Elektrodinamika 2.docx

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Fisika adalah ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan penemuan dan pemahaman mendasar hukum-hukum yang menggerakkan materi, energi, ruang dan waktu. Fisika mencakup konstituensi elementer alam semesta dan interaksi-interaksi fundamental di dalamnya, sebagaimana analisa sistem-sistem yang paling dapat dimengerti dalam artian prinsip-prinsip fundamental ini. Fisika adalah ilmu penegetahuan yang mempelajari benda-benda alam, gejalagejala, kejadian-kejadian di alam serta interaksi dari bena-benda di alam tersebut yang berhubungan dengan materi dan energi berdasarkan hukum-hukum yang mengatur didalamnya yang berdasarkan hasil pengamatan atau penelitian. Telah diketahui bahwa setiap benda baik benda padat, cair dan gas memiliki materi-materi atau partikel-partikel penyusun didalamnya dan kita mengakui ada materi yang sangat kecil dan tidak dapat di lihat oleh mata. Partikel-partikel yang sangat kecil itu di temukan oleh Democritus (460-370 SM) yang disebut Atom. Arti kata atom sendiri adalah tidak dapat dibagi. Jadi, atom adalah partikel (bagian) terkecil suatu materi yang masih mempunyai sifat sama dengan materi itu. Adapun dua atau lebih atom dapat bergabung membentuk suatu molekul. Molekul itu sendiri merupakan partikel yang berupa gabungan atom-atom sejenis atau berlainan. Misalnya satu atom oksigen bergabung dengan satu atom oksigen membnetuk satu molekul unsur oksigen. Selain itu, satu atom oksigen dapat bergabung dengan dua atom hidrogen membentuk satu molekul senyawa air. Gabungan atom-atom sejenis membentuk molekul unsur. Adapun gabungan atom-atom berlainanmembentuk molekul senyawa.

1

Beberapa penelitian mengenai partikel terus berkembang. Salah satunya teori atom. Menurut teori atom, atom seula dianggap terdiri atas tiga macam partikel. Ketiga macam partikel penyusun atom masing-masing dinamakan proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron terletak di pusat atom, sedangkan elektron selalu bergerang mengelilingi proton dan neutron dengan lintasan tertentu. Massa proton dan neutron jauh lebih besar dari pada massa elektron. Oleh karena itu, proton dan neutron merupakan pusat atom. Hal itulah yang menyebabkan , proton dan neutron disebut dengan inti atom. Inti atom mempunyai gaya tarik menarik. Gaya inilah yang menyebabkan elektron dapat bergerak mengelilingi inti pada lintasannya. Kekuatan ikatan elektron pada atomnya berbeda untuk bahan yang berbeda. Karena satu dan lain hal, elektron dapat lepas dan berpindah ke atom lain. Hal ini mengakibatkan perubahan sifat atom. Atom dibedakan menjadi atom netral, atom bermuatan pisitif dan atom bermuatan negatif. 1. Atom netral adalah atom yang mempunyai jumlah proton sama dengan elektron. 2. Atom bermuatan positif adalah atom netral yang melepaskan elektron (kekurangan elektron). 3. Atom bermuatan negatif adalah atom netral yang menangkap elektron (kelebihan elektron). Berdasarkan pembagian atom yang ada diatas, kiata dapat menyatakan bahwa elektron bermuatan negatif sedangkan inti atom bermuatn positif. Sebuah benda dikatakan bermuatan positif jika kekurang electron dan bermuatan negative jika kelebihan electron. Muatan benda inilah yang dikatakan listrik statis. 1.2. Tujuan Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui tentang Elektrostatis , yang meliputi Hukum Coulumb , Medan Listrik , Fluks Listrik , dan Hukum Gauss.

2

BAB II PEMBAHASAN

2.1. Hukum Coulomb Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli Fisika Prancis, Charles Augustin Coulomb (1736-1806) disimpulkan bahwa: “besarnya gaya tarikmenarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang kemudian disebut gaya Coulomb) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut“

Neraca Puntir Alat Percobaan Coulomb Besarnya gaya oleh suatu muatan terhadap muatan lain telah dipelajari oleh Charles Augustin Coulomb. Peralatan yang digunakan pada eksperimennya adalah neraca puntir yang mirip dengan neraca puntir yang digunakan oleh Cavendish pada percobaan gravitasi. Bedanya, pada neraca puntir Coulomb massa benda digantikan oleh bola kecil bermuatan. Untuk memperoleh muatan yang bervariasi, Coulomb menggunakan cara induksi. Sebagai contoh, mula-mula muatan pada setiap bola adalah q0, besarnya muatan tersebut dapat dikurangi hingga menjadi

q0 dengan cara membumikan salah satu bola agar muatan

terlepas kemudian kedua bola dikontakkan kembali. Hasil eksperimen Coulomb menyangkut gaya yang dilakukan muatan titik terhadap muatan titik lainnya.

3

Gaya Coulomb Jika kedua muatan merupakan muatan sejenis maka gaya yang bekerja bersifat tolakmenolak. Jika kedua muatan mempunyai tanda yang berlawanan, gaya yang bekerja bersifat tarik-menarik.

Gaya coulomb menyatakan bahwa muatan listrik yang sejenis tolak-menolak, sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik seperti terlihat pada gambar diatas.

Perhatikan gambar diatas yang menggambarkan dua buah benda bermuatan listrik q1 dan q2terpisah pada jarak r. Apabila kedua benda bermuatan listrik yang sejenis, kedua benda tersebut akan saling tolak-menolak dengan gaya sebesar F dan jika muatan listrik pada benda berlainan jenis, akan tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Pernyataan Charles Augustin Coulomb (1736-1806) yang kemudian dikenal dengan Hukum Coulomb yang dinyatakan dalam persamaan :

4

di mana : F= gaya tarik-menarik atau tolak-menolak/gaya Coulomb (Newton) k = bilangan konstanta =

= 9. 109N m2/C2

q1, q2 = muatan listrik pada benda 1 dan benda 2 (Coulomb/C) r = jarak pisah antara kedua benda (m)

Gaya Coulomb termasuk besaran vektor. Apabila pada sebuah benda bermuatan dipengaruhi oleh benda bermuatan listrik lebih dari satu, maka besarnya gaya Coulomb yang bekerja pada benda itu sama dengan jumlah vektor dari masing-masing gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh masing-masing benda bermuatan tersebut. Misalnya untuk tiga buah muatan listrik.

Besarnya Gaya Coulomb yang dialami oleh q3 pada F = F1 + F2

di mana : F1 = gaya Coulomb pada q3 akibat yang ditimbulkan oleh q1 F2 = gaya Coulomb pada q3 akibat yang ditimbulkan oleh q2 F = gaya Coulomb pada q3 akibat muatan q1 dan q2

Karena letak ketiga muatan tidak dalam satu garis lurus, maka besarnya nilai F dihitung dengan :

dengan α adalah sudut yang diapit antara F1 dan F2.

5

2.2. Medan Listrik Kuat medan listrik di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di titik itu. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Untuk menyatakan kuat medan di suatu titik dalam medan listrik perhatikan gambar dibawah, menggambarkan suatu benda bermuatan q yang menimbulkan medan listrik di sekitarnya.

Kita tinjau suatu titik P yang berada pada jarak r dari q. Untuk menentukan kuat medan listrik di titik P, kita letakkan sebuah muatan penguji sebesar q’. Besarnya kuat medan di titik P dapat dituliskan :

di mana : = kuat medan di titik P (Newton/Coulomb) k = Konstanta = 9.109 N m2 C-2 q = muatan listrik penimbul medan (C) r = jarak antara titik P ke muatan q (m)

Demikian juga medan listrik termasuk besaran vektor, seperti halnya gaya listrik. Apabila pada suatu titik dipengaruh oleh medan listrik yang ditimbulkan oleh lebih dari satu benda bemuatan, maka kuat medan listrik di tempat itu sama dengan jumlah vektor dari masingmasing kuat medan.

6

Apabila letak benda berada dalam satu garis lurus, maka kuat medan listrik pada titik C adalah : EC = EA + EB

Jika letak benda tidak dalam satu garis lurus. Maka kuat medan listrik di titik C adalah : EC = EA + EB

di mana sudut yang diapit antara

dan

adalah α

Medan listrik dapat digambarkan dengan garis-garis gaya listrik yang menjauh (keluar) dari muatan positif dan masuk muatan negatif. Garis-garis digambar simetris, meninggalkan atau masuk ke muatan. Jumlah garis yang masuk/meninggalkan muatan sebanding dgn besar muatan. Kerapatan garis-garis pada sebuah titik sebanding dengan besar medan listrik di titik itu. Gari-garis gaya itu, tidak ada yang berpotongan. Garis-garis medan listrik di dekat tiap muatan hampir radial. Garis-garis medan listrik yang sangat rapat di dekat setiap muatan menunjukkan medan listrik yang kuat di sekitar daerah ini

7

2.3. FLUKS LISTRIK

Fluks berkaitan dengan besaran medan yang “menembus” dalam arah yang tegak lurus suatu permukaan tertentu. Fluks listrik menyatakan medan listrik yang menembus dalam arah tegak lurus suatu permukaan. Ilustrasinya akan lebih mudah dengan menggunakan deskripsi visual untuk medan listrik (yaitu penggambaran medan listrik sebagai garis-garis). Dengan penggambaran medan seperti itu (garis), maka fluks listrik dapat digambarkan sebagai banyaknya “garis” medan yang menembus suatu permukaan. Perhatikan gambar di bawah:

Fluks Listrik yang menembus suatu permukaan

Rumus Fluks listrik adalah sebagai berikut :

Apabila garis-garis medan listrik yang menembus suatu bidang memiliki sudut maka rumus fluks listriknya adalah sebagai berikut :

8

2.4. Hukum Gauss

Hukum Gauss adalah hukum yang menentukan besarnya sebuah fluks listrik yang melalui sebuah bidang. Hukum gauss menyatakan bahwa besar dari fluks listrik yang melalui sebuah bidang akan berbanding lurus dengan kuat medan listrik yang menembus bidang, berbanding lurus dengan area bidang dan berbanding lurus dengan cosinus sudut yang dibentuk

fluks

listrik

terhadap

garis

normal.

Hukum ini dirumuskan oleh Carl Friedrich Gauss (1777-1855). Beliau adalah salah seorang matematikawan terbesar sepanjang masa. Banyak bidang hukum matematika yang dipengaruhinya dan dia membuat kontribusi yang sama pentingnya untuk fisika teoritis.

Carl Friedrich Gauss

Hukum Gauss berbunyi "bahwa fluks listrik total yang melalui sembarang permukaan tertutup (sebuah permukaan yang mencakup volume tertentu) sebanding dengan

muatan

lisfiik

(netto)

total

di

dalam

permukaan

itu".

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung medan listrik dari sistem yang mempunyai kesimetrian yang tinggi (misalnya simetri bola, silinder, atau kotak). Hukum Gauss pada Permukaan Tertutup

9

Hukum Gauss Pada Permukaan Bola

Hukum Gauss Disekitar Bidang Permukaan

10

Hukum Gauss Disekitar Kawat Bermuatan Merata

11

Hukum Gauss Pada Bola Bermuatan

Bola isolator bermuatan merata dengan rapat muatan :

Di dalam bola :

Di luar bola :

12

Hukum Gauss Pada Bidang Bermuatan

13

BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan Muatan listrik itu tersimpan dalam benda-benda yang berada di sekeliling kita, seperti misalnya pada plastik yang digosok dengan wool, gelas yang digosok dengan sutera pada kilat, dan masih banyak yang lainnya lagi. Benda-benda yang bermuatan akan mengerjakan gaya terhadap benda bermuatan lainnya. Gaya ini dinamakan gaya elektrostatik. Gaya ini bergantung pada besarnya muatan masing-masing benda dan bergantung pada jarak ke dua benda.

14

DAFTAR PUSTAKA

Halliday dan Resnick, 1999, Fisika jilid 2, Terjemahan. Jakarta : Penerbit Erlangga Kamaruddin, Thamrin, 2013, Modul “Listrik Magnet.

Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA kelas XII. Jakarta : Penerbit Erlangga.

Purwanto, Budi. 2004. Sains Fisika Konsep dan Penerapan untuk kelas IX SMP dan MTS. Solo : Penerbit PT Tiga Serangkai Pustaka Mandiri.

Yusrizal. 2009. Sejarah Fisika dari Copernicus hinggan Ampere. Banda Aceh : Penerbit Yayasan PeNA Banda Aceh.

http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_Coulomb

http://zhuldyn.wordpress.com/2011/03/11/hukum-coulomb/

http://blog.uad.ac.id/fiskahardiana/2011/12/15/hukum-coulomb/

http://pustakafisika.wordpress.com/2012/09/01/penerapan-hukum-coulomb/

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=123&Ite mid=175

15