Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh..
Hai para Intelektual Muda, kali ini mimin mau berbagi soal dan pembahasan tentang Integral Permukaan ..
semoga Bermanfaat:)
Powerpoint Hukum Gauss & Energi Potensial Listrik dan Potensial ListrikIndri Sukmawati Rahayu
Powerpoint ini dibuat untuk menyelesaikan tugas Fisika BAB 2 tentang Listrik Statis. Kelompok kami disini akan membahas mengenai Hukum Gauss & Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik
BERISI TENTANG MATERI DARI LISTRIK STATIS DAN BIASANYA DIGUNAKAN UNTUK MEDIA PRESENTASI. MATERI INI BIASANYA ADA PADA KELAS X DI TINGKAT SMK. MEDIA INI TIDAK HANYA BISA DIGUNAKAN OLEH GURU SAJA NAMUN JUGA BISA DIGUNAKAN OLEH SISWA. FILE PADA MEDIA INI MERUPAKAN FILE POWER POINT. INI BISA DIGUNAKAN UNTUK SEGALA KURIKULUM. MEDIA INI JUGA BISA DIGUNKAN SEBAGAI SUMBER BELAJAR BAGI SISWA.
Assalamu'alaikum warahmatullahi wabarakatuh..
Hai para Intelektual Muda, kali ini mimin mau berbagi soal dan pembahasan tentang Integral Permukaan ..
semoga Bermanfaat:)
Powerpoint Hukum Gauss & Energi Potensial Listrik dan Potensial ListrikIndri Sukmawati Rahayu
Powerpoint ini dibuat untuk menyelesaikan tugas Fisika BAB 2 tentang Listrik Statis. Kelompok kami disini akan membahas mengenai Hukum Gauss & Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik
BERISI TENTANG MATERI DARI LISTRIK STATIS DAN BIASANYA DIGUNAKAN UNTUK MEDIA PRESENTASI. MATERI INI BIASANYA ADA PADA KELAS X DI TINGKAT SMK. MEDIA INI TIDAK HANYA BISA DIGUNAKAN OLEH GURU SAJA NAMUN JUGA BISA DIGUNAKAN OLEH SISWA. FILE PADA MEDIA INI MERUPAKAN FILE POWER POINT. INI BISA DIGUNAKAN UNTUK SEGALA KURIKULUM. MEDIA INI JUGA BISA DIGUNKAN SEBAGAI SUMBER BELAJAR BAGI SISWA.
lks untuk pembelajaran medan listrik kelas XII SMA. bahasan medan listrik: E sebagai vektor, garis gaya, resultan vektor E, gambar E suatu muatan titik, fluks listrik, bola konduktor. metode eksperimen, diskusi dan simulasi. model direct intruction. konsep dan percobaan dengan simulasi.
2. April 12, 2018 2
Hukum Gauss
Garis Gaya Listrik
Konsep fluks
Pengertian Hukum Gauss
Penggunaan Hukum Gauss
Medan oleh muatan titik
Medan oleh kawat panjang tak berhingga
Medan listrik oleh plat luas tak berhingga
Medan listrik oleh bola isolator dan konduktor
Medan listrik oleh silinder isolator dan konduktor
Muatan induksi
4. April 12, 2018 4
Garis gaya listrik
Garis gaya listrik digunakan untuk menggambarkan
medan listrik
Arah medan listrik menyinggung garis gaya
Garis gaya rapat → medan listrik kuat
•P
EP
•Q
EQ
6. April 12, 2018 6
Garis gaya akibat dipol
Muatan positip dan negatip yang berjarak
sangat dekat dan merupakan satu kesatuan
+ -
7. April 12, 2018 7
Fluks Listrik
Definisi: banyaknya garis gaya listrik yang menembus suatu
permukaan
Untuk permukaan dA yang tegak lurus dengan arah medan,
jumlah garis gaya yang menembus permukaan itu adalah
Total garis gaya yang
menembus permukaan A
EdAd =Φ
dA
EA
EAdAE
EdAd
A
AA
==
=Φ=Φ
∫
∫∫
8. April 12, 2018 8
Fluks untuk sembarang permukaan
Untuk sembarang permukaan dA dengan arah
tidak tegak lurus medan
AdEd
•=ΦdA
∫
∫
•=
Φ=Φ
S
S
AdE
d
Fluks total untuk
permukaan SE
S
9. April 12, 2018 9
Contoh soal
Sebuah medan listrik dinyatakan dalam persamaan .
Tentukan fluks yang menembus permukaan
a. b.
c. d.
d. e.
Solusi
Karena medan homogen di seluruh permukaan yang
ditinjau, maka fluks dapat dituliskan dalam bentuk
jiE ˆ4ˆ2 +=
iS ˆ10=
jS ˆ10=
kS ˆ10=
kS ˆ10−=
jS ˆ10−=
iS ˆ10−=
SEAdE
S
•→•∫
10. April 12, 2018 10
Solusi contoh soal
a.
b.
c.
d.
e.
f.
0ˆ10)ˆ4ˆ2( =•+=•=Φ kjiAE
0ˆ10)ˆ4ˆ2( =−•+=•=Φ kjiAE
40ˆ10)ˆ4ˆ2( =•+=•=Φ jjiAE
40ˆ10)ˆ4ˆ2( −=−•+=•=Φ jjiAE
20ˆ10)ˆ4ˆ2( =•+=•=Φ ijiAE
20ˆ10)ˆ4ˆ2( −=−•+=•=Φ ijiAE
11. April 12, 2018 11
Fluks,muatan Q,permukaan terbuka S
Fluks yang keluar dari
permukaan S
∫ •=Φ
S
ndSE 1
ˆ
1
ˆn
S
dSE
12. April 12, 2018 12
Permukaan tertutup, muatan Q diluar
+
1
ˆn dA
1
ˆn−
2
ˆn
2
ˆn−
3
ˆn
3
ˆn−
13. April 12, 2018 13
Perhitungan fluks Q diluar permukaan
Perhatikan arah normal permukaan dan arah medan listrik
Fluks total pada kubus mempunyai nilai:
0
0000
)ˆ(ˆ
)ˆ(ˆ
)ˆ(ˆ
11
33
22
11
=
−+−+Φ−Φ=
−•+•
+−•+•
+−•+•=
•=Φ
∫∫
∫∫
∫∫
∫
SS
SS
SS
S
ndAEndAE
ndAEndAE
ndAEndAE
AdE
14. April 12, 2018 14
Permukaan tertutup, Q di dalam
2
ˆn
2
ˆn−
1
ˆn dA
1
ˆn−
3
ˆn
3
ˆn−
15. April 12, 2018 15
Perhitungan fluks Q di dalam
Perhatikan arah normal permukaan dan arah medan listrik
Fluks total pada kubus mempunyai nilai:
0
)ˆ(ˆ
)ˆ(ˆ
)ˆ(ˆ
332211
33
22
11
≠
Φ+Φ+Φ+Φ+Φ+Φ=
−•+•
+−•+•
+−•+•=
•=Φ
∫∫
∫∫
∫∫
∫
SS
SS
SS
S
ndAEndAE
ndAEndAE
ndAEndAE
AdE
16. April 12, 2018 16
Hukum Gauss
Besar fluks atau garis gaya listrik yang keluar dari
suatu permukaan tertutup sebanding muatan yang
dilingkupi oleh luasan tertutup tersebut
Prinsip untuk menggunakan teorema Gauss
dengan mudah
Pilih permukaan yang medan listrik di permukaan
tersebut homogen
Tentukan muatan yang dilingkupi permukaan tersebut
Tentukan arah medan terhadap arah normal
permukaan.
∫ =•
0ε
q
SdE
17. April 12, 2018 17
Permukaan Gauss Berbentuk Bola
Untuk muatan titik dan bola
dAE Medan dipermukaan
bola homogen.
Untuk muatan positip:
arah medan radial,
searah dengan normal
permukaan bola
Untuk muatan negatip
arah medan berlawana
dengan arah normal
permukaan
18. April 12, 2018 18
Permukaan Gauss Berbentuk Silinder
Kawat dan silinder panjang tak berhingga
Medan homogen di seluruh permukaan selimut silnder.
Arah medan radial searah dengan normal permukaaan
selimut silinder untuk muatan positip dan berlawanan
untuk muatan negatip
dA E
EdA
19. April 12, 2018 19
Permukaan Gauss Berbentuk Silinder/Balok
Plat tipis luas tak berhingga
E
E
Medan homogen
pada tutup balok,
arah sama dengan
normal tutup balok
20. April 12, 2018 20
Medan akibat sebuah muatan titik
dA
E
0
2
0
2
0
0
0
4
4
επ
ε
π
ε
ε
ε
r
q
E
q
rE
q
dAE
q
EdA
q
AdE
=
=
=
=
=•
∫
∫
∫
21. April 12, 2018 21
Konduktor dan Non-Konduktor (Isolator)
Di dalam konduktor, muatan bebas bergerak
Jika diberi muatan tambahan dari luar → muncul
medan listrik → muatan bergerak menghasilkan
arus internal → terjadi distribusi ulang muatan
tambahan dari luar hingga tercapai keseimbangan
elektrostatis → medan listrik di dalam konduktor
menjadi nol → menurut hukum Gauss berarti
muatan di dalam konduktor nol, muatan
tambahan dari luar tersebar di permukaan
konduktor
22. April 12, 2018 22
Waktu yang diperlukan untuk mencapai
keseimbangan elektrostatis pada koduktor sangat
cepat
Medan listrik di dalam konduktor boleh dianggap
selalu nol dan muatan dari luar selalu ada di
permukaan konduktor
Di dalam isolator muatan tidak bebas bergerak
Muatan tambahan dari luar akan terdistribusi
merata dalam isolator
23. April 12, 2018 23
Bola konduktor pejal positip
Tinjau suatu bola konduktor pejal dengan jari-jari
R dan muatan Q
dA
E
•Muatan hanya tersebar
di permukaan bola saja
•Medan listrik di dalam
bola (r<R) nol
24. April 12, 2018 24
Medan listrik di luar bola konduktor
Untuk r>R, total muatan yang dilingkupi
permukaan Gauss adalah Q
Hukum Gauss untuk kasus bola konduktor
pejal:
Dengan r>R
2
00
2
00
4
4
r
Q
E
Q
rE
Q
dSE
q
SdE
πεε
π
εε
=→=
=→=• ∫∫
25. April 12, 2018 25
Bola isolator pejal
Isolator: muatan tersebar merata di seluruh
volum isolator
Di dalam bola
Q
R
r
Q
R
r
q 3
3
3
3
4
3
3
4
==
π
π
r
Q
R
r
E
Q
R
r
rE
Q
R
r
SdE
q
SdE
3
0
3
0
3
2
3
0
3
0
4
4
πε
ε
π
ε
ε
=
=
=
=•
∫
∫
R
26. April 12, 2018 26
Bola isolator pejal (2)
Medan di luar
2
0
0
2
0
0
4
4
r
Q
E
Q
rE
Q
dSE
Q
SdE
πε
ε
π
ε
ε
=
=
=
=•
∫
∫
Rr
q=Q
28. April 12, 2018 28
Bola bermuatan negatip
Pada prinsipnya sama dengan bola bermuatan positip
hanya arah medan listriknya masuk menuju pusat bola
E
dA
2
0
0
2
0
0
4
4
180cos
r
Q
E
Q
rE
Q
EdS
Q
SdE
πε
ε
π
ε
ε
=
=
−
=
−
=•
∫
∫
29. April 12, 2018 29
Dua bola, jenis muatan beda
Sebuah bola tipis jari-jari a bermuatan 2Q. Di
dalam bola tipis diletakkan bola pejal konduktor
berjari-jari b dan bermuatan –3Q.
Medan listrik untuk daerah r<a
ditentukan dengan cara
yang sama dengan contoh
mencari medan pada bola
pejal
ab
30. April 12, 2018 30
2
00
2
00
4
4
180cos
r
Q
E
Q
rE
Q
EdS
q
SdE
πεε
π
εε
=→=
−
=→=• ∫∫
Medan untuk r>a
•Dibuat permukaan Gauss berbentuk bola dengan jari-
jari r>a
•Total muatan yang dilingkupi permukaan Gauss:
q=2Q+(-3Q)=-Q
•Medan akibat muatan -Q
31. April 12, 2018 31
Medan listrik akibat kawat lurus
Permukaan Gauss berbentuk silinder
Untuk muatan positip arah medan listrik radial keluar dari
pusat silinder
Untuk muatan negatip arah medan listrik radial masuk
menuju pusat silinder
dA
E
32. April 12, 2018 32
Medan akibat kawat tak berhingga
rlE
EdSEdSEdS
SdESdESdESdE
tutupungsetutup
tutupungsetutup
π2
90cos0cos90cos lub
lub
=
++=
•+•+•=•
∫∫∫
∫∫∫∫
Fluks medan listrik yang menembus permukaan silinder
Jika panjang kawat L, muatan total Q, maka muatan yang
dilingkupi oleh silinder:
ll
L
Q
q λ==
33. April 12, 2018 33
Hukum Gauss untuk kawat sangat panjang
Penentuan medan listrik
r
rL
Q
E
l
L
Q
rlE
q
SdE
0
0
0
0
2
2
2
πε
λ
πε
ε
π
ε
=
=
=
=•∫
34. April 12, 2018 34
Contoh soal untuk kawat panjang (1)
Tentukan medan listrik dan gambarkan arahnya pada
titik A dan B yang berjarak 20 cm dari kawat dengan
rapat muatan λ=10 mC/m seperti pada gambar.
Solusi :
ππππ
λ 025,0
4
1,0
)2,0(2
10.10
2
3
====
−
r
E
•A
•B
N/C
35. April 12, 2018 35
Contoh soal untuk kawat panjang (2)
Tentukan medan listrik dan gambarkan arahnya pada
titik A dan B yang berjarak 20 cm dari kawat dengan
rapat muatan λ=-10 mC/m seperti pada gambar.
Solusi :
ππππ
λ 025,0
4
1,0
)2,0(2
10.10
2
3
====
−
r
E
•A
•B
N/C
36. April 12, 2018 36
Medan listrik karena dua kawat sejajar
Dua buah kawat pajang tak berhingga diberi muatan
masing-masing dengan rapat muatan λ dan -2 λ. Jarak
kedua kawat a. Tentukan medan listrik pada titik P yang
berjarak b dari kawat -2Q.
λλ EEEtotal
+= −2
λ -2λ
ba P
E-2λ
Eλ
)(2
2
)(2
2
00
2
bab
EEEtotal
+
−=
−= −
πε
λ
πε
λ
λλ
37. April 12, 2018 37
Medan listrik akibat silinder
Misalkan silinder konduktor berjari-jari R ,
panjangnya L, dan bermuatan Q.
Permukaan Gauss berbentuk silinder dengan jari-
jari r dan panjang L seperti kawat panjang tak
berhingga
Untuk muatan positip, medan listrik berarah radial
meninggalkan sumbu pusat silinder
Untuk muatan negatip, medan listrik berarah
radial menuju sumbu pusat silinder
38. April 12, 2018 38
Permukaan Gauss pada silinder
Muatan positip
E
dA ∫
∫
∫
=
=
=•
0
0
0
0cos
ε
ε
ε
q
dAE
q
EdA
q
AdE
39. April 12, 2018 39
Permukaan Gauss pada silinder
Muatan negatip
E
dA ∫
∫
∫
=
−
=
=•
0
0
0
180cos
ε
ε
ε
q
dAE
q
EdA
q
AdE
40. April 12, 2018 40
Medan listrik pada silinder konduktor pejal
Di dalam konduktor
Muatan yang dilingkupi permukaan Gauss =0 karena
pada konduktor muatan hanya tersebar di permukaan
konduktor saja. Dengan demikian, medan listrik di
dalam konduktor E=0
41. April 12, 2018 41
Medan listrik akibat silinder konduktor pejal
Di luar konduktor
Muatan yang dilingkupi permukaan Gauss
Qq =
42. April 12, 2018 42
Medan akibat silinder konduktor
Medan listrik di luar silinder konduktor
Lr
Q
E
Q
rLE
Q
dAE
q
AdE
0
0
0
0
2
2
πε
ε
π
ε
ε
=
=
=
=•
∫
∫
43. April 12, 2018 43
Medan listrik pada silinder isolator pejal
Di dalam isolator
Muatan yang dilingkupi permukaan Gauss
Q
R
r
Q
LR
Lr
q 2
2
2
2
==
π
π
44. April 12, 2018 44
Silinder isolator pejal
Medan listrik di dalam isolator (r<R)
Q
LR
r
E
Q
R
r
rLE
Q
R
r
dAE
q
AdE
2
0
2
0
2
2
0
2
0
2
2
πε
ε
π
ε
ε
=
=
=
=•
∫
∫
45. April 12, 2018 45
Silinder isolator pejal (2)
Medan di luar silinder (r>R)
Lr
Q
E
Q
rLE
Q
dAE
q
AdE
0
0
0
0
2
2
πε
ε
π
ε
ε
=
=
=
=•
∫
∫
46. April 12, 2018 46
Silinder Isolator Berongga
Jari-jari dalam silinder a, jari-jari luar b, muatan Q,
dan panjang silinder L
Untuk r<a, E=0, karena q=0
47. April 12, 2018 47
Silinder isolator berongga (2)
Untuk r>b, semua muatan terlingkupi oleh permukaan
Gauss ( q=Q), sehingga medan di luar silinder adalah:
Untuk a<r<b, dibuat permukaan Gauss berbentuk
silinder dengan jari-jari a<r<b dan panjang L
Muatan yang dilingkupi
Q
ab
ar
LaLr
LaLb
Q
Vq Gausssilinder
)(
)(
22
22
22
22
−
−
=−
−
== ππ
ππ
ρ
Lr
Q
E
02πε
=
48. April 12, 2018 48
Bola isolator berongga
Lrab
Qar
E
ab
Qar
rLE
ab
Qar
dAE
q
AdE
)(2
)(
)(
)(
2
)(
)(
22
0
22
22
0
22
22
0
22
0
−
−
=
−
−
=
−
−
=
=•
∫
∫
πε
ε
π
ε
ε
Medan listrik untuk a<r<b
49. April 12, 2018 49
Dua silinder dengan muatan berbeda
Silinder pejal isolator berjari-jari a, panjang c, dan
bermuatan 3Q berada dalam suatu silinder berongga
yang jari-jari dalamnya b, jari-jari luarnya d, panjangnya c,
dan bermuatan –Q.
Di dalam isolator (r<a)
Q
a
r
Q
ca
cr
q 33 2
2
2
2
==
π
π
0
22
0
2
0
22
2
33
2
3)/(
επε
π
ε ca
Qr
E
a
Qr
rcE
Qar
SdE =→=→=•∫
50. April 12, 2018 50
000 2
22
2
2
επε
π
ε rc
Q
E
Q
rcE
Q
SdE =→=→=•∫
Di antara isolator dan konduktor (a<r<b)
Di dalam konduktor (b<r<d): E=0
Di luar kondukto (r>d)
000 2
33
2
3
επε
π
ε rc
Q
E
Q
rcE
Q
SdE =→=→=•∫
51. April 12, 2018 51
Medan listrik Akibat Plat Tipis Positip
Misal: Luas Plat A dan rapat muatan per satuan luas σ
E
E
SS
A
Q
q σ==
A
S
52. April 12, 2018 52
Perhitungan medan listrik akibat plat tipis (1)
0
0
0
2
2
ε
σ
ε
σ
ε
=
=
=•∫
E
S
SE
q
AdE
ES
ESES
SdESdESdESdE tutupungsetutup
2
0
lub
=
++=
•+•+•=• ∫∫∫∫
53. April 12, 2018 53
Medan listrik Akibat Plat Tipis Negatip
Misal: Luas Plat A dan rapat muatan per satuan luas -σ
E
E
SS
A
Q
q σ−=
−
=
A
S
54. April 12, 2018 54
Perhitungan medan listrik akibat plat tipis(2)
0
0
0
2
)2(
ε
σ
ε
σ
ε
=
−
=−
=•∫
E
S
SE
q
AdE
ES
ESES
SdESdESdESdE tutupungsetutup
2
0
lub
−=
−+−=
•+•+•=• ∫∫∫∫
55. April 12, 2018 55
Medan listrik akibat dua plat tipis
Dua plat tipis luas tak berhingga masing-masing
mempunyai rapat muatan σ dan - σ. Medan listrik di
sekitar plat tersebut dapat dianalisis seperti gambar di
bawah ini
02ε
σ
σσ == −EE
σ -σ
E1 E2 E3
0)()ˆ(
)()ˆ(
0)()ˆ(
3
0
2
1
=−+=
=+=
=+−=
−
−
−
iEiEE
iEiEE
iEiEE
σσ
σσ
σσ
ε
σ
56. April 12, 2018 56
Medan akibat 3 plat tipis
Tiga buah plat tipis masing-masing bermuatan σ, -σ, dan
2σ. Medan di sekitar plat bisa dicari dengan cara berikut
σ - σ 2 σ
x=2 x=4 x=7
σσσ 2EEEEtotal
++= −
58. April 12, 2018 58
Muatan induksi
Muatan muncul akibat pengaruh medan listrik eksternal
Di dalam logam tipis: E+E´=0
0
'
2 00
=−
ε
σ
ε
σ
ii
σ
logam netral
- +
-
-
-
+
+
+
E E E’
2
'
σ
σ =
-σ´ σ´
-
+
59. April 12, 2018 59
Logam Ditanahkan
Muatan muncul akibat pengaruh medan listrik eksternal
σ
logam netral
-
-
-
-
E E
E’
-σ´
-
+
+
+
+
σ´
+
Medan di dalam logam tetap nol, tapi komposisi muatan
jadi berubah. Diperoleh σ’=σ
60. April 12, 2018 60
Di dalam logam (daerah 3) medan listrik total nol
Karena ditanahkan, daerah 4 medan listriknya juga nol
σσ −='
0´
3 =+= EEE