TANP ANPA ALASAN ALASAN ATAU ATAU TUJUA TUJ UAN N YAN YANG G KUAT, KUAT, APAPUN DALAM HIDUP INI ADALAH SULIT ( ROBERT T KIYOSAKI)
Materi :
Sumber : www.hyperphysics.com www.hyperphysics.com
Materi :
Sumber : www.hyperphysics.com www.hyperphysics.com
KONTRAK KULIAH •
Tugas mandiri : 15 %
•
Praktikum
•
UTS
•
UAS : 30 %
•
Kehadiran Kehadiran
•
Kehadiran Kehadiran min = 75 % x 16
•
Keterlambatan Keterlambatan = tidak diperkenankan
: 25 %
: 30 % : minimal 75 %
Graduates = A
Bayangkan hidup tanpa listrik.
PENDAHULUAN Manfaat listrik
rumah tangga industri ipteks, dll
Listrik (berasal dari: bahasa Yunani) elektron berarti batu amber ( fossil ). Thales (seorang filsuf Yunani), memperhatikan: sesuatu yang aneh akan terjadi kalau ia menggosok sepotong batu amber dengan kain wol. Batu amber, sebagai akibat gesekan menjadi bersifat menarik benda-benda yang ringan (seperti: partikel debu, jerami, bulu dan sobekan kecil kain).
“Pembuatan Listrik” Kita tidak dapat membuat suatu muatan listrik tetapi kita hanya dapat menciptakan kondisi, tempat muatan listrik dapat terkumpul atau arus listrik dapat mengalir. Pembuatan / cara menghasilkan listrik : 1. Listrik statis (statis berarti diam / tetap) (apabila muatan listrik dihasilkan dengan cara menggosok suatu benda dengan benda lain) 2. Listrik arus (listrik mengalir melalui kawat)
Contoh Listrik Statis •
•
•
Van de Graaff Generator
Mesin ini menghasilkan listrik statis. Sebuah logam berbentuk sirip menyerupai sisir yang yang bermuatan menginduksi muatan positif ke sabuk yang berjalan. Ketika sabuk mencapai kubah logam, ia akan menghapus elektron dari kubah logam tsb sehingga kubah bermuatan positif yang sangat banyak.
Contoh Listrik Statis
A favorite demonstration with the Van de Graaf is to make someone's hair stand on end.
Contoh Listrik Statis •
•
Halilintar
Listrik statis yang sangat hebat di dalam awan tebal menginduksi muatan positif di bumi. Dapat terjadi, listrik dilepaskan dari dasar awan ke tanah dan kembali lagi (kilat menyambar) atau di dalam awan (biasanya “geledek”)
Contoh Listrik statis
Muatan listrik : Kamus Lengkap Fisika (TaswaE.S): sifat-sifat dasar pada partikel-partikel elementer dari materi. Kamus Lengkap Fisika ( Oxford): sifat yang dimiliki beberapa partikel elementer yang menyebabkan interaksi antara partikelpartikel ini dan akibatnya menimbulkan fenomena bahan yang dinyatakan sebagai kelistrikan.
KONSEP MUATAN •
Dalam ILMU MEKANIKA kandungan inti materi biasa disebut massa.
m = 10 kg
-
+
+
+
+ +
•
Dalam ILMU LISTRIK konsep dasarnya adalah
muatan.
Sumber : www. Radon. com
Benjamin Franklin (1706 – 1790) •
Menyebutkan dua jenis muatan.
•
Muatan positif dan negatif
•
e disebut satuan dasar muatan
Sumber: www. Hyperphysics.com
Charge and Mass of the Electron, Proton and Neutron. Particle
Charge ( C)
Mass (kg)
Electron
-1.60 x 10-19
9.11 x 10-31
Proton
+1.60 x 10-19
1.67 x 10-27
Neutron
0
1.67 x 10-27
Arus Listrik: •
Suatu aliran muatan listrik.
Contoh Soal:
Sebuah uang tembaga (Cu) mempunyai massa 3 gram. Nomor atom tembaga Z = 29 dan nomor massanya = 63,5 g/mol. Berapa jumlah muatan total elektronelektron yang ada di dalam uang tembaga tsb? Jawab:
1 mol Cu mengandung atom sejumlah bil. Avogadro. Jumlah atom dlm 3 gram Cu adalah: N = (3 g) (6,02 x 10 23 atom/mol) = 2,84 x 1022 atom 63,5 g/mol Setiap atom mengandung Z = 29 elektron, jadi jumlah muatan total Q adalah: Q=Nze = (2,84 x 10 22 atom) (29) (-1,60 x 10 -19 C / elektron) = -1,32 x 10 5 C
Latihan: •
•
Soal no 3 hal 29 (Buku: Tipler jilid 2) Berapa Coulomb dari muatan positif yang ada di dalam 1 kg karbon? 12 gram karbon mengandung atom sebanyak bilangan Avogadro, dimana setiap atom mengandung enam proton dan enam elektron. Jawab: 12 gram C mengandung atom sejumlah bil. Avogadro. Jumlah atom dlm 1 kg C adalah: N = (1000g) (6,02 x 10 23 atom/mol) = 5,01 x 1025 atom 12 g/mol
Setiap atom mengandung Z = 12 proton, jadi jumlah muatan positif adalah: Q=Nze = (5,01 x 10 25 atom) (6) (+1,60 x 10 -19 C / elektron) = + 4,8 x 10 7 C
Konduktor ?
Isolator?
Konduktor •
•
•
Listrik hanya dapat mengalir melalui logam yang disebut: konduktor. Konduktor adalah: material yang mengandung elektron bebas yang bergerak bebas.
Contoh konduktor: tembaga, perak dan alumunium.
Isolator •
•
•
Material dimana semua elektron terikat kuat pada atom-atomnya dan tidak dapat bergerak bebas. Contoh isolator: karet, mika, gelas, porselin, kayu, plastik Plastik adalah: isolator yang baik dan digunakan untuk melindungi kawat-kawat konduktor.
Energy Bands for Solids
Semikonduktor ?? Superkonduktor??
Semikonduktor: bahan yang bersifat sebagai isolator ketika dingin dan konduktor ketika panas. Contoh: Silikon & Germanium Superkonduktor: logam-logam dan beberapa keramik yang menjadi konduktor yang sangat baik pada temperatur yang mendekati titik nol mutlak. Titik Nol Mutlak ???
Hukum Coulomb Gaya yang dilakukan oleh satu muatan titik pada muatan titik lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tsb. Besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan dan berbanding lurus dengan hasil kali muatan. Gaya bersifat tolak menolak jika kedua muatan mempunyai tanda yang sama dan tarik-menarik jika tandanya berbeda.
K = tetapan Coulomb = 8,99 x 10
9
N.m2/C2
Contoh soal:
Dua muatan titik masing-masing sebesar 0,05 C dipisahkan pada jarak 10 cm. Carilah: besarnya gaya yang dilakukan oleh satu muatan pada muatan lainnya. Jawab: Dari hukum Coulomb
F = 2,25 x 10-3 N
Latihan: •
Pada atom Hidrogen, elektron terpisah dari proton rata-rata sejauh 5,3x10 -11 m. Hitung besarnya gaya elektrostatik yang dilakukan proton terhadap elektron. (Latihan hal 12 buku Tipler jilid 2)
•
q1 = -1.60x10-19 C
•
q2 = +1.60x10-19 C
•
r = 5.3x10 -11
Fe
ke
2
e
2
r
9
8.99 10
Nm2 C 2
1.6 5.3
10
19
10
11
2
m
C
2
8
8.2 10
N
Prinsip Superposisi •
•
q1 r 1
r 12 = r 2
–
r 1 q2
r 2
q1 dan q2 merupakan dua muatan titik yang terpisah sejauh r12 yang merupakan besar vektor r12 yang mengarah dari q1 ke q2. Gaya F12 yang dilakukan q1 pada q2 adalah:
F12 = k q1 q2 r2
r12
12
r12 = vektor satuan yang mengarah dari q1 ke q2
Contoh soal: •
Tiga muatan titik terletak pada sumbu x. q1=25 nC yang terletak pada titik asal q2= -10 nC berada pada x = 2 m q0= 20 nC berada pada x = 3,5 m. Carilah gaya total pada q0 akibat q1 dan q2. Y, m
q2= -10 nC q1= 25 nC
+
-
2
3
+
4 qo= 20 nC
X, m
Jawab
Gaya pada qo akibat q1, berada pada jarak 3,5 m. F10 = k q1 q0 r10 r210 = (8,99 x 109 N.m2/C2)(25 x 10-9 C) (20 x 10-9 C) i (3,5 m)2 = (0,367 N) i
Gaya pada qo akibat q2, berada pada jarak 1,5 m. F20 = k q2 q0 r20 r220 = (8,99 x 109 N.m2/C2)(-10 x 10-9 C) (20 x 10-9 C) i (1,5 m)2 = (-0,799 N)i Gaya total pada muatan qo akibat muatan q1 dan q2 adalah: F10 + F20 = (0,367 N)i - (0,799 N) i = (-0,432 N) i
Contoh 18-5 hal 13
•
Muatan q1= +25 nC berada pada titik asal, muatan q2 = -15 nC pada sumbu x = 2 m dan muatan q0 = +20 nC pada x = 2 m y = 2 m. Carilah gaya pada q0. Jawab:
•
q2 dan q0 mempunyai tanda yg Berlawanan maka gaya yg diLakukan oleh q2 pada q0 adalah Tarik menarik dan searah dengan y.
Y,m
3 F10
q0= 20 nC
2 + F10 + F20 = F 1
F20 +
q1= 25 nC
1
-2
X,m 3
q2= -15 nC
4
net
F20 = k q2 q0
r20
r220 = (8,99 x 109 N.m2/C2)(-15 x 10-9 C) (20 x 10-9 C) j = (-6,74 x 10 -7 N) j (2 m)2
Jarak antara q1 dan q0 adalah 22 m (buktikan dgn teor phytagoras)
F10 = k q1 q0
r10
r210 = (8,99 x 109 N.m2/C2)(25 x 10-9 C) (20 x 10-9 C) r10 = (5,62 x 10-7 N) r10 (22 m)2 r10 = vektor satuan yang mengarah sepanjang garis dari q1 dan qo. Jumlah vektor kedua gaya dapat dicari dengan cara: Menguraikan gaya-gaya tsb ke dalam komponen-komponennya.
•
F10 membentuk sudut 45 dengan sumbu x dan y maka F10x = F10y = F10 / 2 F10x = F10y = 5,62 x 10-7 N = 3,97 x 10-7 N 2
Komponen-komponen gaya total pada sumbu x dan y adalah: Fx = F10x + F20x Fy = F10y + F20y Besar gaya total: F=
•
Soal no 8 hal 29 Dua buah muatan yang sama besar yaitu 3,0 C terletak pada sumbu y, yang satu terletak pada pusat koordinat dan lainnya pada y = 6 m. Muatan ketiga q3 = 2,0 C terletak pada sumbu x dengan x = 8 m. Carilah gaya pada muatan q3.
•
Tinjau tiga muatan titik, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Dapatkan resultan gaya di q3. q1 = 6.00 x 10-9 C q2 = -2.00 x 10-9 C q3 = 5.00 x 10-9 C
y q2
F31 -
3.00 m
q1 +
4.00 m
F32 + q3
37.0o
x
Medan Listrik •
•
•
Daerah tempat sebuah muatan listrik mengalami gaya,umumnya akibat distribusi muatan-muatan lain Vektor yang menggambarkan keadaan di dalam ruang yang dibentuk oleh sistem muatan. Diperkenalkan oleh: Michael Faraday (1791-1867).
Besarnya beberapa medan listrik yang ada di alam Sumber
E, N/C
Di dalam kabel rumah
10 -2
Di dalam gelombang radio
10 -1
Di atmosfer
102
Di matahari
103
Di bawah suatu awan mendung
10 4
Di dalam suatu ledakan petir
10 4
Di dalam tabung sinar-X
10 6
Pada elektron di dalam atom hidrogen
6 x 10 11
Pada permukaan inti uranium
2 x 10 21
Kuat Medan Listrik •
Gaya per satuan muatan yang dialami oleh suatu muatan kecil yang diletakkan pada titik tsb
E
F qo
Garis-garis Medan Listrik •
•
Medan listrik dapat digambarkan dengan cara menggambarkan garis-garis yang menunjukkan arah medan pada setiap titik. Garis-garis medan listrik (a) muatan positif (b) muatan negatif.
a)
b)
+ q
- q
Garis-garis medan listrik Garis-garis medan listrik untuk sebuah dipole. Dipole adalah: dua muatan yang sama besar namun berlawanan tanda yang terpisahkan oleh suatu jarak
+
-
Garis-garis Medan Listrik Garis-garis medan listrik untuk sebuah dipole.
