LISTRIK STATIS SMK

BUKU MATERI LISTRIK STATIS

Marilah sekarang kita mulai mendalami materi tentang Listrik
Statis. Silakan tekan ikon BUKU MATERI LISTRIK
STATIS di atas untuk dapat melihat materi.

Site: Sistem Pembelajaran Daring Indonesia
Course: Modul-Fisika-4
Book: BUKU MATERI LISTRIK STATIS
Printed by: Guest user
Date: Wednesday, 20 March 2019, 11:31 AM

Table of contents

• Muatan Listrik (Q)

• Hukum Coulomb
o Faktor-faktor yang menentukan besarnya gaya Coulomb antara dua benda bermuatan. o
Perhitungan besar dan penentuan arah gaya coulomb pada sebuah muatan o Contoh
penyelesaian soal

• Medan Listrik

• Kuat Medan Listrik

• Perhitungan Kuat Medan Listrik Sebuah Titik

• Garis Medan Listrik

• Fluks Medan Listrik o Hukum Gauss o Contoh penyelesaian Soal

• Energi Potensial Muatan, Potensial Suatu Titik, dan Beda Potensial antara Dua Titik
o Perhitungan Potensial Suatu Titik o Hubungan antara Potensial dan Kuat
Medan Listrik o Energi Potensial Distribusi Muatan Diskrit

• Kapasitor Pelat Sejajar o Kapasitas Kapasitor o Kapasitas Kapasitor

Gabungan o Energi dalam Kapasitor Bermuatan o Contoh

Penyelesaian Soal

Muatan Listrik (Q)

Konsep muatan listrik dapat dipahami sebagai berikut. Materi
tersusun oleh atom-atom. Atom tersusun oleh inti yang diedari
elektron (e). Inti terdiri dari proton (p) dan netron. Ada interaksi
antara inti dan elektron, yang berupa gaya saling tarik-menarik.

Gaya interaksi inilah yang menyebabkan elektron dalam ikatan
dengan inti. Interaksinya terutama antara proton dan dan
elektron. Selanjutnya didefinisikan, ditetapkan, dan
diperjanjiankan:

1. Elektron (e) bermuatan listrik negatif,
2. Proton (p) bermuatan listrik positif,
3. Netron (n) tidak bermuatan (netral).

Massa elektron jauh lebih kecil dari massa proton, massa proton
sama dengan massa netron, sehingga massa elekron jauh lebih
kecil dari massa inti. Akibtnya elektron lebih mudah bergerak dari
intinya. Bila ada gangguan, ada tumbukan antara atom, atau
terjadi gosokan antara dua materi, dapat terjadi elektoron
meninggalkan atom atau atom mendapat tambahan elektron dari
luar (atom lain).

1. Dalam keadaan alami, jumlah proton dan jumlah elektron
dalam sebuah atom sama (); atom disebut netral (tidak
bermuatan).

2. Bila atom kehilangan satu atau beberapa elektron, , atom
disebut bermuatan positif (ion postif).

3. Bila atom mendapat tambahan elektron, , atom diesebut
bermuatan negatif (ion negatif).

Muatan listrik diberi symbol q atau Q, dan satuannya adalah
coulomb (C). Besarnya muatan elektron sama dengan besarnya
muatan proton), yaitu 1,6 x 10-19 C (hanya tandanya berlaianan);
dan merupakan muatan elementer. Tidak ada muatan lain yang
lebih kecil dari muatan elektron/proton tersebut. Bila ada muatan
lain yang lebih besar, besarnya muatan merupakan kelipatan
bilangan bulat dari muatan elektron/proton. Q = n x e (n = 1, 2, 3,

.…) Tak ada muatan lain yang besarnya misalnya 1,75 x e; 4,50
x e; dan seterusnya.

Hukum Coulomb

Gaya Coulomb antara dua benda bermuatan

Percoban sederhana yang dapat dipakai untuk membangun
hukum coulomb secara kualitatif: Dua potongan plastik
transparansi tipis/lentur masing-masing ukuran 2 x 15 cm;
digosok (dengan kertas tisu atau sapu tangan yang kering;
menggosoknya searah), kemudian dipegang ujungnya dan kedua
permukaan yang digosok didekatkan. Bila percoban berhasil,
kedua plastik tersebut saling menolak (membuka), dan bila udara
kering (tidak lembab), keadan tersebut bertahan cukup lama. Apa
yang dapat disimpulkan?

1. Menggunakan penjelasan terjadinya atom bermuatan, dapat
disimpulkan bahwa kedua potongan plastik bermuatan.
Antara dua benda bermuatan terjadi gaya coulomb.

2. Plastiknya sama, penggosoknya sama, maka muatan kedua
jenis plastik tersebut tentu sama. (positif semua atau negatif
semua). Dapat disimpulkan antara dua benda yang bermuatan
listrik dan jenisnya muatan sama, terjadi gaya saling menolak
(gaya tolak menolak).

3. Seandainya ada dua benda yang bermuatan yang satu
bermuatan positif dan yang lain bermuatan negatif, kedua
benda gaya interaksinya akan saling tarik-menarik.

Gaya saling menarik dan gaya saling menolak dapat
dideskripsikan sebagai berikut:

Faktor-faktor yang menentukan besarnya gaya Coulomb
antara dua benda bermuatan.

Dengan percobaan sederhana di atas dapat ditunjukkan bahwa
gaya Coulomb ditentukan oleh:

1. Besarnya masing-masing muatan. Pada jarak yang sama dan
dalam medium yang sama, makin besar Q1 dan/atau makin
besar Q2, makin besar gaya coulomb. Sebaliknya makin kecil
Q1 dan/atau makin kecil Q2, makin kecil gaya coulomb.

2. Jarak antara kedua muatan. Dengan besar muatan dan
medium sama, makin besar jarak (makin jauh), gaya coulomb
makin kecil, sebaliknya makin kecil jarak (makin dekat),
makin besar gaya coulomb.

Masih ada factor lain (yang sukar menunjukkannya), yaitu
medium di mana muatan berada. Pada muatan dan jarak yang
sama, bila mediumnya berbeda, besarnya gaya Coulomb juga
berbeda. Pengaruh medium terhadap besarnya gaya coulomb

dinyatan dengan konsanta K, yang nilainya berbeda-beda untuk
medium yang berbeda-beda.

Perhitungan besar dan penentuan arah gaya coulomb
pada sebuah muatan

Misalnya akan ditentukan besar dan arah gaya Coulomb yang
bekerja pada muatan q1.
1. Gaya dilakukan oleh sebuah muatan q2.

Arahnya: bila kedua muatan sejenis, arahnya menjauhi q2; bila
muatan tak sejenis (tarik-menarik), arahnya menuju q2.
Bila dalam perhitungan diperhatikan tanda masing-masing
muatan, hasilnya dapat postif, dapat negative. Tanda positif
hanya menunjukkan bahwa gaya iteraksinya tolak-menolak
(F12 menjauhi q2) atau tarik-menarik (F12 menuju q2); sama sekali
tidak menunjukkan bahwa gaya nya ke kiri atau ke bawah
2. Gaya dilakukan oleh lebih dari satu muatan.
Bila gaya dilakukan oleh tiga muatan yaitu q2, q3, dan q4. Jadi
muatan q1 mengalami tiga gaya coulomb, yaitu:

Gaya bekerja pada q1 merupakan penjumlahan secara vektor
dari ketiga gaya tersebut. Penjumlahan dilakukan dengan
metode analitis.



Contoh penyelesaian soal



Medan Listrik

Bila di suatu titik terdapat muatan Q, maka bila di setiap titik
dalam ruangan di sekitar muatan , diletakkan muatan lain q,
muatan tersebut pasti mengalami gaya coulomb. Dikatakan
bahwa ruangan di sekitar muatan Q, berada dalam pengaruh
muatan Q. Dikatakan muatan Q membangkitkan medan listrik
dalam ruangan tersebut. Ruangan yang berada dalam pengaruh
muatan Q, yaitu bila di setiap titik dalam ruangan tersebut
diletakkan muatan q, muatan q mengalami gaya coulomb, disebut
medan listrik. Muatan Q disebut muatan pembangkit, sedangkan
muatan q disebut muatan uji.

Kuat Medan Listrik

Diketahui titik P berjarak r dari muatan Q.

Bila di titik P terdapat muatan uji q, maka mutan uji tersebut
mengalami gaya coulomb



Perhitungan Kuat Medan Listrik Sebuah Titik

Garis Medan Listrik

Medan Listrik adalah konsep yang abstrak. Untuk
mendiskripsikan bahwa di suatu tempat ada medan listrik
dipergunakan konsep garis gaya atau garis medan. Garis gaya
listrik didefinisikan sebagai berikut.
Garis gaya listrik (garis medan listrik) adalah garis (lurus atau
lengkung) berarah yang memiliki sifat di setiap titik pada garis
tersebut arah vektor medannya berimpit dengan garis
singgungnya.

Arah garis gaya menyesuaikan arah kuat medannya.
Berdasarkan definisi garis medan tersebut, maka garis medan
yang dihasilkan oleh muatan titik positif berupa garis-garis lurus
radial yang arahnya keluar, yang dihasilkan muatan titik negatif
berupa garis-garis lurus radial yang arahnya masuk (Gambar 1.8
a dan b). Sedangkan yang dihasilkan dua muatan tak sejenis
seperti gambar 1.8c, arahnya dari muatan positif menuju muatan
negatif, Bila muatan sejenis bentuk garis medan seperti gambaar
1.8d. Bila muatan positif semua, arah garis medan menjauhi
muatan, bila muatan negative semua arahnya menuju muatan.

Medan listrik yang serba sama (homogen) digambarkan dengan
garis medan sejajar yang kerapatannya sama. Bila dalam medan
listrik homogen yang kuatnya E, terdapat muatan q, muatan
tersebut mengalami gaya listrik sebesar F = qE yang besarnya
sama di manapun. Bila muatannya positif arah gaya searah

dengan arah garis medan, sedangkan bila muatannya negatif, arah
gaya berlawanan dengan arah garis medan.

Fluks Medan Listrik

Konsep Fluks

Dari gambar (1.8 a dan b) tampak bahwa makin jauh dari muatan
garis gaya makin renggang. Makin jauh r makin besar, berarti E
makin kecil. Berarti makin rapat garis medan medan makin besar
E, sebaliknya makin renggang garis medan makin kecil kuat
medan.

Selanjutnya didefinisikan (definisi lain): Kuat medan suatu titik
dalah kerapatan garis gaya, yaitu jumlah garis gaya yang
menembus secara tegak lurus satu satuan luas yang memuat titik
tersebut.

Bila jumlah garis gaya yang menembus tegak lurus satu satuan

luas adalah N, maka E = N. Secara umu jumlah garis medan listrik

yang menembus secara tegak lurus luasan (bukan satu satuan),
disebut fluks medan listrik (Φ).

Φ = NA = PA (4)

Bila medan tidak tegak lurus luasan, dicari komponen E yang
tegak lurus luasan (En)

Bila sudut antara E dengan normal (garis tregak lurus luasan)
luasan adalah θ, komponen E yang tegak lurus luasan adalah EA=
Ecosθ. Maka:

Φ= EA A = (E cosθ)A = EAcosθ
…..……….…………….…. (1.5)

Bila medan tidak homogen dan luasannya sembarang, luasan

dibagi-bagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil

sedemikian sehingga kuat medan di setiap

bagian tersebut yaitu dapat dianggap konstan.

Dengan demikian untuk setiap bagian luasan berlaku:

Hukum Gauss





Contoh penyelesaian Soal



Energi Potensial Muatan, Potensial Suatu Titik, dan
Beda Potensial antara Dua Titik









Perhitungan Potensial Suatu Titik
Hubungan antara Potensial dan Kuat Medan Listrik





Energi Potensial Distribusi Muatan Diskrit

Kapasitor Pelat Sejajar



Kapasitas Kapasitor

Kapasitas Kapasitor Gabungan

Energi dalam Kapasitor Bermuatan
Contoh Penyelesaian Soal