Listrik Statis

1. LISTRIK STATIS

2. ∞ GAYA ELEKTROSTATIS (GAYA COULOMB)
Muatan sejenis, gayanya tolah menolak
Muatan tidak sejenis, gayanya tarik - menarik
𝒑𝒆𝒓𝒔𝒂𝒎𝒂𝒂𝒏 𝒉𝒖𝒌𝒖𝒎 𝒄𝒐𝒖𝒍𝒐𝒎𝒃
𝑭 = 𝒌
𝒒 𝟏. 𝒒 𝟐
𝒓 𝟐
Dengan :
F = gaya Coulomb (newton)
q = muatan listrik (coulomb)
r = jarak kedua muatan (meter)
k = konstanta =
1
4𝜋𝜀0
= 9. 109
N. 𝑚2
/𝐶2
𝜀0 = 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑖𝑓𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘
𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔 ℎ𝑎𝑚𝑝𝑎/𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
= 8,85 × 102
𝐶2
/𝑁𝑚2
NOTE
K =
1
4𝜋𝜀0
=
1
4×3,14 8,85×10−12 𝐶2/𝑁𝑚2
=
1
12,56 8,85×10−12 𝐶2/𝑁𝑚2
=
1
111,16×10−12 𝐶2/𝑁𝑚2
=
1×1012 𝐶2/𝑁𝑚2
111,16
= 9.109
𝐶2
/𝑁𝑚2

3.  Contoh Soal

4. ∞ MEDAN LISTRIK DAN KUAT MEDAN LISTRIK
o Medan Listrik → daerah di mana gaya listrik masih terjadi atau daerah
yang masih di pengaruhi gaya listrik.
o Kuat Medan → gaya tiap satu – satuan muatan positif
→ berlaku penjumlahan vektor
Dengaan :
E = besar kuat medan listrik (N/C)
q = muatan sumber (C)
r = jarak muatan uji terhadap muatan sumber (m)
 Hubungan Kuat Medan dan Gaya Coulomb
 Hubungan Kuat Medan dan Potensial
NOTE
• F daan E adalah besaran
vektor
• Jika q positif maka F dan E
searah
• Jika q negatif maka F dan
E berlawanan arah

5.  Arah Kuat Medan Listrik
a. Menjauhi muatan →
b. Mendekati muatan →
Medan listrik merupakan vektor, arah
𝐸
menjauhi muatan sumber positif
dan menuju muatan negatif
 Kuat Medan Listrik dalam Bola Konduktor
a. Untuk r < R ( di dalam bola )
b. Untuk r = R ( di permukaan bola )
c. Untuk r > R ( di luar bola )
Rapat Muatan

6.  Kuat Medan Listrik pada Konduktor Dua Keping Sejajar
→ Medium Udara → Medium Bukan Udara
 Contoh Soal
1. Sebuah konduktor bola berongga diberi muatan -50mC. Bola ini memiliki
diameter 12 cm. Hitung kuat medan listrik pada jarak (a) 3cm dari pusat bola,
(b) 6 cm dari pusat bola, dan (c) 9 cm dari pusat bola.
Diketahui :
Q = -50×10-6 C,
d = 12 cm
r = 12/2 cm
m =6 cm = 6×10-2 m
Jawab :
a. EA = 0 ( di dalam bola)
b. EB = = -1,25×108 N/m
Tanda negatif menyatakan bahwa arah kuat medan listrik adalah radial ke
dalam
c. EC = = -5,6× 107 N/m

7.  Contoh Soal
2. Sebuah bola kecil bermuatan listrik 10 μC berada di antara keping sejajar P
dan Q dengan muatan yang berbeda jenis dengan rapat muatan 1,77 × 10-
8 C/m2. Jika g = 10 m/s2 dan permitivitas udara adalah 8,85 × 10-
12 C2/Nm2, hitung massa bola tersebut!
Diketahui:
q = 10 μC = 10-5 C
σ = 1,77 × 10-8 C/m2
g = 10 m/s2
ε0 = 8,85 × 10-12 C2/Nm2
Ditanya: m = ... ?
Pembahasan :
Dari gambar di atas, syarat bola dalam keadaan setimbang adalah jika :
F = w
q.E = m.g

8. ∞ HUKUM GAUSS
Fluks listrik total yang menebus suatu permukaan tertutup sama dengan
jumlah aljabar muatan – muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan
tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara 𝜀0
E = kuat medan listrik, (N/C)
A = luas permukaan tertutup (𝑚2
)
Ф = fluks listrik
𝜃 = sudut antara
𝐸
dan garis normal luasan
∑ 𝑞 = muatan total yang dilingkupi oleh permukaan tertutup
 Contoh Soal
Sebuah muatan titik sebesar 1,8 µC terletak di tengah-tengah sebuah kubus
berjari-jari 55 cm. Hitung fluks listrik yang menembus permukaan kubus tersebut.

9. ∞ POTENSIAL LISTRIK
Potensial listrik → usaha untuk memindahkan muatan listrik 1 coulomb
dari titik tak berhingga ke titim tertentu
Potensial listrik di titik P yang di timbulkan oleh tiga muatan sumber
𝑞1, 𝑞2 𝑑𝑎𝑛𝑞3 ditulis
𝑉𝑃 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 = 𝑘
𝑞1
𝑟1 + 𝑘
𝑞2
𝑟2 − 𝑘
𝑞3
𝑟2
 Pontesial Listrik dalam Bola Konduktor
bila konduktor bola berongga diberi muatan listrik maka
muatan pada konduktor bola berongga akan menyebar
di permukaan bola sedangkan didalam bola tidak ada
muatan

10. Besar potensial listrik dalam bola konduktor :
a. Untuk r < R (di dalam bola)
b. Untuk r = R (di permukaan bola
c. Untuk r > R (di luar bola
 Pontesial Listrik pada Dua Keping Sejajar
Rapat muatannya
Kuat medan listrik antara
a. Kuat medan di luar keping
b. Potensial listrik di antara kedua keping ( 0 < r < d
c. Potensial listrik di luar keping ( r > d )

11.  Usaha Untuk Memindahkan Muatan
usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan uji positif q dari
titik yang potensialnya satu ke satunya
+
P Q
𝑉1 𝑉2
q
• 𝑊 = ∆𝐸 𝑝. ∆𝑉 = 𝑞0 𝑉1 − 𝑉2
• 𝑊𝑃𝑄 = 𝑞0 𝑉𝑄 − 𝑉𝑃
𝑊𝑃𝑄 = usaha untuk memindahkan muatan 𝑞0 dari titik A ke B
𝑞0 = muatan yang dipindahkan
𝑉𝑄 = potensial listrik titik Q
𝑉𝑃 = potensial listrik titik P

12.  Contoh Soal
Penyelesaian:
q1 = 5 × 10-8 C, q2 = -4× 10-8 C, q3 = 8× 10-8 C
r1 = 10 cm =10-1 m, r2 = 20 cm = 2×10-1 m, r3 = 10 cm =10-1 m
V = = -63×102 volt =-6300 V
Hitung potensial listrik di titik B yang ditimbulkan oleh ketiga muatan sumber
yang ada di dekat titik B.

13. ∞ ENERGI POTENSIAL LISTRIK
Energi potensial listrik → usaha untuk memindahkan muatan listrik dari titik
tak berhingga hingga ke titik tertentu
Hubungan antara 𝐸 𝑃, V dan E :

14. ∞ KAPASITAS KAPASITOR
Kapasitor atau kondensor → komponen listrik yang dapat menyimpan
muatan listrik (Q), terdiri dari dua penghaantar (konduktor) yang terisolasi
satu sama lain oleh bahan penyegat.
Rumus dasar kapasitas kapasitor :
Dengan :
Q = besar muatan pada tiap – tiap keping (C)
V = beda potensial antara kedua keping (V)
C = kapasitas kapasitor ( F = Farad )

15.  Kapasitor Keping sejajar
• Muatan
• Energi
Nilai kapasitas kapasitor sendiri di pengaruhi oleh keadaan fisik dari
kapasitor sendiri, untuk keping sejajar di berikan :
A = luas tiap keping (𝑚2
)
d = jarak antara keping (m)
𝜀0 = permitivitas listrik dalam vakum / udara
𝜀 𝑟 = permitivitas relatif bahan

16.  Kapasitor Keping sejajar
𝑅2
𝑅1-Q
+Q
Beda potensial nya
Untak yang hanya terdiri 1 bola konduktor saja maka bisa dianggap 𝑅2 =∼
 Susunan Kapasitor
Kapasitor yang disusun Seri
•
1
𝐶 𝑡𝑜𝑡
=
1
𝐶1
+
1
𝐶2
+
1
𝐶3
• 𝑄𝑡𝑜𝑡 = 𝑄1 = 𝑄2 = 𝑄3
• 𝑉𝑡𝑜𝑡 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3
 Kapasitor yang di susun pararel
• 𝐶𝑡𝑜𝑡 = 𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3
• 𝑉𝑡𝑜𝑡 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3
• 𝑄𝑡𝑜𝑡 = 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3

17.  Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor
besar energi yang tersimpan dalam kapasitor
Karena Q = CV, maka diperoleh

18.  Contoh Soal
Suatu kapasitor keping sejajar berkapasitas C mempunyai permitivitas hampa
udara εo, luas penampang A dan jarak antar keping d. Jika luas penampang
kapasitor ditambah menjadi 4 kali, jarak antar keping menjadi 2d dan
permitivitas hampa udara menjadi 5εo, maka kapasitas kapasitor keping
sejajar tersebut berubah menjadi..
Pembahasan
Diketahui :
kapasitas kapasitor = C
Permitivitas hampa udara = 𝜀0
luas penampang = A
jarak antara keping = d
Jawab :
𝐶 = 𝜀0
𝐴
𝑑
Kapasitas Akhir
= 5𝜀0
4𝐴
2𝑑
= 𝜀0
20𝐴
2𝑑
= 10𝜀0
𝐴
𝑑
10 C