listrik statis materi sma kelas XII semester 2

  LISTRIK STATIS

Standar Kompetensi:

Menginterpretasikan listrik statis dan dinamis

Kompetensi dasar:

     Membedakan konsep listrik statis dan dinamis

     Menjelaskan penerapan listrik statis dan dinamis

Suatu benda yang mengandung listrik statis, muatan-muatan listriknya dalam keadaan diam ( tidak bergerak ). Dalam listrik statis tidak terdapat arus listrik karena tidak terjadi aliran muatan listrik.

                                                                      

A.  GAYA LISTRIK

Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Jika dua benda bermuatan listrik yang sejenis, misalnya positif (+) dengan positif (+) atau negatif (-) dengan negatif (-) maka benda tersebut akan saling tolak menolak.  Jika dua benda bermuatan tidak sejenis, yaitu positif (+) dengan negatif (-) maka kedua benda tersebut akan saling tarik menarik.

    Muatan (+) dengan muatan           muatan (-) dengan muatan                     muatan (-) dan muatan (+) 

        (+) saling tolak menolak                (-) saling tolak menolak                           saling tarik- menarik

   

   Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak yang terjadi dirumuskan dalam Hukum Coulomb yang dinyatakan oleh Charles Augustin de Coulomb (1786) sebagai berikut:

“Gaya  tarik  atau  gaya  tolak  antara  dua  muatan  listrik  sebanding  dengan  muatan- muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan”

  Atau ditulis secara matematis:

                                         F = k  q1q2/r^2

       

F         = gaya Coulomb (N)

q1, q2    = muatan listrik 1, muatan listrik 2 (Coulomb)

r          = jarak antara kedua muatan (m)

k         = konstanta=9.109 N.m2/C2

                                                           

B.  MEDAN LISTRIK

     Medan  listrik  adalah  daerah  atau  ruang  di  sekitar  muatan  listrik  yang  masih dipengaruhi Gaya Coulomb (gaya listrik).

 

                                                             

Medan Listrik digambarkan dengan garis gaya listrik yang arahnya keluar untuk muatan positif dan masuk untuk muatan negative

Kuat medan listrik secara matematis: 

                          E = K Q/r^2      Atau    E = F/q

  Jadi Kuat Medan listrik dapat juga ditulis

  F = K.Qq/r^2

       E = kuat medan listrik (N/C)

       F = gaya Coulomb (C)

        q = muatan uji (C)

       Q = muatan sumber (C)

        R = jarak muatan uji terhadap muatan sumber (m)

    Jika suatu titik daerah atau ruang dipengaruhi oleh beberapa medan listrik, maka Kuat medan listrik di daerah titik tersebut adalah jumlah dari kuat medan listrik yang dihasilkan oleh tiap muatan sumber pada titik tersebut.

  E _Total= E₁+E₂+E₃+…

C.  HUKUM GAUSS

    Jika terdapat garis-garis gaya dari suatu medan listrik homogen yang menembus tegak lurus bidang seluas A (lihat gambar di bawah), maka fluks listrik (Ф) yang melalui bidang tersebut sama dengan :

                      Ф = E.A         Dengan Ф = fluks listrik ( N/Cm2 atau weber (Wb))

   

Persamaan Fluks Listrik untuk medan listrik yang menembus Bidang secara tegak lurus adalah

  Ф = E.A cos θ

         Dengan    Ф = Fluks listrik (Wb)

                                                   E = Kuat Medan listrik (N/C)

                                                   A = Luas bidang yang ditembus medan listrik (m²)

                                                     θ= sudut antara E dan garis Normal bidang

      Hukum gauss berbunyi “Jumlah garis gaya dari suatu medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu”

Secara matematis, Hukum Gauss dinyatakan dengan rumus:

Ф = E.A cos θ = Q/εo               Dengan Q = Mutan pada permukaan tertutup

                                                             εo= permitivitas udara

D.  POTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL LISTRIK

1.  Potensial Listrik Oleh Muatan Titik

      Sebuah titik yang terletak di dalam medan listrik akan memiliki potensial listrik. Potensial listrik yang dimiliki titik tersebut besarnya adalah :

    V = K.q/r    Atau       V = E . r                Dengan  V = potensial listrik (Volt)

     Potensial listrik merupakan besaran scalar, apabila terdapat beberapa muatan titik, maka potensial listrik pada sebuah titik merupakan jumlah aljabar potensialnya terhadap tiap-tiap muatan. Besarnya potensial di P :

   V_p= K Σ Q/r

2.  Potensial Listrik oleh Bola Konduktor Bermuatan

     Potensial  listrik  di  dalam  bola  konduktor di  tiap  titik  adalah  sama,  bidang  yang mempunyai potensial listrik yang sama disebut bidang eqipotensial

                                    

 

1. Untuk r < R ( di dalam bola )

     V = K. Q/r    

2.  Untuk r = R ( dipermukaan bola )

       V = K.Q/r    

3.  Untuk r > R ( di luar bola )

         V = K.Q/r    

3.  Potensial Listrik pada Dua Keping Sejajar

                                                                  

V = E.d    Dengan      d = jarak antar 2 keping (m)

 4.  Energi Potensial Listrik

     Muatan Q akan memberikan potensial listrik terhadap q sebesar V, akibat potensial listrik tsb, maka q akan memberkan energi sebesar :

   Ep = q.V  atau      Ep= Qq/r      Dengan Ep = energi potensial (J)

Apabila suatu muatan q dipindahkan dari titik (1) ke titik (2), maka usaha yang diperlukan adalah :

W12       = Ep2 – Ep1     

            =  q V₂ - qV₁

W12       =    q ∆V

    Dengan 

      W12 = usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q  dari titik 1 ke titik 2

        ∆V =  Beda potensial (Volt)

E.  KAPASITOR

    Kapasitor adalah peralatan listrik (komponen) elektronika yang digunakan untuk menyimpan energi listrik dalam waktu yang singkat untuk dibebaskan kembali dengan cepat. Biasanya berupa sepasang konduktor kembar yang dipisahkan oleh lapisan isolator (dielektrikum)

   Jenis kapasitor antara lain : kapasitor kertas, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variabel. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan energi disebut kapasitas atau kapasitansi, yang dinyatakan dalam Farad (F).

  Simbol Kapasitor (C)

                                                                                                                                                                                                 

    Besarnya Kapasitas kapasitor adalah :

   C = ε.A/d                  Atau         C = q/V

 Dengan

C = kapasitas kapasitor (Farad atau f )

q = muatan antara dua keping (C)

V = beda potensial antara dua keping (volt)

ε  = permitivitas dielektrikum bahan

 A= luas penampang keeping (m2)

     Pada keeping Kapasitor juga berlaku

                    

   Q .E.d =q.V

d = jarak antara dua keping kapasitor (m)

 E = kuat medan listrik (N/C)

q = besar muatan listrik pada keeping (C)

V = beda potensial antar kedua keeping (Volt)

  Energi dalam kapasitor merupakan energi potensial yang tersimpan dalam medan listrik kapasitor

    Ep= 1/2 q.V           Atau              Ep = 1/2 C.V²         

EP = energi kapasitor (J)

q  = muatan listrik kapasitor (C)

V  = beda potensial antara dua keping (v)

C  = besar kapasitas kapasitor (F)