Listrik Statis

LISTRIK STATIS

Halo sobat fisika! Senang sekali bisa berjumpa kembali dengan kalian semua. Selama setahun kemarin saya sudah menemani kalian berdiskusi mengenai pelajaran fisika dan matematika minat kelas XI. Dan sekarang kita akan memulai pelajaran yang baru di kelas 12, pastinya setiap materi yang diberikan di blog ini tidak kalah seru seperti yang sebelumnya. Saya akan menampilkan materi-materi yang lebih komplit, detail dan diharapkan bisa jadi ilmu yang bermanfaat bagi kita semua. Saya Verren Angelina Saputra siap memandu pelajaran kalian semua di blog ini, ayo kita siapkan diri dan memulai pelajaran utama kita mengenai Fisika.

Di bab pertama kelas 12 ini, kita akan mengawali dengan materi Listrik statis. Mendengar kata listrik statis mungkin sudah menjadi hal yang umum di telinga kita, bahkan penggunaan listrik statis ini sangat berperan penting di hidup kita bahkan di hidup sobat fisika sekalian. Sebelumnya, di jenjang SMP pastinya kita sudah pernah membahas mengenai listrik statis dasar. Namun, di kelas 12 ini kita akan mengulang kembali materi tersebut. Ayo Simak Lingkup Pembahasan Di Bawah ini.

Peta Konsep Materi Pelajaran

Seperti itulah materi-materi yang akan disampaikan pada blog kali ini, Apakah kalian sudah siap mempelajarinya? Jika sudah, ayo scroll materi di bawah ini!

Tahukah kalian bahwa listrik statis adalah listrik yang tidak mengalir dan berupa muatan listrik pada suatu benda. Muatan listrik (Q) muncul akibat adanya perbedaan jumlah elektron dan proton pada atom benda dan didefinisikan sebagai muatan dasar suatu benda yang membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan memiliki muatan listrik. Muatan listrik biasanya diberi simbol Q, dan satuannya adalah Coulumb (C). Adapun penerapan listrik statis seperti pada gambar di bawah ini.

Jika jumlah proton lebih banyak dibanding jumlah elektronnya (Sp > Se), maka atom bermuatan positif. Sebaliknya, jika jumlah elektron lebih banyak dibanding jumlah protonnya (Se > Sp), maka atom bemuatan negatif. Jika muatan listrik didekatkan dengan muatan listrik sejenis (positif-positif, dan negatif-negatif), interaksi yang terjadi yakni saling tolak-menolak. Sedangkan ketika suatu muatan listrik didekatkan dengan muatan listrik tak sejenis (positif-negatif), maka akan terjadi tarik-menarik.

Interaksi Muatan Pada Listrik

I. GAYA COULOMB

Sebuah muatan (𝑞1) akan menimbulkan interaksi tarik-menarik atau tolak menolak pada muatan lainnya (𝑞2) yang berada cukup dekat dengan muatan 𝑞1. Interaksi tarik-menarik dan tolak menolak tersebut disebut gaya listrik (𝐹) / Gaya Coulomb.

Tahun 1785 keluarlah hukum Coulomb; daya tarik dan daya tolak kelistrikan antara dua benda yang bermuatan listrik adalah perkalian muatannya dengan kuadrat terbalik dari jaraknya. Rumus ini sangat mirip dengan hukum gravitasi Newton.

Hukum Coulumb menyatakan bahwa terdapat gaya listrik / Coulumb pada dua atau lebih benda bermuatan listrik yang berinteraksi dimana besar gaya Coulomb sebanding dengan perkalian kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut. Berikut adalah sistematis hukum Coulomb :

Rumus Gaya Coulomb

Penemuan Hukum Coulomb pertama kali ditemukan oleh Charles Augustin de Coulomb yaitu seorang fisikawan Perancis. Ia berhasil menemukan hubungan antara besar gaya listrik dari dua muatan listrik, besar muatan listrik, dan jarak antara dua muatan listrik dengan menggunakan neraca puntir. Apabila bola kecil diberi muatan listrik sejenis, maka kedua bola tolak-menolak. Besarnya gaya tolak-menolak sebanding dengan besar sudut puntiran kawat kecil yang dapat dibaca pada skala.

Penemu Gaya Coulomb

II. RESULTAN GAYA COULOMB

Perlu diingat bahwa Gaya coulomb merupakan besaran vektor sehingga harus memperhatikan nilai dan juga arah vektor semua partikel bermuatan.

a. Muatan Segaris = Jika semua partikel bermuatan berada pada satu garis lurus.

b. Muatan Membentuk Sudut Siku-Siku = Jika semua partikel bermuatan membentuk sudut siku-siku terhadp salah satu partikel bermbuatan.

c. Muatan Membentuk Sudut Bukan Siku-Siku = Jika semua partikel bermuatan membentuk sudut bukan siku-siku.

Adapun rumusan dari resultan gaya coulomb adalah sebagai berikut :

Rumus Resultan Gaya Coulomb

III. CONTOH SOAL GAYA COULOMB

Setelah kita mempelajari mengenai gaya coulomb dan resultan dari gaya tersebut, ayo kita coba pahami dan simak contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal Gaya Coulomb

1. Ketika ada 2 muatan yang sejenis dan mempunyai muatan dengan 3×10-6 C dan 6 x 10-6 C dengan jarak 3 cm, seberapa besarkah gaya listrik yang dihasilkan pada setiap muatan ?

Jawaban :

Jadi, Gaya listrik yang dihasilkan pada muatan adalah 1,8 x 10² N

Nah, bagaimana sobat? Semoga pembahasan di atas membantu pemahaman kalian dan jangan lupa nonton video di bawah ini untuk memperlancar sistem belajar kalian dalam ilmu fisika listrik statis.

Video Pembahasan Gaya Coulomb

IV. MEDAN LISTRIK

Kuat medan listrik menyatakan besarnya gaya listrik yang bekerja pada muatan 1 coulomb. Kuat medan listrik (E) menunjukkan tingkat kekuatan gaya listrik di sekitar bendabermuatan, Ketidakseimbangan proton (muatan positif) dengan elektron (muatan negatif) di suatu area akan menyebabkan electron lebih gampang berpindah ke area yang kekurangan proton (setiap elektron yang berpindah akan menjadi proton). Adapun medan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut :

Rumus Medan Listrik

Pertama kali istilah medan listrik ditemukan oleh seorang ilmuwan inggirs terkenal Bernama Michael Faraday, Efek magnetisme menuntunnya menemukan ide-ide yang menjadi dasar teori medan magnet. Puncak penemuan medan listrik oleh Faraday ketika ia membuat melakukan percobaan dengan melilitkan dua kumparan kawat yang terpisah dan ia kemudian menemukan apa yang dikenal dengan nama induksi timbal balik, magnet dilewati potongan kawat, maka aliran listrik masuk ke kawat, yang kemudian magnetnya berjalan. Dari sini ia kemudian membuat sebuah kesimpulan bahwa ‘Perubahan pada medan magnet dapat menghasilkan medan listrik‘.

Penemu Medan Listrik

V. RESULTAN MEDAN LISTRIK

Apabila terdapat lebih dari satu muatan sumber, maka besarnya medan listrik yang bekerja pada partikel itu sama dengan jumlah vektornya. Maka, dalam menghitung resultan medan listrik yang dihasilkan partikel bermuatan listrik harus memperhatikan arah vektor medan listriknya.

a. Partikel Dalam Satu Garis Lurus = Jika semua partikel bermuatan berada pada satu garis lurus.

b. Partikel Membentuk Sudut Tertentu = Jika semua partikel bermuatan membentuk sudut tertentu.

Rumus Resultan Medan Listrik

Energi potensial listrik (Ep) adalah energi yang dimiliki suatu benda bermuatan bila didekatkan suatu muatan uji atau bisa didefinisikan sebagai Energi potensial listrik, atau energi potensial elektrostatik, adalah energi potensial (diukur dalam joule) yang dihasilkan dari gaya-gaya Coulomb konservatif dan diasosiasikan dengan konfigurasi sejumlah muatan-muatan titik dalam sebuah sistem yang diartikan. Adapun rumusan energi potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut :

Rumus Gaya Potensial Listrik

Usaha listrik (W) adalah usaha yang digunakan untuk memindahkan muatan uji yang berada dalam suatu medan listrik. Adapun rumusan dari usaha listrik adalah sebagai berikut :

Rumus Usaha Listrik

VI. POTENSIAL LISTRIK

Potensial / beda potensial listrik (V) adalah usaha listrik tiap satuan muatan yang terjadi ketika muatan uji dipindahkan ke suatu titik. Adapun rumusan dari potensial listrik adalah sebagai berikut :

Rumus Potensial Listrik

Resultan potensial listrik jika terdapat lebih dari satu muatan sumber :

Rumus Resultan Potensial Listrik

Kuat medan listrik dan potensial listrik pada beberapa keadaan:

a. Pada bola konduktor berongga

Pada bola berongga, muatan tersebar merata di permukaannya saja.

b.Antara dua keping sejajar

Dua keping sejajar merupakan dua buah logam yang memiliki muatan berbeda. Pada dua keping sejajar, muatan tersebar merata di seluruh bagian dalamnya, membentuk rapat muatan.

Rumus Persamaan Kuat Medan Dengan Potensial Listrik

VII. CONTOH SOAL MEDAN LISTRIK

Setelah kita mempelajari mengenai gaya coulomb dan resultan dari gaya tersebut, ayo kita coba pahami dan simak contoh soal di bawah ini.

1.Medan listrik antara dua plat adalah 2400 N/C dan jarak antara kedua plat 0,50 cm, hitunglah beda potensial antara kedua plat.

Jawaban :

Jadi, beda potensial di antara kedua pelat adalah 12 Volt

Nah, bagaimana sobat? Semoga pembahasan di atas membantu pemahaman kalian dan jangan lupa nonton video di bawah ini untuk memperlancar sistem belajar kalian dalam ilmu fisika listrik statis.

Video Pembahasan Medan Listrik

VIII. HUKUM GAUSS

Medan listrik divisualisasikan dengan menggunakan garis khayal medan listrik. Garis-garis medan listrik adalah garis bersambungan yang selalu mengarah menuju massa sumber medan listrik. Semakin banyak garis-garis medan listrik, maka semakin kuat medan listriknya.

Rumus Garis Gaya Listrik

Hukum Gauss yang menjelaskan tentang jumlah garis-garis gaya listrik (fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup, sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup dibagi dengan pemitivitas udara ɛ0. Hukum ini dirumuskan oleh Carl Friedrich Gauss yaitu seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman tahun 1835, tetapi tidak dipublikasikan sampai 1867

Rumus Hukum Gauss

Penemu Hukum Gauss

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung kuat medan listrik dari suatu sistem muatan konduktor bersimetri tinggi, seperti konduktor dua keping sejajar dan konduktor bola berongga.

a. Konduktor 2 Keping Sejajar

b. Konduktor Bola Berongga

Rumus Konduktor Hukum Gauss

IX. KEKEKALAN ENERGI PADA LISTRIK STATIS

Energi potensial listrik (Ep) adalah energi yang dimiliki suatu benda bermuatan bila didekatkan suatu muatan uji. Sedangkan Energi kinetik listrik adalah energi yang dimiliki suatu benda bermuatan karena ada pergerakan dan massa. Kekekalan energi mekanik.

Rumus Kekekalan Kinetik dan Mekanik Pada Listrik

X. KAPASITOR

Kalian setiap hari tidak pernah lepas dengan segala macam alat-alat elektronika. Mulai dari berbagai macam gadget, TV, AC, dan lainnya. Tapi pernahkah kalian bertanya bagaimana alat-alat tersebut dapat menyimpan energi sehingga bisa digunakan? Tahukah kalian bahwa di dalam alat-alat tersebut terdapat kapasitor?

Sebuah kapasitor terdiri atas dua keping konduktor bermuatan sama besar dan tak sejenis, yang ruang di antaranya diisi oleh dielektrik (penyekat), seperti kertas atau udara. Satuan Internasional dari kapasitansi (sebutan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik) adalah Farad (F). Kapasitor adalah tempat penyimpanan energi yang dapat menyimpan energi kurang dari 10 J. Kapasitor digunakan karena dapat dimuati dan melepas muatannya dengan sangat cepat. Beberapa aplikasi kapasitor, diantaranya adalah Blitz pada kamera. Muatan kapasitor dapat dihitung :

Rumus Muatan Kapasitor

Kapasitor pertama kali diperkenalkan oleh Ewald Georg von Kleist, seorang ahli hukum dan fisikawan Jerman. Pada 11 Oktober 1745 ia secara independen menemukan jar Kleistian yang bisa menyimpan listrik dalam jumlah besar.

Penemu Kapasitor

Kapasitor biasanya diisi oleh bahan dielektrik atau isolator, seperti kertas, kaca, atau plastik, yang mempengaruhi kapasitansi. Kapasitansi adalah kapasitas muatan yang didapat disimpan kapasitor, dapat dihitung :

Rumus Kapasitansi

Pengaruh dielektrik terhadap muatan listrik dan potensial listrik pada kapasitor :

Rumus Pengaruh Dielektrik

Energi kapasitor yang tersimpan di dalamnya yang berupa energi potensial dapat dihitung :

Rumus Energi Kapasitor

Rangkaian kapasitor dapat disusun menjadi dua susunan, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Rangkaian seri adalah rangkaian kapasitor yang disusun sejajar. Sedangkan Rangkaian paralel adalah rangkaian kapasitor yang disusun bertingkat. Berikut adalah penjabaran mengenai rangkaian seri dan rangkaian paralel, pastinya kalian sudah tidak asing lagi dengan gambaran dan penggunaan rumus di kedua rangkaian tersebut.

Rangkuman Rangkaian Seri dan Paralel

Dalam kehidupan sehari-hari, seringkali kita menggunakan kapasitor bahkan pemanfaatan hal ini sudah tidak terlepas di sekitar kita. Aplikasi kapasitor antara lain :

a.Blitz pada kamera menggunakan kapasitor.

b.Alat untuk memilih frekuensi radio.

c.Memisahkan arus bolak-balik (AC) dengan arus searah (DC) dengan menghambat arus AC dan menahan arus DC.

f.Filter pada rangkaian catu daya.

g.Menghilangkan loncatan api dalam rangkaian saklar.

h.Menghilangkan bunga api pada sistem pangapian mobil.

i.Menghemat daya listrik dalam rangkaian tube lamp.

j.Catu daya cadangan ketika sumber energi yang menyuplai alat listrik terputus.

Penerapan Kapasitor Dalam Kehidupan Sehari-hari

XI. PENERAPAN LISTRIK STATIS

Listrik statis sangat bermanfaat di dalam kehidupan kita. Berikut ini adalah contoh penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari.

a.Debu yang menempel Pada Layar Listrik

Dalam kasus ini, menempelnya debu pada layar TV anda terjadi karena debu tersebut ditarik secara listrik. Sebuah layar TV secara konstan ditembaki oleh elektron-elektron yang dihasilkan oleh bedil elektron, sehingga layar TV akan bermuatan negatif. Muatan negatif inilah yang akan mengindukksi partikel debu dalam udara yang ada di depan kaca TV, sehingga akhirnya debu mendapat gaya tarikan, dan dapat menempel pada layar TV anda.

Contoh Listrik Statis (1)

b.Terjadinya petir

Petir merupakan salah satu contoh dari fenomena listrik statis, karena terjadi sebab adanya pepindahan elektron. Petir hanya muncul dengan waktu yang singkat, ketika elektron bebas berhasil pindah tempat, maka petir akan hilang. Ketika langit kelebihan elektron, petir pun muncul mengarah ke daerah yang memiliki elektron yang lebih sedikit. Karena elektron di langit yang sudah terlalu menumpuk, petir pun akan secara cepat menyambar benda-benda tinggi yang ada di bumi.

Contoh Listrik Statis (2)

c.Printer Laser

Printer laser biasanya digunakan di sekolah atau di kantor – kantor. Printer laser bekerja menggunakan muatan listrik statis. Pada saat drum yang bermuatan positif berputar, laser bersinar melintasi permukaan yang tidak bermuatan. Laser selanjutnya menggambar pada kertas yang bermuatan negatif. Gambar 17. TV yang berdebu. Setelah melewati drum yang berputar kertas akan melewati fuser. Pada bagian fuser ini kertas akan mengalami pemanasan, yang menyebabkan kertas terasa panas pada saat keluar dari printer. Printer laser banyak dipilih untuk mencetak karena lebih cepat, lebih akurat, dan lebih ekonomis.

Contoh Listrik Statis (3)

d.Generator Van De Graaf

Generator Van de Graaff adalah mesin pembangkit listrik statis yang biasa dipakai untuk penelitian di laboratorium, untuk mengenalkan listrik statis, maupun untuk hiburan. Generator ini mempunyai prinsip kerja berdasarkan teori listrik statis. Generator Van de Graaff diciptakan oleh Robert J. Van de Graaff pada tahun 1929. Robert J. Van de Graaff adalah seorang ilmuwan asal Amerika Serikat yang lahir pada tahun 1901 di Alabama.

Contoh Listrik Statis (4)

e.Alat Penangkal Petir

Gedung dan bangunan tinggi lainnya dilengkapi dengan alat penangkal petir. Alat ini dipasang pada atap atau puncak bangunan tersebut. Kemudian dihubungkan dengan kawat tembaga menuju tanah pada dasar bangunan. Alat penangkal petir berfungsi untuk mencegah bangunan dari sambaran petir. Muatan listrik petir berusaha mencari jalur yang terpendek untuk mengalir dari awan ke tanah atau sebaliknya. Jalur terpendek yang mungkin dicapai oleh muatan listrik adalah bangunan yang tinggi, seperti rumah atau gedung, pohon atau manusia yang berada di tengah lapangan.

Contoh Listrik Statis (5)

XIII. RANGKUMAN MATERI DAN RUMUS LISTRIK STATIS

Wah, tidak terasa kita telah mempelajari Sebagian besar materi mengenai listrik statis. Begitu banyak sekali rumus dan konsep yang telah kita pelajari di dalam materi ini, untuk mempermudah kalian semua berikut akan aku tampilkan sebuah rangkuman rumus mengenai listrik statis. Diharapkan rangkuman ini dapat menambah wawasan kalian dalam mempelajari ilmu fisika dan bermanfaat bagi kita semua. Silahkan baca rangkuman di bawah ini.

Rangkuman Listrik Statis

XIV. LATIHAN SOAL DAN PEMBAHASAN

Wah, tidak terasa sudah banyak materi yang kita bahas di atas. Namun rasanya ada yang kurang bila kita tidak mencoba mengerjakan beberapa Latihan soal untuk menguji kemampuan kita. Latihan yang kita kerjakan sangatlah mudah dan disertai video pembelajaran yang membantu pemahaman kalian, ayo kita mulai.

1. Dua buah bola berongga masing-masing memiliki jari-jari r dan 2r, serta bermuatan q dan 2q. Pebandingan antara kuat medan listrik permukaan bola 2 dan bola 1 adalah...

A. 1 : 4

B. 2 : 1

C. 3 : 4

D. 3 : 2

E. 4 : 3

Jawaban :

Jadi, Pebandingan antara kuat medan listrik permukaan bola 2 dan bola 1 adalah 2:1 (B).

2. Besar muatan pada A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. (k = 9 x 10⁹ Nm²C⁻², 1 mikro Coulomb = 10⁻⁶ C). Berapakah Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan?

Jawaban :

Jadi, Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah 36 Newton.

Nah, bagaimana sobat? Semoga pembahasan di atas membantu pemahaman kalian dan jangan lupa nonton video di bawah ini untuk memperlancar sistem belajar kalian dalam ilmu fisika listrik statis.

Video Pembahasan Soal Listrik Statis

Wah rasanya sangat menyenangkan sekali bisa mempelajari materi fisika tentang listrik statis dengan beberapa pembahasan soal yang diambil dari literasi terpercaya, tentunya pembahasan soal ini akan mempermuda kita dalam memahami materi-materi yang berkaitan dengan kehidupan sehari-hari. Pembahasan soal tersebut dapat membantu kita kedepannya untuk lebih mengetahui fungsi dari gelombang dalam kehidupan sehari-hari yang sangat beragam dan dapat membantu berbagai bidang kehidupan manusia. Semoga postingan blog ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan jangan lupa untuk membuka postingan blog sebelumnya supaya dapat membantu kalian dalam mempelajari materi-materi fisika di kelas 12. Saya Verren dan anggota lain akan pamit undur diri dari postingan ini dan mengucapkan terima kasih, sampai jumpa di postingan blog berikutnya sobat.