BAB III

PENUTUP - Fakultas keguruan dan ilmu pendidikan universitas muhammadiyah prof. Dr. Hamka jakarta selatan

BAB III
PENUTUP
-
Kesimpulan
Medan listrik dikatakan terdapat disebuah titik jika ada gaya listrik yang dialami oleh sebuah benda bermuatan yang ditempatkan di titik tersebut. Kita dapat menyelidiki medan listrik yang mengelilingi sebuah muatan atau sekumpulan muatan dengan mengukur gaya pada muatan tes positif yang kecil. Yang dimaksud dengan istilah muatan tes adalah muatan yang sangat kecil sehingga gaya yang diberikan tidak mengubah secara signifikan distribusi muatan yang mengakibatkan medan yang diukur. Metode perhitungan intensitas listrik seperti berikut: tempatkan sebuah muatan tes yang sangat kecil di titik tersebut, ukur gaya yang bekerja terhadapnya, lalu tentukan perbandingan antara gaya dan muatan. Intensitas listrik di sebuah titik juga dapat dihitung berdasarkan hukum Coulomb jika besar dan posisi semua muatan yang menimbulkan medan diketahui. Jadi, untuk mencari intensitas listrik di sebuah titik P dan jarak r dari sebuah muatan titik q, bayangkan sebuah muatan tes q’ ada di P. Gaya terhadap muatas tes ini, berdasarkan hokum Coulomb, ialah:
dan intensitas listrik di P karena itu ialah
Arah medan magnet menjauhi muatan q jika muatan positif dan menuju q jika muatan negatif.
Konsep garis gaya diketengahkan oleh Michael Faraday (1791 – 1867) untuk membantu dalam memvisualkan medan listrik (dan medan magnet). Yang dimaksud dengan garis gaya (dalam medan magnet) adalah sebuah garis khayal yang ditarik demikian rupa sehingga arahnya disembarang titik (jadi, arah tangennya) sama dengan arah medan di titik yang bersangkutan.
Karl Friedrich Gauss (1777-1855) seorang fisika dan matematika Jerman yang banyak sumbangannya kepada ilmu fisika teori dan fisika eksperimental. Rumusnya yang dikenal sebagai hukum Gauss merupakan ungkapan tentang suatu sifat penting medan elektrostatik. Hukum ini menghubungkan muatan listrik dan medan listrik. Istilah fluksi yang berarti pengaliran dipinjam dari ilmu hidrodinamika, dimana integral yang sama menyatakan aliran atau arus netto zat alir yang menyebar ke seluruh suatu permukaan. Karena itu hukum Gauss dapat berbunyi : perkalian dengan fluksi ke luar E ke seluruh suatu permukaan berbatas sama dengan muatan netto didalam permukaan itu. Penerapan Hukum Gauss :
-
Lokasi muatan lebih pada sebuah konduktor
-
Hukum Coulomb
-
Medan sebuah konduktor bola yang bermuatan
-
Medan muatan garis dan medan konduktor silindris bermuatan
-
Medan sebuah lempengan bidang tak berhingga yang bermuatan
-
Medan sebuah pelat konduktor tak berhingga yang bermuatan
-
Medan antara dua pelat yang berlawanan
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli. Fisika Edisi Kelima Jilid-2.Jakarta: Erlangga.2001
D.Halliday, R.Resnick. Fundamentals Of Physics,edisi ke-2. New York.1981
P.A.Tipler. Fisika Sains dan Tekhnik Jilid-2. New York. 1978
Zemansky, Sears. Fisika Untuk Universitas 2 Listik Magnet. Bandung: Bina Cipta. 1962
POTENSIAL
“Berisi Tentang Integral Garis Intensitas Listrik, Energi Potensial Listrik, Potensial, Kalkulasi Beda Potensial, Potensial Dinyatakan Sebagai Distribusi Muatan, Gradien Potensial, Eksperimen Tetes Minyak Milikan, Elektron Volt”
Disusun oleh:
Muchlas Yulianto
1001135038
Nurul Hikmah
1001135046
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA 5B
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA
JAKARTA SELATAN
2013 M/1433
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum wr.wb
Puji serta syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahamt dan nikmatnnya kepada kami yang salah satunnya adalah nikmat sahat wal ‘afiat, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Potensial” tepat waktu. shalawat serta salam tak lupa kami haturkan keharibaan baginda Nabi Muhammad SAW yang kami kagumi kearifannya dan kami coba contoh akhlaknya yang mulia.
Pertama-tama kami mengucapkan terima kasih kepada bunda yulia rahmadhar, M.pd selaku dosen kami dalam mata kuliah Listrik Magnet, perpustakaan UHAMKA yang mempermudah kami mendapatkan buku-buku referensi untuk makalah kami ini dan beberapa pihak yang tidak bisa kami sebutkan namannya satu persatu, tapi tetap tidak mengurangi rasa trimkasih kami atas bantuan dan masukannya.
Kami berharap makalah ini dapat bermanfaat dan bisa menjadi sedikit pengetahuan baik untuk kami khususnya dan teman-teman yang membaca umumnya.tapi seperti kata pepatah “tiada yang sempurna selain Allah swt” kami sangat menyadari bahwa makalah kami ini memiliki banyak kekurangan, baik dari segi isi ataupun sistematika penulisan yang kami gunakan. Karena itu kami mohon dibukakan pintu maaf apa bila ada ketidak sesuaian dalam makalah kami ini, masukan dari teman sekalian pastinya akan sangat membantu untuk kami.
Wassalamu’alaikum wr. Wb
Jakarta, 29 Oktober 2012
DAFTAR ISI
COVER ……………………………………………………………………..........................
KATA PENGANTAR …………………………………..………………………………………..
DAFTAR ISI …………………………………………...………………………………………..
BAB I PENDAHULUAN
-
LATAR BELAKANG …………………………………………………………..
-
PEMBATASAN MASALAH ………………………………………………….
-
TUJUAN …………………………….……………………………………..
BAB II KAJIAN TEORI
-
INTEGRAL GARIS INTENSITAS LISTRIK .………………………………..
-
ENERGI POTENSIAL LISTRIK ……………………….………………...
-
POTENSIAL …………………………………………………………………..
-
KALKULASI BEDA POTENSIAL ………………………………………...
-
POTENSIAL DINYATAKAN DENGAN DISTRIBUSI MUATAN ……...
-
GRADIEN POTENSIAL ………………………………...........................
-
EKSPERIMEN TETES MINYAK MILIKAN ………....................................
-
ELEKTRON VOLT, VARIANSI RELATIVISTIK MASSA TERHADAP KECEPATAN ………………………………………………………………….
-
OSILOSKOP SINAR KATODA ………………………………………..
-
BERBAGAI MUATAN ANTARA KONDUKTOR ………………………
-
GENERATOR VAN DE GRAFF ……………………………………….
BAB III PENUTUP
-
KESIMPULAN ………….……………………………………………………..
DAFTAR PUSTAKA
|
i
ii
iii
1
2
2
3
5
6
7
12
14
16
18
20
23
25
28
|
BAB I
PENDAHULUAN
-
Latar Belakang
Potensial Listrik merupakan besarnya energi potensial listrik pada setiap satu satuan muatan.Potensial listrik juga merupakan besaran skalar yang berkaitan dengan kerja dan energi potensial pada medan listrik. Besaran potensial listrik di suatu tempat hanya mempunyai makna jika dibandingkan dengan potensial di tempat lain. Yang mempunyai makna fisis adalah beda potensial (ada titik acuannya). Karena diukur dalam volt maka beda potensial terkadang disebut voltase atau tegangan. Jika diperhatikan dari persamaan beda potensial yang merupakan integral dari medan listrik E terhadap perubahan jarak.
Energi potensial listrik tidak lain adalah usaha yang dilakukan oleh suatu gaya luar untuk memindahkan partikel bermuatan yang berada di sekitar medan listrik. Energi potensial adalah energi yang memperngaruhi benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut. Energi potensial elastis adalah energi potensial dari sebuah benda elastis (contohnya adalah busur panah) yang mengalami perubahan bentuk karena adanya tekanan atau kompresi. Akibatnya adalah akan ditimbulkannya gaya yang akan berusaha untuk mengembalikan bentuk benda tersebut ke bentuk awalnya. Jika tekanan/renggangan ini dilepas, maka energi ini akan berpindah menjadi energi kinetik.
Gradien potensial adalah lokal laju perubahan dari potensi sehubungan dengan perpindahan, yaitu turunan spasial, atau gradien. Kuantitas ini sering terjadi pada persamaan proses fisik karena mengarah ke beberapa bentuk fluks . Dalam teknik listrik mengacu khusus untuk potensial listrik gradien, yang sama dengan medan listrik.
-
Pembatasan Masalah
Dalam makalah ini kami membatasi pembatasannya yaitu membahas mengenai integral garis intensitas listrik, energi potensial, potensial, beda potensial, gradien potensial dan pemanfaatan potensial dalam kehidupan sehari – hari.
-
Tujuan
Adapun tujuandalam pembuatan makalah ini adalah
-
Mengetahui apa yang dimaksud dengan potensial
-
Mengetahui apa yang dimaksud dengan beda potensial
-
Mengetahui mengenai pemanfaatan potensial dalam kehidupan sehari - hari
BAB II
KAJIAN TEORI
-
Integral Garis Intensitas Listrik
Hukum Gauss mengungkapkan sebuah sifat dasar medan elektrostatik, yaitu bahwa integral permukaan intensitas listrik pada seluruh permukaan berbatas sebanding dengan muatan netto di dalam permukaan tersebut. Sebagaimana halnya hukum Gauss, kita dapat memandangnya sebagai hukum didasarkan pada eksperimen atau yang diderivasi dari hukum Coulomb.
Seperti telah diterangkan dalam pembahasan tentang usaha suatu gaya, integral garis sebuah vector, sepanjang sembarang lintasan diperoleh dari
-
Memperkalikan besar komponen tangensial vektor itu, di tiap titik lintasan dengan panjang sebuah elemen lintasan
-
Mengintegrasi perkalian itu sepanjang lintasan
Gambar 26-1 memperlihatkan medan radial sebuah muatan titik positif q. garis penuh antara titik a dan b merupakan sebuah lintasan sekehendak antara kedua titik ini. Intensitas listrik E di sebuah elemen lintasan yang panjangnya ds membentuk sudut θ dengan lintasan. Besar komponen tangensialnya ialah E cos θ dan integral garis E dari titik a ke titik b adalah
Besar intensitas listrik adalah
Dan dari diagram dapat dilihat bahwa
Maka
Integral garis karena itu hanya bergantung kepada jarak radial dan bukan kepada bentuk lintasan. Jadi, integral sepanjang sembarang lintasan lain dari a ke b, misalnya lintasan menurut garis putus-putus sama dengan integral sepanjang lintasan menurut garis penuh.
Jika integral itu diambil sepanjang sembarang lintasan dalam arah berlawanan, yaitu dari b ke a, maka
Yang merupakan harga negative integral a ke b
Maka dengan demikian, integral garis sekeliling sembarang lintasan tertutup, misalnya garis penuh dari a ke b serta garis putus-putus dari b kembali ke a, sama dengan nol. Artinya
Symbol mengandung arti bahwa integral garis itu mencakup keliling sebuah lintasan tertutup. Persamaan diatas mengungkapkan sifat dasar kedua suatu medan elektrostatik : integral garis intensitas listrik sekeliling sembarang lintasan tertutup dalam medan elektrostatik adalah nol. Karena integral garis itu nol untuk komponen E yang ditimbulkan tiap muatan titik, maka integral garis itu juga nol untuk medan resultan.
Ada beberapa kejadian khusus dalam mana metode hitungan integral tidak perlu untuk menentukan integral garis E.
-
Jika E parallel di semua titik dengan sebuah lintasan yang panjangnya dan besarnya sama di semua titik, maka dan
-
Jika E tegak lurus pada sebuah lintasan di semua titik dan integral garis sama dengan nol
-
Jika E = 0 di semua titik sebuah lintasan, maka integral garis sama dengan nol.
Sifat kedua medan elektrostatik ini dapat dipakai untuk menguji kebenaran sebuah ungkapan yang dikemukakan dalam bab sebelum ini. Yaitu bahwa medan listrik tepat di luar permukaan setiap konduktor bermuatan tegak lurus pada permukaan, bila muatan dalam konduktor itu diam.
-
Energi Potensial Listrik
Gaya yang dikerjakan medan listrik yang intensitasnya E terhadap sebuah muatan titik q’ adalah q’E dan usaha (work) gaya ini bila muatan bergerak sepanjang sembarang lintasan antara titik a dan titik b adalah
Telah ditunjukkan dalam bagian sebelum ini bahwa integral yang terkahir adalah sama sepanjang semua lintasan antara a dan b dan karena itu usaha gaya listrik itu juga sama sepanjang semua lintasan atau tidak bergantung kepada lintasan. Gaya listrik tersebut oleh karena itu adalah gaya kekal.
Usaha gaya itu sama dengan harga negative perbedaan energy potensial partikel yang bersangkutan antara titik ujung dan titik pangkalnya, karena itu jika ( merupakan energy potensial (listrik) muatan q’ di titik a dan b dititik b, maka
Atau
-
Potensial
Potensial disembarang titik sebuah medan elektrostatik didefinisikan sebagai energy potensial per satuan muatan di titik tersebut. Potensial dilambangkan dengan huruf V :
Baik energy potensial maupun muatan merupakan besaran skalar, sehingga potensial pun merupakan besaran skalar. Potensial sebesar 1 J disebut 1 volt (1V). satuan ini disebut demikian untuk menghormati seorang ilmuwan Italia bernama Alessandro Volta (1745-1827). Bila kedua ruas persamaan dibagi dengan q’, kita peroleh
Tetapi a/q’ tidak lain adalah potensial di titik a dan b/q’ adalah potensial di titik b, karena itu
Selisih disebut beda potensial antara a dan b dan akan disingkat disini menjadi . Beda potensial disebut pula tegangan (voltage) antara a dan b. beda potensial antara b dan a, adalah harga negative beda potensial antara a dan b :
Persamaan hanya mengungkapkan perbedaan antara potensial di titik a dan potensial di titik b. potensial di satu titik dapat diberi harga, hanya kalau sebuah titik sekehendak dipilih sebagai titik refrensi (titik patokan) di titik ini potensial sama dengan nol.
Alat untuk mengukur beda potensial antara titik-titik pada mana ujung-ujungnya dihubungkan disebut voltmeter. Voltmeter yang banyak dipakai adalah voltmeter dengan kumparan bergerak. Asasnya akan diterangkan nanti Elektrometer, yang sebelumnya kita sebut sebagai alat untuk mengukur jumlah muatan, juga dapat dipakai sebagai voltmeter. Demikianlah maka jika tangkai daun elektroskop dihubungkan ke sebuah titik pada suatu potensial dan kotaknya ke sebuah titik pada potensial yang berbeda, maka jumlah muatan pada daun-daun elektroskop itu sebanding dengan beda potensial antara titik-titik tersebut dan alat itu dapat dikalibrasi untuk menunjukkan beda potensial tersebut.
-
Kalkulasi Beda Potensial
Beda potensial antara sembarang dua titik a dan b dalam medan elektrostatik dapat dikalkulasi berdasarkan persamaan kalau intensitas listrik sepanjang sembarang garis yang menghubungkan kedua titik itu diketahui.
-
Ekuipotensial. Dalam setiap daerah dimana E = 0 di semua titik, misalnya suatu daerah yang sangat jauh dari semua muatan atau interior sebuah konduktor dimana muatan dalam keadaan diam, integral garis E sama dengan titik karena itu nol atau dengan kata lain, semua titik dalam daerah itu pada potensial yang sama,. Jadi, interior sebuah konduktor bermuatan merupakan suatu vulom yang ekuipotensial.
Jika sebuah permukaan digambarkan demikian rupa bentuknya, sehingga dimana-mana tegaklurus pada medan ini. Integral garis E nol sepanjang setiap lintasan semacam ini dan beda potensial antara sembarang dua titik pada permukaan tersebut nol. Karena itu semua titik pada permukaan berada pada potensial yang sama. Permukaan itu disebut permukaan ekuipotensial.
Distribusi potensial dalam sebuah medan listrik dapat dinyatakan secara grafis dengan melukiskan beberapa permukaan ekuipotensial, yang masing-masingnya bersesuaian dengan suatu harga konstan potensial yang berlainan. Garis-garis gaya dan permukaan-permukaan ekuipotensial itu membentuk suatu jaringan yang tegaklurus satu sama lain. Permukaan ekuipotensial dapat dilukiskan melalui setiap titik sebuah medan, tetapi sudah menjadi kebiasaan untuk hanya melukiskan beberapa ekuipotensial saja dalam diagram. Umumnya garis gaya sebuah medan merupakan garis lengkung dan ekuipotensial merupakan permukaan lengkung. Khusus dalam hal medan yang merata, dimana garis gaya itu lurus dan parallel, ekuipotensial merupakan bidang yang tegaklurus pada garis gaya.
-
Muatan Titik atau Konduktor Sferis Bermuatan. Intensitas listrik dalam medan suatu muatan titik ialah
Persamaan yang sama menghasilkan intensitas dalam medan sebuah bola bermuatan, di titik-titik di luarnya. Integral garis E mempunyai harga yang sama sepanjang sembarang lintasan dari titik a, pada jarak radial ra ke titik b pada jarak radial rb. Beda potensial antara titik-titik tersebut adalah
Dalam banyak soal elektrostatika, untuk mudahnya tingkat referensial potensial (titik dimana V = 0) diambil pada jarak yang sangat besar (jauh tak berhingga) dari suatu muatan. Karena itu mari kita ambil titik b jauh tak berhingga, sehingga rb = ∞ dan Vb = 0. Dengan demikian, karena a dapat merupakan sembarang titik dalam medan muatan itu, maka huruf a dapat kita hilangkan dari ra dan Va dan untuk potensial V pada jarak radial r, dan relatif terhadap titik dijauh tak terhingga, kita tulis
… (26-6)
Potensial itu positif jika q positif, negatif jika q negatif. Karena potensial itu konstan bila r konstan, permukaan ekuipotensial pun konstan bila r konstan, permukaan ekuipotensial semua sferis dan oleh sebab itu tegaklurus pada garis gaya.
Persamaan (26-6) berlak untuk medan konduktor bola bermuatan hanya bila r lebih besar daripada atau sama dengan radius r bola. Potensial pada permukaannya ialah
… (26-7)
dan karena bola itu sebuah volum ekuipotensial, maka semua titik didalamnya adalah pada potensial ini. Karena itu kita dapat mengatakan bahwa persamaan (26-7) menyatakan potensial bola bermuatan yang tersekat, relative terhadap sebuah titik padu jauh tak berhingga.
Besar intensitas listrik E pada permukaan
dan bila dikeluarkan dari persamaan diatas, kita peroleh
E = V/R,
atau
V = RE
gambar 26-4
Gambar 26-4 memperlihatkan sebuah bola yang radiusnya R dan muatannya positif q, berikut grafik intensitas listrik E dan potensial V di titik-titik sepanjang sebuah garis yang menembus titik pusat bola itu.
Potensial maksimum yang dapat ditimbulkan pada sebuah konduktor dalam udara adalah terbatas berhubung molekul udara terionisasi, dank arena itu udara menjadi konduktor pada intensitas listrik kira-kira 3x106 NC-1. Umumnya jika Em adalah limit tertinggi intensitas listrik, yang dikenal sebagai kuat dielektrik, potensial maksimum yang dapat timbul dalam konduktor bola adalah
Vm = REm
Untuk bola yang radiusnya 1 cm, dalam udara,
Vm = 10-2 m x 3x106 NC-1 = 30.000 V,
dan berapa besar pun “pemuatan”, takkan dapat menaikkan potensial bola seukuran demikian, dalam udara, lebih tinggi dari kira-kira 30.000 V. Hal inilah yang mengharuskan kita menggunakan terminal berbentuk bola yang besar ukurannya pada mesin-mesin tegangan tinggi. Jika kita buat R = 2 m, maka
Vm = 2 m x 3x106 NC-1 = 6x106 V = 6 MV
Karena potensial maksimum itu sebanding dengan radius, potensial yang relative kecil sekalipun, bila dikenakan pada titik runcing dalam udara, akan membangkitkan medan yang cukup tinggi tepat diluar titik itu, yang dapat menyebabkan udara sekelilingnya terionisasi. (“Titik” runcing juga dapat dianggap merupakan permukaan yang radius kelengkungannya sangat kecil).
-
|