listrik statik

1. 106/11/15
Tujuan InstruksionalTujuan Instruksional
Dapat menentukan gaya, medan, energi dan potensialDapat menentukan gaya, medan, energi dan potensial
listrik yang berasal dari muatan-muatan statik sertalistrik yang berasal dari muatan-muatan statik serta
menentukan kapasitansi dari suatu kapasitormenentukan kapasitansi dari suatu kapasitor
Pembatasan:Pembatasan:

gaya-gaya atau medan-medan yang dibahas merupakan gaya-gaya-gaya atau medan-medan yang dibahas merupakan gaya-
gaya atau medan-medan yang segarisgaya atau medan-medan yang segaris

Kapasitor yang dibahas adalah kapasitor keping sejajarKapasitor yang dibahas adalah kapasitor keping sejajar
LISTRIK STATIK

2. 206/11/15
Sifat-sifat Muatan Listrik – ObservasiSifat-sifat Muatan Listrik – Observasi
MakroskopikMakroskopik
Berdasarkan pengamatan :Berdasarkan pengamatan :

Penggaris plastik yang digosokkan ke rambut/kain akan menarikPenggaris plastik yang digosokkan ke rambut/kain akan menarik
potongan-potongan kertas kecilpotongan-potongan kertas kecil

Batang kaca yang digosok sutera akan tarik-menarik denganBatang kaca yang digosok sutera akan tarik-menarik dengan
pengaris plastik yang digosok dengan rambutpengaris plastik yang digosok dengan rambut

Batang kaca yang digosok sutera akan tolak menolak denganBatang kaca yang digosok sutera akan tolak menolak dengan
batang kaca lain yang juga digosok sutera.batang kaca lain yang juga digosok sutera.
Berdasarkan pengamatan tersebut tampak ada duaBerdasarkan pengamatan tersebut tampak ada dua
jenis muatan yang kemudian oleh Benjamin Franklinjenis muatan yang kemudian oleh Benjamin Franklin
(1706-1790) dinamakan sebagai muatan(1706-1790) dinamakan sebagai muatan positippositip dandan
negatipnegatip..
Disimpulkan : muatan sejenis tolak menolak, muatanDisimpulkan : muatan sejenis tolak menolak, muatan
tak sejenis tarik menariktak sejenis tarik menarik

3. 306/11/15
Klasifikasi Material – Insulator, KonduktorKlasifikasi Material – Insulator, Konduktor
dan Semikonduktordan Semikonduktor
Secara umum, material dapat diklasifikasikan berdasarkanSecara umum, material dapat diklasifikasikan berdasarkan
kemampuannya untuk membawa atau menghantarkan muatankemampuannya untuk membawa atau menghantarkan muatan
listriklistrik
KonduktorKonduktor adalah material yang mudah menghantarkan muatanadalah material yang mudah menghantarkan muatan
listrik.listrik.

Tembaga, emas dan perak adalah contoh konduktor yang baik.Tembaga, emas dan perak adalah contoh konduktor yang baik.
InsulatorInsulator adalah material yang sukar menghantarkan muatan listrik.adalah material yang sukar menghantarkan muatan listrik.

Kaca, karet adalah contoh insulator yang baik.Kaca, karet adalah contoh insulator yang baik.
SemikonductorSemikonductor adalah material yang memiliki sifat antara konduktoradalah material yang memiliki sifat antara konduktor
dan insulator.dan insulator.

Silikon dan germanium adalah material yang banyak digunakan dalamSilikon dan germanium adalah material yang banyak digunakan dalam
pabrikasi perangkat elektronik.pabrikasi perangkat elektronik.

4. 406/11/15
Formulasi Matematik Hukum CoulombFormulasi Matematik Hukum Coulomb
kkee dikenal sebagai konstanta Coulomb.dikenal sebagai konstanta Coulomb.
Secara eksperimen nilaiSecara eksperimen nilai kkee == 99××101099
NmNm22
/C/C22
..
1 2
2e
q q
F k
r
=
+
+
r
q1
q2
F21
F12
+
-
r
q1
q2
F21
F12
Ketika menghitung dengan hukum Coulomb, biasanya tanda muatan-muatan
diabaikan dan arah gaya ditentukan berdasarkan gambar apakah gayanya
tarik menarik atau tolak menolak.
Contoh: Dua buah muatan, Q1 = 1 × 10-6
C dan Q2 = −2 × 10-6 C terpisahkan
pada jarak 3 cm. Hitung gaya tarik menarik antara mereka!

5. 506/11/15
Prinsip SuperposisiPrinsip Superposisi
Berdasarkan pengamatan, jika dalam sebuah sistem terdapatBerdasarkan pengamatan, jika dalam sebuah sistem terdapat
banyak muatan, maka gaya yang bekerja pada sebuah muatanbanyak muatan, maka gaya yang bekerja pada sebuah muatan
sama dengan jumlahsama dengan jumlah vektorvektor gaya yang dikerjakan oleh tiap muatangaya yang dikerjakan oleh tiap muatan
lainnya pada muatan tersebut.lainnya pada muatan tersebut.
Gaya listrik memenuhiGaya listrik memenuhi prinsip superposisiprinsip superposisi..
Contoh: tiga muatan titik terletak pada sumbuContoh: tiga muatan titik terletak pada sumbu xx ;; qq11= 8= 8µµC terletak padaC terletak pada
titik asal,titik asal, qq22== −−44µµC terletak pada jarak 20 cm di sebelah kanan titikC terletak pada jarak 20 cm di sebelah kanan titik
asal, danasal, dan qq00= 18= 18µµC pada jarak 60 cm di sebelah kanan titik asal.C pada jarak 60 cm di sebelah kanan titik asal.
Tentukan besar gaya yang bekerja pada muatanTentukan besar gaya yang bekerja pada muatan qq00
...321 +++= FFFFnet

6. 606/11/15
Medan ListrikMedan Listrik
o
F
E
q
=
+
r
q
qo
E
-
r
q
qoE
• Untuk muatan q positip, medan listrik pada
suatu titik berarah radial keluar dari q.
• Untuk muatan negatip, medan listrik pada
suatu titik berarah menuju q.
2e
q
E k
r
=
Contoh: Hitung kuat medan listrik yang dihasilkan proton (e=1,6×10-19
C) pada titik
yang jaraknya dari proton tersebut (a) 10-10
m dan (b) 10-14
m. (c)
Bandingkan kuat medan di kedua titik tersebut! (Keterangan : dimensi atom
adalah dalam orde 10-10
m dan dimensi inti adalah dalam orde 10-14
m).

7. 706/11/15
Jika dalam sebuah sistem terdapat banyak muatan,Jika dalam sebuah sistem terdapat banyak muatan,
maka medan listrik di sebuah titik sama dengan jumlahmaka medan listrik di sebuah titik sama dengan jumlah
vektorvektor medan listrik dari masing-masing muatan padamedan listrik dari masing-masing muatan pada
titik tersebut.titik tersebut.
...321 +++= EEEEnet
Contoh: Sebuah muatan q1= 12 nC diletakkan di titik asal
dan muatan kedua q2= -8 nC diletakkan di x = 4
m. (a). Tentukan kuat medan di x = 2m. (b)
Tentukan titik di sumbu x yang kuat medannya
adalah nol.

8. 806/11/15
+
q
a)
-
q
b)
Garis-garis Medan Listrik
+ -
Memvisualisasikan pola-pola medan listrik adalah denganMemvisualisasikan pola-pola medan listrik adalah dengan
menggambarkan garis-garis dalam arah medan listrik.menggambarkan garis-garis dalam arah medan listrik.
Vector medan listrik di sebuah titik, tangensial terhadap garis-garisVector medan listrik di sebuah titik, tangensial terhadap garis-garis
medan listrik.medan listrik.
Jumlah garis-garis per satuan luas permukaan yang tegak lurusJumlah garis-garis per satuan luas permukaan yang tegak lurus
garis-garis medan listrik, sebanding dengan medan listrik di daerahgaris-garis medan listrik, sebanding dengan medan listrik di daerah
tersebut.tersebut.

9. 906/11/15






++=
23
32
13
31
12
21
r
qq
r
qq
r
qq
kPE
r
qq
kPE 21.
=
ENERGI POTENSIAL ELEKTROSTATIKENERGI POTENSIAL ELEKTROSTATIK
Jika terdapat dua benda titik bermuatan q1 dan q2 yang
dipertahankan tetap terpisah pada jarak r, maka besar
energi potensial sistem tersebut adalah :
Jika ada lebih dari dua muatan, maka energi
potensial yang tersimpan dalam sistem
tersebut adalah jumlah (skalar) dari energi
potensial dari tiap pasang muatan yang ada.
Untuk tiga muatan:
Contoh: Hitung energi potensial dari sistem 3 muatan, Q1=10-6
C, Q2=2×10-6
C
dan Q3=3×10-6
C yang terletak di titik-titik sudur segitiga samasisi yang
panjang sisinya 10 cm.

10. 1006/11/15
Potensial ListrikPotensial Listrik
Beda potentialBeda potential antara titik A dan B, Vantara titik A dan B, VBB-V-VAA, didefinisikan sebagai perubahan, didefinisikan sebagai perubahan
energi potensial sebuah muatan, q, yang digerakkan dari A ke B, dibagienergi potensial sebuah muatan, q, yang digerakkan dari A ke B, dibagi
dengan muatan tersebut.dengan muatan tersebut.
Potensial listrik merupakanPotensial listrik merupakan besaran skalarbesaran skalar
Potensial listrik sering disebut “voltage” (tegangan)Potensial listrik sering disebut “voltage” (tegangan)
Satuan potensial listrik dalam sistem SI adalah :Satuan potensial listrik dalam sistem SI adalah :
Potensial listrik dari muatan titikPotensial listrik dari muatan titik QQ pada sebuah titik yang berjarak r daripada sebuah titik yang berjarak r dari
muatan tersebut adalah : (anggap titik yang potensialnya nol terletak di takmuatan tersebut adalah : (anggap titik yang potensialnya nol terletak di tak
berhingga)berhingga)
1 V =1 J/C
q
EP
VVV AB
∆
=−=∆
r
Q
kV e=

11. 1106/11/15
Jika terdapat lebih dari satu muatan titik,makaJika terdapat lebih dari satu muatan titik,maka
potensialnya di suatu titik akibat muatan-muatanpotensialnya di suatu titik akibat muatan-muatan
tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan prinsiptersebut dapat ditentukan dengan menggunakan prinsip
superposisisuperposisi
Total potensial listrik di titik P yang diakibatkan olehTotal potensial listrik di titik P yang diakibatkan oleh
beberapa muatan titik sama dengan jumlah aljabarbeberapa muatan titik sama dengan jumlah aljabar
potensial listrik dari masing-masing muatan titik.potensial listrik dari masing-masing muatan titik.
Contoh: Hitung potensial listrik di sudut puncak sebuahContoh: Hitung potensial listrik di sudut puncak sebuah
segitiga samasisi yang panjang sisinya 20 cm, jika disegitiga samasisi yang panjang sisinya 20 cm, jika di
sudut-sudut dasarnya ditempatkan muatansudut-sudut dasarnya ditempatkan muatan Q1=−10-6
C
dan Q2=2×10-6
C.

12. 1206/11/15
KapasitorKapasitor
dapat menyimpan muatan berupa dua konduktor yang dipisahkan suatudapat menyimpan muatan berupa dua konduktor yang dipisahkan suatu
isolator atau bahan dielektrik.isolator atau bahan dielektrik.
A
A
+Q
-Q
d
Q = CV
F/m1085,8 12
0
0
−
×=
=→=
ε
ε
d
V
E
d
A
C
Kapasitor plat sejajar
Contoh :
Kapasitor pelat sejajar memiliki luas pelat 2 m2
, dipisahkan oleh udara sejauh 5 mm. Beda
potensial sebesar 104
V diberikan pada kapasitor tersebut. Tentukan :
- Kapasitansinya
- Muatan pada masing-masing pelat

13. 1306/11/15
Energi yang Disimpan dalam KapasitorEnergi yang Disimpan dalam Kapasitor
Misalkan sebuah batere dihubungkan ke sebuah
kapasitor.
Batere melakukan kerja untuk menggerakkan
muatan dari satu pelat ke pelat yang lain. Kerja
yang dilakukan untuk memindahkan sejumlah
muatan sebesar ∆q melalui tegangan V adalah
∆W = V ∆q.
Dengan menggunakan kalkulus energi potensial
muatan dapat dinyatakan sebagai :
V
V
q
Q
C
Q
CVQVEP
2
2
2
1
2
1
2
1
===

14. 1406/11/15
+Q +Q−Q −Q
V0 V
Kapasitor dengan DielektrikKapasitor dengan Dielektrik
Dielektrik adalah material insulator (karet, glass, kertas, mika, dll.)
Misalkan, sebuah bahan dielektrik disisipkan diantara kedua pelat kapasitor.
Maka beda potensial antara kedua keping akan turun (κ = V0/V)
Karena jumlah muatan pada setiap keping tetap (Q=Q0) → kapasitansi naik
 Konstanta dielektrik : κ = C/C0
Konstanta dielektrik merupakan sifat materi
d
A
C 0κε=0
0
000
C
V
Q
V
Q
V
Q
C κ
κ
κ
====

15. 1506/11/15
+Q1
−Q1
C1
V=Vab
a
b
+Q2
−Q2
C2
Rangkaian KapasitorRangkaian Kapasitor
Paralel
+Q1
−Q1
C1
+Q2
−Q2
C2
V=Vab
a
c
b
Seri
Contoh
Dua buah kapasitor masing-masing dengan
muatan 3 mF dan 6 mF dihubungkan
pararel melalui batere 18 V. Tentukan
kapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan
yang tersimpan
Contoh
Dua buah kapasitor masing-masing
dengan muatan 3 µF dan 6 µF
dihubungkan seri melalui batere 18 V.
Tentukan kapasitansi ekuivalen dan
jumlah muatan yang tersimpan
V1 = V2 = V Q1 + Q2 = Q
Ceq = C1 + C2
V = V1 + V2
21
111
CCCeq
+=
Q1 = Q2 = Q

16. 1606/11/15
Contoh Soal:Contoh Soal:
Empat buah kapasitor masing-masing kapasitasnya C, dirangkai seperti padaEmpat buah kapasitor masing-masing kapasitasnya C, dirangkai seperti pada
gambar di bawah ini. Rangkaian yang memiliki kapasitas 0,6 C adalah,gambar di bawah ini. Rangkaian yang memiliki kapasitas 0,6 C adalah,
A.A. B.B. C.C.
D.D. E.E.
JAWAB : D