physics

1. Listrik Statis
Muatan Listrik
Hukum Coulomb
Prinsip superposisi
1

2. Muatan Listrik (1)
 Plastik yang digosok-gosok, dapat menarik
kertas atau rambut.
 Mengapa hal ini terjadi ?
 Bila dua obyek digosokkan maka akan
terjadi transfer muatan/elektron.
2

3. Muatan Listrik (2)
 Batu amber berasal dari fosil buah damar.
Sebuah batu yang sangat indah, sehingga
dijadikan orang sebagai perhiasan, yang sering
dibersihkan dengan cara digosok dengan kain.
 Para ilmuwan Yunani menemukan sifat aneh
dari batu amber ini, ketika digosok dengan kain,
batu amber tersebut akan menarik jerami atau
bulu yang berada di dekatnya.
 Dalam bahasa Latin amber disebut electrum 
electron --- electricity.
3

4. Muatan Listrik (3)
• Ternyata semua bahan menunjukkan
kelakuan dengan tingkat yang berbeda ketika
digosok kain atau bulu binatang.
• Tahun 1646 ditemukan juga bahwa sifat
bahan tersebut tidak hanya menarik benda-
benda kecil disekitarnya, tetapi juga menolak
benda-benda disekitarnya terutama untuk
dua benda yang sejenis.
4

5. Muatan Listrik (4)
• Setelah melakukan sekian banyak percobaan
tentang hal ini, para ilmuwan saat itu mencoba
membuat model untuk menyimpulkan tentang apa
yang terjadi.
• Model ini mengandung tiga aturan mengenai apa
yang disebut dengan “muatan listrik”:
– Hanya ada dua jenis muatan listrik, yang pertama disebut
muatan positif dan yang lainnya disebut muatan negatif.
– Dua benda yang bermuatan sama akan saling tolak.
– Dua benda yang muatannya berbeda akan saling tarik.
5

6. Muatan Listrik (5)
• Istilah muatanpositif dan negatif diberikan
oleh Benyamin Franklin (1706-1790).
Muatan tak sejenis tarik menarik
Muatan sejenis tolak-menolak
6

7. Sifat Muatan Listrik
7
+ + + + + +
- - - -
Gelas
Karet
Karet
Karet
Karet bermuatan negatif dan Gelas bermuatan positif.

8. Aplikasi : Contact Lens dan Kosmetik
 Lensa Kontak :
– Plastik pada lensa kontak, etafilcon, terbuat
dari molekul yang secara elektris dapat
menarik molekul protein pada air mata
manusia.
– Molekul protein ini ditarik dan ditahan oleh
plastik, sehingga pemakai merasakan lensa
kontak menyatu dengan mata.
 Kosmetik :
 Beberapa kosmetik memanfaatkan gaya
tarik listrik untuk mempertahankan
kekencangan kulit atau rambut.
8

9. Generator Van De Graf
9

10. Generator Van de Graaf
• Genaretor Van de Graaf adalah tersusun atas
bola perak yang menyimpan elektron pada
pemukaan bola.
• Bila anda memegang bola dan mesin
dinyalakan, elektron ditransfer ke tubuh anda.
10

11. What causes you to be shocked when you rub your feet
across carpet?
An electrical discharge is the passing of an electric current
through the air from a negatively charged object to a
positively charge object. This is what causes lightning!

12. Aliran muatan statis

13. Atom : Elektron, Proton dan Inti
Benjamin Franklin (abad ke-18) telah
diasumsikan bahwa muatan listrik
adalah suatu fluida yang tidak
bermassa. Penelitian tentang struktur
atom oleh Ernest Rutherford pada awal
abad ke-20 mengungkapkan
bagaimana materi itu tersusun dan
mengenali unsur-unsur penyusun
muatan.
Atom terdiri dari elektron dan inti.
Atom memiliki ukuran~5.10 -10 m
Inti memiliki ukuran ~ 5.10 -15 m
Inti sendiri terdiri dari dua jenis partikel:
proton dan neutron. Elektron bermuatan
negatif sedangkan proton bermuatan
positif. Sedangkan neutron  netral.
13

14. Massa dan muatan partikel penyusun atom
Neutron (n) : Massa m = 1,65.10 -27 kg ; muatan q = 0
Proton (p) : Massa m = 1,63.10 -27 kg ; muatan q = +1.602 .10 -19 C
Elektron (e) : Massa m = 9,11.10 -31 kg ; muatan q = – 1.602.10 -19 C
Catatan 1: Kita gunakan simbol “– e” dan “+e” untuk muatan elektron dan
proton. Ini dikenal dengan muatan terkecil.
Catatan 2: Atom bersifat netral. Jumlah elektron di dalam atom sama
dengan jumlah proton. Jumlahan ini dikenal dengan “ nomor atom”
(simbol: Z) . Sifat kimia dari atom ditentukan oleh nilai Z.
Catatan 3: Jumlahan dari proton dan netron di dalam atom dikenal dengan
“nomor massa” (simbol: A)
Simbol: Z= 92 = jumlah proton/elektron
A = 235 = jumlah proton + neutron
U
Nomor atom Z = 92 menunjukkan inti adalah atom Uranium
235
92
14

15. Kuantisasi Muatan
Tinjau muatan dari partikel penyusun atom (elektron, proton,
neutron), jelaslah bahwa muatan total Q total dari atom yang
terdiri dari N e buah elektron, N p buah proton, dan N n buah
neutron, diberikan oleh:
Q total = -e (Ne) + e (NP) + 0 (Nn)
Disini n = (N p - N e ) adalah bilangan bulat.
Sehingga dapat dikatakan muatan total suatu atom
terkuantisasi.
Pada setiap proses muatan sebelum dan sesudah proses
haruslah sama  Muatan kekal.
15

16. Konduktor dan Isolator (1)
• Konduktor  material yang mengizinkan muatan
bergerak bebas melewatinya (tembaga, alumunium,
perak).
• Isolator  material yang tidak mengizinkan muatan
bergerak bebas melewatinya (karet, plastik).
• Pada konduktor elektron terluar dari penyusun atomnya
menjadi bebas dan bergerak melewati padatan, dikenal
sebagai elektron
konduksi.
• Semikonduktor : bahan yang mempunyai sifat antara
konduktor dan isolator. (Silikon, Germanium).
16

17. Konduktor dan Isolator (2)
17
Pemuatan pada isolator.
Bahan isolator yang digosok saja yang termuati.

18. Induksi Muatan Listrik
• Membuat obyek metal bermuatan tanpa melakukan kontak.
Bola metal netral.
Muatan bola metal
ter-redistribusi.
Muatan negatif mengalir
ke ground melalui kawat.
Saat kawat ground
dilepas hanya tersisa
muatan positif.
(non uniformly)
Muatan positif
uniformly.
18

19. Hukum Coulomb
Misalkan dua buah muatan q 1 dan q 2
dipisahkan oleh jarak r. Dua muatan itu
akan mengalami gaya yang disebabkan
oleh yang lainnya.
Karakteristik gaya tersebut adalah:
• Gaya bekerja pada garis yang meng-
hubungkan kedua muatan.
• Gaya tarik-menarik atau tolak menolak
tergantung pada muatannya
• Besarnya gaya diberikan oleh hukum
Coulomb.
Ke = 8,9875 x 10 9 N.m2/C2 (konstanta Coulomb)
ε 0 = 8,85x10-12 C2/N2.m  konstanta permitivitas
ke
19

20. Satuan Dari Muatan
• Satuan dari muatan (dalam SI) adalah Coulomb
(simbol ).
• Pada prinsipnya kita dapat menggunakan
hukum Coulomb.
• Untuk dua buah muatan q seperti berikut:
• Letakkan dua buah muatan q = 1 C terpisah
sejauh r = 1 m, apabila ε 0 = 8,85x10 -12 C2/N.m2
maka akan diperoleh:
20

21. Contoh: Atom Hidrogen (1)
21

22. Contoh: Atom Hidrogen (2)
22
• Rasio Fe/Fg = 2x1039
• Gaya gravitasi antar partikel atom diabaikan, karena terlalu
kecil jika dibandingkan gaya listriknya.

23. Hukum Coulomb dan Prinsip Superposisi
• Gaya listrik total yang disebabkan oleh
sekelompok muatan sama dengan jumlahan
vektor kontribusi dari tiap muatan.
23
+
+
+
-
-
+
+
F12
F21
F21
F12
F13
F23
q1
q1
q2
q2
q1
q3
q2
a
a
a
r
x
y

24. PR
• Question 23. 5-10 ----- page 733
• No. 23 . 7 s.d 12 ------ page 734
24