FISIKA DASAR

assalammualaikum wr.wb.

 kali ini saya ingin membagi slide yang di bagikan oleh pak adhy prayetno dosen fisika dasar di UNRI. untuk teman-teman yang ingin mendownload silahkan.

1. slide  fisika dasar dengan bapak adhy prayetno DOWNLOAD FISIKA SLIDE
2. finally fisika dasar 2014 september DOWNLOAD FISIKA DASAR WOORD

SEKIAN WASSALAM

Read More

hukum coulomb

A.    Hukum Coulomb

Pada tahun 1785 Charles Augustin de Coulomb adalah orang yang pertama kali meneliti hubungan gaya listrik dengan dua muatan dan jarak antara keduanya dengan menggunakan sebuah neraca puntir. Dalam penelitian tersebut akhirnya Coulumb menyimpulkan dalam sebuah hukum yang disebut hukum Coulumbyang berbunyi:

“besar gaya tolak-menolak ataugaya tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat  jarak antara kedua benda bermuatan.”
Secara matematis, Hukum Coulomb dapat dirumuskan:
 Keterangan:
F          = gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak (Newton)
k          = konstanta = 9 × 109 N m2 C-2
q1, q2 = muatan masing-masing benda (Coulomb)

r           = jarak antara kedua benda (meter)

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 q_o, besarnya muatan tersebut dapat dikurangi ingga menjadi 1/2 q_o dengan cara membumikan salah satu bola agar muatan terlepas kemudian kedua bola dikontakkan kembali.

Pada gambar 1 partikel memiliki muatan yang berbeda, sehingga partikel tersebut saling tarik menarik. kedua partikel tersebut memiliki jarak sehingga dapat mempengaruhi besar gaya coulomb yang dihasilkan. Sama halnya dengan gambar 2 yang memiliki muatan yang sama sehingga terjadi tolak-menolak antar kedua muatan tersebut. Kedua muatan terpisah dengan jarak r. Semakin besar jarak antara kedua partikel tersebut maka semakin kecil gaya Coulombnya. Sehingga jarak kedua partikel menjadi berbanding terbalik dengan F ( gaya Coulomb).Gaya Coulomb sebanding dengan kedua muatannya.

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.

B.    MEDAN LISTRIK

Benda yang bermuatan listrik dikelilingi sebuah daerah yang disebut medan listrik. Dalam medan ini, muatan listrik dapat dideteksi. Menurut Faraday (1791- 867), suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh ruangan. Untuk memvisualisasikan medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan serangkaian garis untuk menunjukkan arah medan listrik pada berbagai titik di ruang, yang disebut garis-garis gaya listrik. Untuk lebih jelasnya lihatlah gambar ilustrasi berikut.

                                                                          

Gambar a merupakan partikel bermuatan positif. Garis-garis yang keluar dari partikel a disebut dengan medan listrik. Arah medan listrik pada gambar a keluar dari partikel bermuatan positif. Perhatikan pada gambar b, pada gambar tersebut merupakan partikel bermuatan negatif. sama dengan gambar a garis-garis yang ada pada gambar b merupakan medan listrik. Bedanya dengan partikel bermuatan positif, arah medan listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah partikel. Dari pembahasan ini kita dapat menjelaskan bagaimana dua partikel yang sejenis tolak-menolak dan partikel yang lain jenis tarik menarik. Agar lebih jelas perhatikan ilustrasi gambar berikut ini.

                   

Gambar a merupakan interaksi dua partikel yang berlainan jenis. Perhatikan garis medan listriknya, garis dari partikel postif menuju partikel negatif.Ini menjeelaskan mengapa dua partikel tersebut dapat tarik menarik. Pada gambar b dapat kita lihat partikel yang muatanya sama. Garis medan listrik pada partikel tersebut saling menjauhi satu sama lain. Sehingga kedua partikel tersebut saling tolak-menolak.

Kuat medan listrik secara matematis dapat di hitung :

Ukuran kekuatan dari medan listrik pada suatu titik, didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan pada muatan listrik yang ditempatkan pada titik tersebut, yang disebut kuat medan listrik (E ). Jika gaya listrik F dan muatan adalah q, maka secara matematis kuat medan listrik dirumuskan:

Persamaan persamaan di atas untuk mengukur medan listrik di semua titik pada ruang, sedangkan medan listrik pada jarak r dari satu muatan titik Q adalah:

Sehingga menjadi : 

Keterangan E : Medan Listrik ( N/C )

                 k : Bilangan Konstanta ( Nm² /C²)

                 q,Q : Muatan Listrk ( C )

                 r : Jarak antara muatan ( m )

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa E hanya bergantung pada muatan Q yang menghasilkan medan tersebut. 

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. 

MEDAN LISTRIK PADA DUA KEPING SEJAJAR

Medan Listrik pada Konduktor Bola Berongga

C.     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.

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). Untuk menggunakan hukum gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup (permukaan gauss). Bentuk permukaan tertutup tersebut dapat sembarang.

Hukum Gauss ini didasarkan pada konsep garis-garis medan listrik yang mempunyai arah atau anak panah seperti pada gambar di bawah :

Gambar garis-garis medan listrik di sekitar muatan positif

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 :

Hukum Gauss dinyatakan sebagai berikut :

"Jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut" Dan di rumuskan sebagai berikut :

D.    ENERGI POTENSIAL LISTRIK DAN

1. Energi Potensial Listrik

Konsep energi sangat berguna dalam mekanika. Hukum kekekalan energi memungkinkan kita  memecahkan persoalan-persoalan tanpa perlu mengetahui gaya secara rinsi. Sebagai contoh gaya gravitasi menarik suatu benda menuju ke permukaan bumi. Baik gaya gravitasi Fg maupun kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi=g) berarah vertikal ke bawah.

Jika mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, itu berarti kita melakukan usaha pada benda, dan sebagai akibatnya energi potensial gravitasi benda bertambah

Konsep energi juga berguna dalam listrik. Gaya listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan Uji positif q’ oleh suatu muatan negatif adalah mengarah ke muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E= F/q’, juga mengarah ke muatan negatif.

Untuk menggerakkan muatan uji menjauhi muatan negatif, kita harus melakukan usaha pada muatan uji. Sebagai akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah.

Gamba  1                                             Gambar 2

Konsep energi potensial listrik, mirip dengan konsep energi potensial garavitasi. Untuk itu kita akan menurunkan rumus Energi Potensial Listrik sebagai berikut :

Usaha yang dilakukan gaya (Fw), untuk memindahkan muatan penguji +q’, dari titik P ke Titik Q adalah W =- Fw . S = -Fw.Δr=-F.(r2-r1)

W  adalah besaran skalar, gaya F diberi tanda (-) negatif karena gaya Coulomb berlawanan arah dengan arah perpindahah Fw=Fq = gaya Coulomb.

W = -k.Q q’/r1  2 x (r2-r1) = – kQ.q’/r1.r2 (r2-r1)

W = -k Q.q’(1/r1 – 1/r2)= k Q.q’(1/r2-1/r1)

W = k Q.q’(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1

Jadi usaha yang dilakukan W= pertambahan energi Potensial.

Kesimpulan : Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji  +q’ dari suatu titik ke titik lainnya.

Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga,sehingga r2= ˜ dan 1/r2=0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi Potensial Listrik dari dua muatan Q dan q’ adalah :

Ep = k Q.q’/r,     EP termasuk besaran skalar

E= Energi Potensial Listrik satuannya Joule

k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2, r= jarak (m)

Q + muatan sumber, q’= muatan uji (Coulomb)

2. Potensial Listrik (V)

Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan penguji , rumus potensial listrik sebagai berikut :  V = Ep /q’  atau seperti pada gambar berikut

Potensial listrik di titik P dirumuskan :

Keterangan :

V = Potensial Listrik (Volt)

k = Konstanta Listrik = 9.109 NC-2 m2

Q = Muatan sumber (Coulomb)

r = jarak dari muatan sampai titik P

              a.  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 :

  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 :

              b.  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.

                                             

             Untuk r < R ( di dalam bola )

E.  KAPASITAS  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).  

Besarnya Kapasitas Kapasitor adalah :

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 keping kapasitor juga berlaku:

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  di  dalam  medan  listrik kapasitor. 

EP = energi kapasitor (J)

q   = muatan listrik kapasitor (C)

V  = beda potensial antara dua keping (v)

C  = besar kapasitas kapasitor (F)

            Beberapa kapasitor dapat dihubungkan secara seri, paralel, dan kombinasi keduanya.

                SOAL – SOAL LATIHAN

1. Empat  buah  titik  A,  B,  C,  dan  D  bermuatan  listrik. Titik  A  menolak  titik  B,  titik B menarik  titik  C,  dan  titik  C  menolak  titik  D.  jika muatan  listrik  D  negative, maka muatan listrik yang lain beruturut-turut:

A.  titik A positif, B positif, dan C negatif

B.  titik A positif, B negatif, dan C negatif

C.  titik A negatif, B positif, dan C positif

D.  titik A negatif, B negatif, dan C negatif

E.  titik A positif, B positif, dan C positif

2. Rumus  menentukan  gaya  listrik  yang  terjadi  pada  dua  muatan  yang  sejenis  jika muatan benda tersebut q1 dan q2 adalah …

3. Gaya  tarik  menarik  antara  dua  buah benda  bermuatan  tertentu  saat  di  udara adalah    900  N.  jika  kedua  benda tersebut  diletakkan  di  dalam  bahan yang  memiliki  konstanta  dielektrik  3, menjadi  berapa  gaya  tarik-menarik  yang terjadi?

A.  300 N

B.  903 N

C.  2700 N

D.  0,003 N

E.  270 N

4. Alat  yang dapat digunakan untuk mengetahui muatan listrik pada suatu benda adalah …

A.  elektroskop

B.  amperemeter

C.  stetoskop

D.  voltmeter

E.  multimeter

5. Persamaan  matematis  hubungan  antara  medan  listrik  dengan  gaya  listrik  yang  benar adalah …

6. “Banyaknya  garis  medan  listrik  (fluks  listrik)  pada  suatu  permukaan  tertutup  sama dengan  besarnya  muatan  listrik  yang  dilingkupi  oleh permukaan  tertutup  tersebut dibagi dengan ε_o”. pernyataan tersebut merupakan . . .

A.  Isi hukum Khirchoff

B.  Isi hukum Coulomb

C.  Isi hukum Newton

D.  Isi hukum Gauss

E.  Isi hukum Ohm

7. Pernyataan yang tidak benar mengenai medan listrik yaitu . . .

a.      besarnya sebanding dengan besar muatan listrik

b.       semakin  jauh  jaraknya  dari  sumber  muatan  listrik,  semakin  kecil  medan listriknya

c.       semakin  dekat  jaraknya  dari  sumber  muatan    listrik,  semakin  besar  medan listriknya

d.      dimiliki oleh semua benda

e.      ada medan listrik positif dan ada juga medan listrik negatif

8. Persamaan matematis dari hukum gauss yang benar adalah . . .

9. Suatu  ruang  memiliki  potensial  listrik  sebesar  V.  jika  pada  ruang  tersebut  diletakkan sebuah  partikel  bermuatan  listrik  sebesar  Q,  maka besarnya  energi potensial listrik yang dimiliki oleh partikel Q adalah …

10. Dua partikel masing-masing q1 dan q2  yang tidak diketahui besar dan jenisnya, terpisah sejad.  Antara kedua muatan itu dan pada garis penghubungnya  terletak titik  P  dan  berjarak  2 dari q1. bila kuat medan dititik P sama dengan nol, maka:

A.  muatan q1 dan q2 merupakan muatan-muatan yang tak sejenis

B.  potensial dititik P yang disebabkan oleh q1 dan q2  sama

C.  potensial dititik P sama dengan nol

D.  besar muatan q1 = 2 kali besar muatan q2

E.  besar muatan q1 = 4 kali besar muatan q2

KESIMPULAN

1. Gaya coulomb ditemukan oleh Charles Agustin
2. Gayaa coulomb berbunyi  ”besar gaya tolak-menolak ataugaya tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat  jarak antara kedua benda bermuatan.”
3. Medan  listrik  adalah  daerah  atau  ruang  di  sekitar  muatan  listrik  yang  masih dipengaruhi Gaya Coulomb (gaya listrik).

4. 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”

5. Fluks Listrik didefinisikan sebagai perkalian medan listrik (E) dengan luasan yang dilaluinya

6. karena medan listrik ini berbanding lurus dengan jumlah garis gaya per luas satuan, maka fluks ini akan berbanding lurus dengan jumlah garis gaya medan yang melewati luasan tersebut.

7.  Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji  +q’ dari suatu titik ketitik lainnya. Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga, sehingga r2 = ˜ dan 1/r2 = 0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi Potensial Listrik dari dua muatan Q dan q’

8. Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji  +q’ dari suatu titik ke titik lainnya.

9. Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan penguji , rumus potensial listrik sebagai berikut :  V = Ep /q’ 

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

Read More