LISTRIK STSTIS

Listrik statis merupakan energi yang dimiliki oleh benda bermuatan listrik. Muatan listrik bisa negatif atau positif. Semua zat terbentuk dari atom-atom. Setiap atom mempunyai inti atom yang terdiri dari proton dan elektron yang mengelilinginya. Proton mempunyai muatan listrik positif, dan elektron mempunyai muatan listrik negative.

Hukum Coulomb

Charles Augustin de Coulomb(1736-1806) pada tahun 1784 mencoba mengukur gaya tarik atau gaya tolak listrik antara dua buah muatan, Ternyata dari hasil percobaannya, diperoleh hasil sebagai berikut:

Pada jarak yang tetap, besarnya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan dari masing-masing muatan.

-          Besarnya gaya tersebut berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.

-          Gaya antara dua titik muatan bekerja dalam arah sepanjang garis penghubung yang lurus.

-          Gaya tarik menarik bila kedua muatan tidak sejenis dan tolak menolak bila kedua muatan sejenis.

Secara matematis, Hukum Coulomb dapat dirumuskan:

Keterangan:
F     = gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak (Newton)
k     = konstanta = 9 × 109 N m2 C-2
q1, q2    = muatan masing-masing benda (Coulomb)

 r    = jarak antara kedua benda (meter)

 D.    Induksi Listrik                       

Induksi listrik atau influensi imbas listrik adalah peristiwa pemisahan muatan listrik (perpindahan elektron) karena didekati oleh benda bermuatan listrik.

E.    Medan Listrik 
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi gaya listrik. Besarnya kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus:

 Keterangan:

 E    = Kuat medan listrik (N/C)
       F    = Gaya Coulomb (N)
       q    = Muatan listrik (C)

F.    Potensial Listrik
Potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik  dari satu tempat ke tempat lain per jumlah muatannya. Potensial listrik dirumuskan:

  

Keterangan:

 W = Usaha, satuan Joule (J)
       q = Muatan listrik, satuan Coulomb (C)
       V = Potensial listrik, satuan volt (V)

Hukum Gauss

Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu dipergunakan hukum Gauss. Gauss menurunkan hukumnya berdasarkan pada konsep-konsep garis-garis medan listrik, Hasil kali antara kuat nedan listrik tersebut dinamakan fluks listrik Φ. Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang.

Kuat Medan Listrik untuk distribusi muatan kontinu

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung kuat medan listrik dari suatu sistem muatan yang muatannya terdistribusi seragam. Pada pembahasan ini dibatasi pada konduktor dua keping sejajar, dan konduktor bola berongga.

Untuk konduktor dua keping sejajar, misalkan, luas tiap keping A dan masing-masing keping diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis +q dan –q.

Jumlah garis medan yang menembus keping adalah:

Φ= EA cos θ =

Oleh karena medan listrik E menembus keping secara tegak lurus, maka  θ = 0, dan cos 0 =1, sehingga persamaan menjadi:

EA =

E = 

dengan σ = rapat muatan listrik, sebagai muatan per satuan luas:

Gambar 4.1.18. Konduktor dua keping sejajar

Energi Potensial Listrik

Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik

Gaya Coulomb dan medan litrik merupakan besaran vektor, sedangkan energi potensial listrik dan potensial listrik merupakan besaran skalar.

1) Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik akan timnul bila sebuah muatan uji qo didekatkan pada sebuah muatan q. Besarnya energi potensial yang timbul pada muatan qo sebanding dengan usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb FC. Perhatikan Gambar 4.18. Perubahan energi potensial dari keadaan (1) ke keadaan (2) sebagai berikut:

ΔEP = -FC cos θ (Δs)= W12

dengan :

FC = gaya Coulomb

Δs = perpindahan muatan

Tanda minus pada persamaan di atas berarti beda energi potensial sebanding dengan usaha untuk melawan gaya Coulomb Fc. Jadi, dibutuhkan gaya sebesar F untuk melawan gaya Coulomb, F=-FC. Pada Gambar 4.18 terlihat bahwa arah gaya F sama dengan arah perpindahan Ds sehingga cos 0= 1, maka ΔEP = FΔs. Untuk Δs sangat kecil, r1- r2 =0. Gaya F pada selang ΔEP dapat dianggap sebagai gaya rata-rata dari F1 dan F2 dengan:

Perubahan potensialnya :

ΔEP = W12 = FΔs

ΔEP =(r1-r2) = kqoq

dengan :

ΔEP = perubahan energi potensial listrik antara kedudukan akhir dan kedudukan akhir

W12 = usaha yang dilakukan untuk memindahan muatan qo.

qo = muatan, uji, q = muatan sumber.

r2 = jarak antara muatan uji dan muatan sumber pada kedudukan akhir yaitu titik 2.

r1 = jarak antara muatan uji dan muatan sumber pada kedudukan awal yaitu titik 1.

Soal No. 1
Dua buah muatan masing-masing q₁ = 6 μC dan q₂ = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 10⁹ dalam satuan standar!

Pembahasan
Data dari soal:
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 12μC = 12 x 10⁻⁶ C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10⁻¹ meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan