Listrik Statis2_Kelas XII_EXCjkjkjk.pptx

Listrik Statis

1. Listrik Statis SMANSA ACEH TENGGARA

2. Listrik Statis Fenomena Listrik Statis Contoh Fenomena Listrik Statis Batang karet keras , batang kaca , atau penggaris plastic digosokkan dengan sepotong kain Menyisir rambut kering dengan sisir plastik Menyetrika baju nilon Petir Manfaat Listrik Statis 1. Sebagai Generator atau penghasil muatan listrik terbesar 2. Mesin Fotocopy 3. Penggumpal asap di pabrik industry 4. Printer laser 5. Cat Semprot 6. Penangkal Petir

3. Table of contents 01 04 02 05 03 06 Muatan Listrik Hukum Coulomb Kuat Medan Listrik Hukum Gauss Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik Kapasitor

4. Kata listrik (electricity), berasal dari bahasa yunani electron yang berarti “amber”. G ejala listrik telah diselidiki sejak tahun 200 SM oleh Thales. D ia melakukan percobaan dengan menggosok-gosokkan batu amber pada sepotong kain wol atau bulu halus dan diletakkan didekat benda ringan seperti bulu ayam. T ernyata bulu ayam tersebut akan terbang dan menempel pada batu amber. S ehingga, dapat dikatakan bahwa batu amber menjadi bermuatan listrik.

5. 1. Muatan Listrik Muatan Listrik pertama kali diperkenalkan oleh fisikawan yaitu Benjamin Franklin (1706-1790). Dengan menggunakan botol leyden ia menerbangkan layang-layang Ketika banyak terjadi kilat . Melalui tali layang-layang dilapisi logam ia berhasil mengalirkan muatan kedalam botol tersebut .

6. 1. Muatan Listrik Muatan listrik adalah pembawa sifat kelistrikan suatu benda. M uatan listrik suatu benda terjadi karena susunan partikel benda yang terdiri dari molekul-molekul dan atom, yang didalamnya terdapat proton (+) dan elektron (-) serta satu partikel yang tidak bermuatan yang disebut neutron. Berdasarkan muatannya benda dibagi menjadi 3 jenis: B enda netral adalah benda yang jumlah elektron (-) dan proton (+) dalam atom-atom benda tersebut jumlahnya sama. B enda bermuatan positif adalah benda yang jumlah elektron (-) lebih sedikit proton (+) . B enda bermuatan negatif adalah benda yang jumlah elektron (-) lebih banyak proton (+).

7. 1. Muatan Listrik Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif , dikatakan bermuatan positif apabila proton lebih banyak daripada jumlah elektron , dan begitupun sebaliknya . Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral .

8. 2. Hukum Coulomb Fenomena elektrostatik atau listrik statis pastinya sudah pernah kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari . Seperti fenomena menempelnya potongan-potongan kertas pada penggaris plastik setelah digosok-gosokkan rambut kering .

9. 2. Hukum Coulomb Hal tersebut terjadi karena adanya perbedaan muatan listrik pada potongan kertas dan penggaris . Setelah digosok-gosokkan ke rambut , penggaris menjadi kelebihan muatan negatif karena elektron berpindah dari rambut ke penggaris . Artinya penggaris bermuatan lebih negatif dari potongan kertas , atau potongan kertas bermuatan lebih positif daripada penggaris ( walaupun sebenarnya potongan kertas bermuatan netral ).

10. 2. Hukum Coulomb Hukum Coulomb (Gaya Coulomb) Ada 2 jenis muatan listrik , yaitu muatan positif dan muatan negatif . Muatan listrik dapat saling berinteraksi satu sama lain. Interaksi antar muatan listrik dapat berupa tarikan atau dorongan satu sama lain yang disebut sebagai gaya Coulomb atau gaya elektrostatik . Antara 2 muatan sejenis dapat menghasilkan gaya tolakan satu sama lain. Sedangkan antar muatan berbeda jenis menghasilkan gaya tarikan satu sama lain. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini .

11. 2. Hukum Coulomb Berdasarkan Hukum Coulomb, besar gaya interaksi antar dua muatan memiliki besar yang sama pada masing-masing muatan  ( ). Besar gaya Coulomb tersebut dipengaruhi suatu konstanta   dengan nilai yang dipengaruhi oleh permitivitas medium (ε) ialah tergantung medium nya . Permitivitas ruang hampa ialah Jika muatan berada dalam medium udara , maka nilai  k= 9×1 Besar gaya Coulomb antara dua muatan listrik dapat ditentukan dengan persamaan 1 berikut ini :  

12. 2. Hukum Coulomb Gaya Coulomb merupakan besaran vektor , jadi untuk melakukan analisis kita harus menerapkan kaidah-kaidah besaran vektor . Gambar di bawah ini menunjukkan interaksi antara tiga muatan listrik . Masing-masing bermuatan positif ,  bermuatan negatif , dan    bermuatan positif menempati posisi membentuk segitiga sama sisi .  

13. 2. Hukum Coulomb Jika kita diminta menentukan gaya Coulomb yang terjadi pada muatan   , maka perlu dilakukan analisis vektor gaya seperti gambar a. Muatan     mendapat gaya tarikan menuju muatan sebesar . Muatan   juga mendapatkan gaya tolakan menjauhi       sebesar     . Selanjutnya , gaya Coulomb pada muatan       yaitu     , merupakan resultan dari gaya    dan  . Besar resultan gaya Coulomb F1  dapat ditentukan dengan persamaan resultan vektor seperti persamaan 2 berikut ini .  

14. 2. Hukum Coulomb 1. Jika dua muatan    dan    terpisah sejauh  d, maka masing-masing muatan akan mengalami gaya coulomb sebesar  F. Jika muatan   bergeser sejauh     mendekati   , maka besar gaya coulomb adalah ... Jawab: Untuk mengerjakan model soal dengan dua kondisi berbeda seperti ini , kita gunakan teknik perbandingan . Kita bandingkan kondisi 1 dan kondisi 2.  

15. 3. Kuat Medan Listrik Kuat medan listrik adalah besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik . Kuat medan listrik pada titik dalam medan listrik adalah gaya persatuan muatan listrik pada titik tersebut . Kuat medan listrik dipengaruhi juga oleh besar muatan sumber dan jarak benda ( muatan yang diuji ). Kuat medan listrik dirumuskan sebagai besarnya gaya coulomb untuk setiap satuan muatan . Secara matematis , kuat medan listrik dirumuskan sebagai berikut : Keterangan E = kuat medan listrik (N/C) F = gaya coulomb (F) q = muatan uji (C)  

16. 3. Kuat Medan Listrik Arah kuat medan listrik yang dialami benda bermuatan tergantung dari jenis muatan uji dan muatan sumbernya . Jika muatan positif dan negatif bertemu maka terjadi gaya tarik menarik , sedangkan jika muatannya sama maka akan saling tolak menolak . Perhatikan ilustrasi dibawah ini : Jika muatan sumber positif dan muatan uji positif , maka arah gaya coloumb akan menjauh dari muatan uji dan muatan sumber .

17. 3. Kuat Medan Listrik Jika muatan sumber positif dan muatan uji negatif, maka gaya coloumb akan mendekati muatan sumber. Jika muatan sumber negatif dan muatan uji positif, maka gaya coloumb akan mendekati muatan sumber.

18. 3. Kuat Medan Listrik Jika muatan sumber negatif dan muatan uji juga negatif, maka gaya coloumb akan menjauhi muatan uji. Jika muatan sumber negatif dan muatan uji positif, maka gaya coloumb akan mendekati muatan sumber.

19. 3. Kuat Medan Listrik Secara sistematis penulisan rumus untuk gaya coulomb adalah sebagai berikut Keterangan : F = gaya coloumb (N) Q = muatan sumber (C ) r = jarak antara muatan uji terhadap muatan sumber (m)   Sedangkan penulisan sistematis pada kuat medan listrik adalah : Keterangan : E = besar kuat medan listrik (N/C) Q = muatan sumber (C ) r = jarak antara muatan uji terhadap muatan sumber (m)  

20. 3.Kuat Medan Listrik Resultan Medan Listrik yang Tidak Segaris Berdasarkan gambar diatas , titik A memiliki pengaruh medan listrik dari muatan dan , sehingga antara titik , A, dan yang membentuk sebuah sudut apit dengan nilai tertentu . Lalu total kuat medan listik pada titik A adalah resultan dari vector dan . Rumus yang digunakan untuk menentukan besarnya total kuat medan listrik digunakan rumus resultan vektor seperti dibawah ini .  

21. 4. Hukum Gauss

22. 4. Hukum Gauss Pengertian Hukum Gauss adalah sebuah prinsip penting dalam matematika dan fisika yang menggambarkan hubungan antara medan dan aliran yang melewati permukaan / luasan tertentu . Hukum ini pertama kali diformulasikan oleh matematikawan dan fisikawan Jerman Carl Friedrich Gauss. Dalam konteks fisika , Hukum Gauss menyatakan bahwa fluks medan listrik atau medan magnet melalui permukaan tertutup adalah proporsional terhadap jumlah muatan atau arus listrik yang terkurung di dalam permukaan tersebut . Dengan kata lain, Hukum Gauss memungkinkan kita untuk menghitung medan listrik atau medan magnet di sekitar objek dengan mempertimbangkan distribusi muatan atau arus listrik di dalamnya .

23. 4. Hukum Gauss Dalam bentuk matematika , Hukum Gauss untuk medan listrik dinyatakan dalam persamaan integral sebagai berikut : Di sini , adalah medan listrik , adalah permukaan yang ditutupi , adalah vektor elemen luas permukaan yang menghadap keluar dari permukaan , adalah total muatan di dalam permukaan , dan adalah permitivitas vakum .  

24. 4. Hukum Gauss Sedangkan untuk medan magnet, Hukum Gauss dinyatakan sebagai berikut :               Di sini , B adalah medan magnet, S adalah permukaan yang ditutupi , dan dA adalah vektor elemen luas permukaan yang menghadap keluar dari permukaan . Persamaan ini menunjukkan bahwa tidak ada “ muatan magnetik ” yang terkurung di dalam permukaan tertutup , sehingga fluks medan magnet melalui permukaan tertutup selalu nol. Hukum Gauss memiliki aplikasi yang luas dalam pemahaman kita tentang medan listrik dan medan magnet, dan digunakan secara luas dalam perhitungan berbagai fenomena fisika , seperti distribusi medan di sekitar penghantar listrik dan magnet, serta dalam desain berbagai perangkat teknologi modern.

25. 4. Hukum Gauss Penerapan Hukum Gauss Hukum Gauss memiliki beragam aplikasi yang luas , terutama dalam konteks medan listrik dan medan magnet. Berikut adalah beberapa contoh aplikasi utama dari Hukum Gauss: Kapasitor dan Konduktor Listrik:  Dalam rangkaian listrik , Hukum Gauss dapat digunakan untuk menganalisis distribusi medan listrik di sekitar kapasitor dan konduktor listrik . Hal ini membantu dalam pemahaman tentang penyimpanan muatan listrik dan perilaku aliran listrik dalam sistem tersebut . Perangkat Elektromagnetik :  Hukum Gauss digunakan dalam desain dan analisis perangkat elektromagnetik seperti transformator , generator, dan motor listrik . Pemahaman tentang distribusi medan listrik dan medan magnet di sekitar perangkat ini penting dalam merancang perangkat yang efisien dan andal .

26. 4. Hukum Gauss 3. Analisis Distribusi Medan Listrik dan Medan Magnet:  Dalam studi fisika , Hukum Gauss digunakan untuk menganalisis distribusi medan listrik dan medan magnet di sekitar berbagai objek seperti penghantar listrik , magnet, dan benda-benda bermuatan listrik . Hal ini membantu dalam pemahaman tentang interaksi antara objek-objek ini dan lingkungannya . 4. Kacamata Mikroskop Elektron dan Akselerator Partikel :  Dalam fisika partikel dan bidang terkait , Hukum Gauss digunakan untuk memahami distribusi medan listrik di sekitar akselerator partikel seperti kacamata mikroskop elektron . Pemahaman ini penting dalam pengembangan dan analisis berbagai eksperimen dalam fisika partikel .

27. 4. Hukum Gauss 5. Pemrosesan Sinyal dan Telekomunikasi:  Dalam bidang telekomunikasi dan pemrosesan sinyal , Hukum Gauss digunakan dalam analisis dan perancangan antena , gelombang elektromagnetik , dan sistem transmisi . Pemahaman tentang distribusi medan listrik memungkinkan untuk perancangan sistem yang efisien dan andal dalam mentransmisikan informasi . 6. Pemodelan Geofisika :  Dalam ilmu geofisika , Hukum Gauss digunakan untuk memodelkan medan magnet bumi . Pemahaman tentang distribusi medan magnet di sekitar Bumi membantu dalam pemahaman tentang geodinamika Bumi dan juga dalam pengembangan teknologi navigasi , terutama dalam penggunaan kompas dan perangkat navigasi lainnya .

28. 4. Hukum Gauss Fluks Listrik Kata fluks berasal dari kata bahasa latin ,  fluere , yang artinya mengalir . Secara harfiah , fluks listrik dapat diartikan sebagai aliran medan listrik . Kata aliran di sini tidak menunjukkan medan listrik mengalir seperti air mengalir , tetapi menjelaskan adanya medan listrik yang mengarah ke arah tertentu .

29. 4. Hukum Gauss Secara matematis , fluks listrik adalah hasil kali antara medan listrik (E), luas permukaan (A) dan cosinus sudut antara   garis medan listrik dengan garis normal yang tegak lurus permukaan . Jika garis-garis medan listrik tegak lurus dengan luas permukaan yang dilewatinya seperti pada gambar , maka sudut antara garis medan listrik dengan garis normal adalah o , di mana cos 0 o  = 1. Dengan demikian rumus   berubah menjadi :  

30. 4. Hukum Gauss

31. 5. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik Energi potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan suatu muatan uji dari posisi tak hingga ke titik referensi atau titik tertentu sejauh r dari muatan sumber . Posisi tak hingga di sini adalah posisi kritis di mana muatan uji tidak terpengaruh oleh medan atau gaya coulomb dari muatan sumber , sedangkan titik referensi adalah jarak antara muatan uji yang masih terpengaruh oleh medan atau gaya coulomb dari muatan sumber . Jika teman-teman pernah mempelajari tantang gravitasi newton. Hubungan antara usaha-energi potensial adalah usaha sebanding dengan minus perubahan energi potensial .  

32. 5. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik Energi potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan suatu muatan uji q0 dari posisi tak hingga ke titik referensi atau titik tertentu sejauh r dari muatan sumber q. Posisi tak hingga di sini adalah posisi kritis di mana muatan uji q0 tidak terpengaruh oleh medan atau gaya coulomb dari muatan sumber q, sedangkan titik referensi adalah jarak antara muatan uji yang masih terpengaruh oleh medan atau gaya coulomb dari muatan sumber q. Jika teman-teman pernah mempelajari tantang gravitasi newton. Hubungan antara usaha-energi potensial adalah usaha sebanding dengan minus perubahan energi potensial .

33. Thank you