Dokumen tersebut membahas tentang unit fisika listrik statis yang mencakup hukum Coulomb, kuat medan listrik, hukum Gauss, energi potensial listrik, dan hukum kekekalan energi mekanik dalam medan listrik.

1. Fisika untuk Kelas XII SMA
Unit
2
Listrik Statis
Hukum Coulomb
Kuat Medan Listrik
Hukum Gauss
nsial Listrik dan Energi Potensial Listrik
ukum Kekekalan Energi Mekanik dalam
Medan Listrik

2. Diskusi
Ledakan petir merupakan contoh nyata
keberadaan listrik. Petir merupakan
hasil pelepasan muatan listrik di awan.
Energi yang dilepaskan petir sangat
besar sehingga menimbulkan cahaya
panas dan bunyi gelegar yang sangat
keras. Tahukah Anda bahwa besarnya
tegangan listrik yang berasal dari petir
dapat menghidupkan jutaan
kendaraan?

3. Gaya listrik antarmuatan terjadi akibat adanya besaran-besaran yang menjadi ciri
dari kedua muatan tersebut. Besaran ini disebut muatan listrik.
Satu perbedaan dari kedua gaya tersebut adalah pada gaya listrik terdapat
dua macam gaya, yaitu gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak.
Pada gaya gravitasi Newton tidak terdapat gaya tolak-menolak, hanya ada gaya
tarik-menarik.

4. Lakulan Aktivitas Ilmiah 4.1 dengan benar.

5. Benjamin Franklin menyarankan agar muatan listrik diberi nama
muatan positif dan muatan negatif, untuk membedakan muatan-muatan
yang menyebabkan gaya tolak-menolak atau gaya tarik-menarik.
Materi tersusun atas molekul-molekul. Molekul unsur
tersusun atas atom-atom. Atom terdiri atas inti yang
bermuatan positif dan dikelilingi oleh sejumlah elektron
yang bermuatan negatif sehingga muatan total atom sama
dengan nol. Di dalam inti atom terdapat proton yang
bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan
(netral).
Hukum Coulomb: “gaya interaksi antara dua buah benda
titik bermuatan listrik, berbanding lurus dengan hasil kali
masing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak antara kedua benda tersebut”.

6. Tabel 4.1 Perbandingan Hukum Gravitasi Newton dan
Hukum Coulomb.

7. Vektor gaya Coulomb pada q2 yang disebabkan oleh q1 adalah F21 (tolak-
menolak), dan yang disebabkan oleh q3 adalah F23 (tarik-menarik).
Jadi, terdapat dua vektor gaya Coulomb yang bekerja pada q2, yaitu F21dan F23.
Perhatikan gambar berikut.
Resultan dari kedua vektor gaya tersebut sehingga persamaannya adalah;
Gaya total yang bekerja pada sebuah muatan merupakan resultan (penjumlahan
vektor) dari gaya-gaya yang bekerja pada muatan tersebut akibat interaksi
dengan muatan-muatan yang ada di sekitarnya.

8. Gaya antara dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan oleh suatu jarak
tertentu tanpa kontak antara keduanya disebut action at a distance.
Medan adalah ruang di sekitar benda di mana setiap titik di dalam
ruang tersebut akan terpengaruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh
benda.
Medan di sekitar partikel itu disebut medan listrik.
Garis-garis gaya listrik
bermuatan positif.
Garis-garis gaya listrik
bermuatan negatif.
Kerapatan garis-garis gaya listrik menggambarkan
besarnya kuat medan listrik.
Garis-garis gaya listrik untuk
(a) dua muatan positif;
(b) muatan positif dan muatan negatif

9. Besarnya kuat medan listrik (E) yang dihasilkan oleh q didefinisikan
sebagai hasil bagi antara gaya Coulomb (F) yang bekerja pada muatan
uji dengan besarnya muatan uji tersebut (q’).
Muatan uji adalah sebuah muatan yang menghasilkan medan listrik yang
jauh lebih kecil daripada muatan yang akan dihitung kuat medannya.
Syarat muatan uji seperti ini bertujuan agar muatan uji tidak memengaruhi
kuat medan yang akan diukur.
Arah kuat medan listrik di suatu titik selalu searah dengan gaya yang dialami oleh
muatan uji positif di titik tersebut sehingga arah kuat medan di suatu titik oleh
muatan positif akan menjauh, sedangkan muatan negatif akan mendekat.
Besar kuat medan listrik di suatu titik pada
kedudukan muatan uji q’ adalah

10. Perhatikan gambar berikut.
Vektor kuat medan listrik di titik P yang ditimbulkan
oleh q1 adalah E1 dan yang ditimbulkan oleh q2
adalah E2.
Kuat medan listrik di titik P oleh q1 arahnya ke kanan, yaitu
menjauhi muatan q1 yang bermuatan positif.
Kuat medan listrik di titik P oleh q2 arahnya juga ke kanan, yaitu
menuju muatan q2 yang bermuatan negatif.
Kuat medan listrik total di titik P merupakan resultan dari kedua
vektor kuat medan listrik tersebut.

11. Apabila terdapat garis-garis gaya listrik dari suatu medan
listrik homogen yang menembus tegak lurus suatu bidang
seluas A, jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus
tegak lurus bidang tersebut didefinisikan sama dengan
perkalian antara E dan A yang dinamakan fluks listrik.
Persamaan fluks untuk garis-garis gaya dari medan listrik homogen
yang menembus bidang tidak tegak lurus atau membentuk sudut 
terhadap garis normal adalah
Hukum Gauss: “jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus suatu
permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang
dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”.

12. Dalam suatu konduktor ada banyak sekali partikel-partikel bermuatan,
yang distribusinya tersebar di dalam konduktor sehingga untuk
menentukan kuat medannya dapat digunakan Hukum Gauss.
Dua buah pelat
konduktor tipis
(a) bermuatan positif
(b) bermuatan negatif
Untuk menghitung kuat medan listrik pada suatu jarak tertentu,
gunakan konsep Hukum Gauss sehingga harus dibuat terlebih dahulu
suatu permukaan tertutup.
Permukaan tertutup yang memudahkan perhitungan untuk kasus
ini adalah berbentuk silinder.
Menurut Hukum Gauss:

13. Jika distribusi muatan per satuan luas adalah
muatan yang dilingkupi tabung adalah
Menghitung kuat medan listrik dengan
menggunakan Hukum Gauss. E1 dan E3 tegak
lurus bidang atau sejajar garis normal dan E2
sejajar bidang atau tegak lurus garis normal.
Kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh
sebuah pelat bermuatan adalah
Apa yang akan terjadi jika pelat yang bermuatan positif
dan pelat yang bermuatan negatif disejajarkan?
Besar kuat medan listrik antara kedua pelat ini
adalah;

14. Jika sebuah bola konduktor berongga atau kulit bola
yang berjari-jari R diberi muatan listrik, muatan
tersebut akan tersebar merata di permukaan bola
sehingga di dalam bola tidak terdapat muatan.
Kuat medan listrik menggunakan Hukum Gauss adalah;
Di dalam bola (r < R), muatan yang dilingkupi oleh permukaan Gauss I
adalah q. Oleh karena di dalam konduktor q = 0, di dalam bola E = 0.
Di luar bola (r > R), muatan yang dilingkupi oleh permukaan Gauss II sama dengan
muatan bola.
Besar kuat medan listrik di permukaan bola
adalah;
Dan di luar bola besar kuat medan listriknya
adalah;

15. Energi potensial listrik akan timbul jika sebuah muatan uji q’ didekatkan pada
sebuah muatan q.
Besarnya energi potensial yang timbul pada muatan q’ sebanding dengan
usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb FC.
Perubahan energi potensial dari keadaan (1) ke
keadaan (2) sebagai berikut.
Perubahan energi potensial yang terjadi sama dengan
usaha yang dilakukan oleh gaya Coulomb F untuk
perpindahan dr dan dapat dinyatakan dengan persamaan

16. a. Potensial Listrik oleh Sebuah Muatan Titik
Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial listrik per
satuan muatan sehingga beda potensial listrik antara titik 1 dan 2
adalah
Persamaan untuk menentukan besarnya beda potensial listrik yang
ditimbulkan oleh muatan q di titik (1) dan titik (2) adalah
Potensial sebuah titik berjarak r dari muatan q adalah
Potensial listrik di suatu titik pada medan listrik adalah besarnya
usaha yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan muatan
listrik dari tak hingga ke titik tersebut.

17. b. Potensial Listrik oleh Beberapa Muatan Titik
Potensial listrik adalah besaran skalar (tidak memiliki arah)
sehingga potensial listrik total di suatu titik akibat
beberapa muatan lainnya merupakan penjumlahan aljabar
biasa dari potensial listrik setiap muatan tersebut.
c. Potensial Listrik pada Bola Konduktor Berongga
Potensial di dalam bola konstan atau potensial
di dalam bola berongga sama dengan potensial
di permukaannya.
Potensial di seluruh ruang dalam bola konduktor
berongga sama, dapat dikatakan bahwa bidang
di dalam bola adalah bidang ekipotensial.
Bidang ekipotensial adalah bidang yang setiap titik pada bidang
tersebut memiliki potensial listrik sama.

18. a. Sebuah Partikel Dipengaruhi oleh Potensial Listrik
Apabila pada partikel hanya terdapat resultan gaya yang berasal dari gaya
Coulomb, pada partikel tersebut berlaku Hukum Kekekalan Energi Mekanik.
b. Sebuah Partikel di Antara Dua Pelat Sejajar
Bagaimanakah menentukan beda potensial V
di antara dua pelat sejajar?
Ingat, bahwa usaha yang diperlukan untuk memindahkan
sebuah muatan q dari pelat bermuatan negatif ke pelat
bermuatan positif adalah;

19. “Semakin banyak perangkat (yakni indra)
yang Anda libatkan, semakin banyak pula
informasi
yang terekam.”
- Collin Rose-