dan arah gaya Coulomb padamuatan 2

em,ahasan

9ada muatan 2 bekerja - buah gaya,yaitu hasil interaksi antara muatan A dan2 sebut saja 82A yang berarah ke kiri danhasil interaksi antara muatan 2 dan C

sebut saja 82Cyang berarah ke kanan.<lustrasi seperti gambar berikut$

Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk men"ariresultan gaya "ukup denganmengurangkan kedua gaya, misalkan

resultannya kasih nama Ft'ta $

F t'ta = F0 - F0%

F t'ta = 42 5 16 - 7 - 18 9 16 -7 = :; 9 16 -7

3

Arah sesuai dengan 82C yaitu ke kanan.

http://fisikastudycenter.com/

http://fisikastudycenter.com/



'a 3'. 7

>ua buah muatan tersusun sepertigambar berikut

Jika Q+ & @ + IC, Q- & R - IC dan k & F +: ' m- CR - tentukan besar dan arahkuat medan listrik pada titik 9 yangterletak 4 "m di kanan Q+

em,ahasan

7umus dasar yang dipakai untuk soal iniadalah

dimana % adalah kuat medan listrikyang dihasilkan suatu muatan, dan r

adalah jarak titik dari muatan sumber.0arap diingat lagi untuk menentukanarah % $ Skeluar dari muatan positiS danSmasuk ke muatan negatiS

9erhatikan ilustrasi pada gambar

?angkah berikutnya adalah menghitungmasing/masing besar kuat medanmagnet %+ dan %- kemudian men"ariresultannya jangan lupa ubah satuan

"entimeter menjadi meter. !upaya lebihmudah hitung se"ara terpisah satu persatu saja,..

Arah ke arah kanan.

'a 3'. ;

3ambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, 2 dan C yangmembentuk suatu segitiga dengan sudut

siku/siku di A.

Jika gaya tarik/menarik antara muatan A

dan 2 sama besar dengan gaya tarik/menarik antara muatan A dan C masing/masing sebesar E 8, tentukan resultangaya pada muatan A

em,ahasan



Karena kedua gaya membentuk sudut:T"ari dengan rumus 1ektor biasa $

'a 3'. :

Miga buah muatan membentuk segitigasama sisi seperti gambar berikut. Jarakantar ketiga muatan masing/masingadalah +: "m.

Jika Q+ & @ + C, Q-& QB & R - C dan k & F +: ' m- CR - tentukan besarresultan gaya Coulomb pada muatan Q+

em,ahasan

Mipe soal mirip soal nomor 4, dengansudut :T dan nilai masing/masing gayaharus di"ari terlebih dahulu.

Angka +5 F +:++ ' namakan saja *untuk mempermudah perhitunganselanjutnya.

'a 3'. <

>ua buah muatan masing / masing Q+ &+ IC dan Q- & 4 IC terpisah sejauh +:"m.

Mentukan letak titik yang memiliki kuatmedan listrik nol (Mipikal !oal ')

em,ahasan

?etak titik belum diketahui sehingga adatiga kemungkinan yaitu di seblah kiri Q+,di sebelah kanan Q- atau diantara Q+ dan

Q-. ntuk memilih posisinya se"ara benar perhatikan ilustrasi berikut ini daningat kembali bahwa kuat medan listrikSkeluar untuk muatan positiS danSmasuk untuk muatan negatiS. 'amakan saja titik yang akan di"arisebagai titik 9.



Ada - tempat dimana %+ dan %- saling berlawanan, ambil saja titik yang lebihdekat dengan muatan yang nilaimutlaknya lebih ke"il yaitu disebelahkiri Q + dan namakan jaraknya sebagai

F.

'a 3'. 4

!ebuah muatan listrik negati sebesar Qyang berada pada suatu medan listrik %yang berarah ke selatan. Mentukan besardan arah gaya listrik pada muatantersebut

em,ahasan

0ubungan antara kuat medan listrik %dan gaya listrik 8 yang terjadi pada suatumuatan q adalah

F = E

dengan perjanjian tanda sebagai berikut$

• >ntuk muatan +'siti?@ F searah

dengan arah E

• >ntuk muatan negati?@ F

,eraAanan arah dengan arah

E

9ada soal diatas % berarah ke selatansehingga arah 8 adalah ke utara, karenamuatannya adalah negati.

'a 3'. 8

9erhatikan gambar tiga buah muatanyang berada di sekitar titik 9 berikut

Jika k & F +: ' m- CR - , Q+ & @ +:R+- C, Q- & @ - F +:R+- C dan QB & / +:R+- C,

tentukan besar potensial listrik pada titik 9

em,ahasan

'a 3'. B

5 buah muatan listrik 4 diantaranyasebesar @ E C dan 4 lainnya adalah R E Ctersusun hingga membentuk suatu kubusyang memiliki sisi sepanjang r.



Mentukan besar potensial listrik di titik 9yang merupakan titik berat kubus

em,ahasan

Kenapa nolU Jarak masing/masingmuatan ke titik 9 adalah sama dan besarmuatan juga sama, separuh positi danseparuh lagi negati sehingga jikadimasukkan angkanya hasilnya adalahnol.

'a 3'. 16

>ua buah partikel dengan besar muatanyang sama digantung dengan seutas talisehingga tersusun seperti gambar

berikut

Jika tan = & :,OE dan besar tegangan pada masing/masing tali adalah :,:+ ',tentukan besar gaya tolak / menolakantara kedua partikel

em,ahasan

9erhatikan uraian gaya pada Q- berikut

Karena nilai gaya tali sudah diketahui,maka dengan prinsip keseimbangan

biasa didapat$F = C sin

F = 6@61 9 6@< = 6@66< 3eAt'n

'a 3'. 11

!ebuah partikel yang bermuatan negatisebesar E Coulomb diletakkan diantaradua buah keping yang memiliki muatan berlawanan.



Jika muatan tersebut mengalami gayasebesar :,4 ' ke arah keping 2,tentukan besar kuat medan listrik dan jenis muatan pada keping A

em,ahasan

F = E

E = F / = 6@; / : = 6@68 3/

ntuk muatan negati arah % berlawanandengan 8 sehingga % berarah ke kiri dandengan demikian keping 2 positi,keping A negati.

'a 3'. 12!ebuah bola berongga memiliki muatansebesar Q Coulomb dan berjari/jari +:"m.

Jika besar potensial listrik pada titik 9adalah (kQ F ) 1olt, tentukan nilai F

em,ahasan

ntuk men"ari potensial suatu titik yang berada di luar bola, = kq/r dimana radalah jarak titik tersebut ke pusat bolaatau 9 = 6@1 ! 6@2 = 6@7 meter.

'a 3'. 17

Mentukan besarnya usaha untukmemindahkan muatan sebesar positisebesar +: IC dari beda potensial -B:

kilo1olt ke BB: kilo1olt

em,ahasan

H = q I

H = 16J 9 166 k't = 1 *'ue

'a 3'. 1;

9erhatikan gambar berikut % adalahkuat medan listrik pada suatu titik yangditimbulkan oleh bola berongga yang bermuatan listrik @ q.

Mentukan besar kuat medan listrik di titik 9, Q dan 7 jika jari/jari bola adalah 9 dan titik 7 berada sejauh h dari permukaan bola

em,ahasan

• Mitik 9 di dalam bolasehingga E = 6

• Mitik Q di permukaan bola

sehingga E = kq/9

2

• Mitik 7 di luar bola sehinggaER = kq/9 ! h2

'a 3'. 1:

!ebuah partikel bermassa m dan bermuatan negati diam melayangdiantara dua keping sejajar yang berlawanan muatan.



Jika g adalah per"epatan gra1itasi bumidan Q adalah muatan partikel tentukannilai kuat medan listrik % antara kedua

keping dan jenis muatan pada keping Q em,ahasan

Jika ditinjau gaya/gaya yang bekerja pada partikel maka ada gaya gra1itasigaya berat yang arahnya ke bawah.Karena partikel melayang yang berartiterjadi keseimbangan gaya/gaya, maka pastilah arah gaya listriknya ke atasuntuk mengimbangi gaya berat. #uatan

negati berarti arah medan listrik % berlawanan dengan arah gaya listrik 8sehingga arah % adalah ke bawah dankeping 9 adalah positi (% Skeluar dari positi, masuk ke negatiS), keping Qnegati.

ntuk men"ari besar % $

F istrik = H

qE = mg

E = mg/q

'a 3'. 1<

!ebuah elektron dengan massa ,++ L+:RB+ kg dan muatan listrik R +, L +:R+ C, lepas dari katode menuju ke anodeyang jaraknya - "m. Jika ke"epatan awalelektron : dan beda potensial antaraanode dan katode -:: V, maka elektron

akan sampai di anode denganke"epatan....A. -,B L +:E ms2. 5,4 L +: msC. -,B L +:O ms>. B L +:O ms%. -,4 L +:5 ms(#9M' +4)

em,ahasan

>ata dari soal$me & ,++ L +:RB+ kgQe & R +, L +:R+ C

W+ & : msXV & -:: 1olt W- & ....... U

>engan hukum kekekalan energimekanik, energi mekanik elektron saat dianode sama dengan energi mekanik saatdi katode$

Asal mula rumusnya dari sini,

!oal ini dalam mode non kalkulator , tak boleh pake kalkulator dalammengerjakan, alternati berhitungnyaseperti ini$



2erhubungan dengan ?istrik !tatis adaKapasitor +- !#A

ntuk menguji pemahaman, silahkan di"oba !oal Mry ut ?istrik !tatis *<<!#A , tipe soal mirip dengan yang

7ead more$http$isikastudy"enter."omisika/Fii/sma4/listrik/statisYiFZZ-3588Jd2e

http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/46-kapasitor

http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/49-listrik-statis#ixzz2G8FFJdBe


http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/46-kapasitor



Menghitung Kuat Medan Listrik

Documents

Transcript of Menghitung Kuat Medan Listrik