Listrik Statis

1. Muatan Listrik

Listrik statik adalah muatan listrik yang berada dalam keadaan diam. Gejala listrik statik ini dapat diamat i pada penggaris plastik yang digosok gosokkan pada rambut yang menarik potongan potongan kertas kecil.

a. Sifat-sifat Muatan Listrik

1)  Muatan listrik dibagi dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif.
2)  Muatan listrik sejenis tolak-menolak dan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik.

b. Terjadinya Muatan Listrik

Benda-benda menjadi bermuatan karena muatan negatif
(elektron) dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya. Muatan elementer adalah 1 e = 1,60 . 10-19  C.

1) Sebuah benda dapat dimuati listrik misalnya dengan cara menggosokkan benda lain. Jika batang ebonit digosok dengan kain wol, maka ebonit bermuatan listrik negatif hal ini dikarenakan elektron pada kain wol berpindah ke ebonit, sedangkan jika kaca digosok dengan kain sutra, maka kaca bermuatan listrik positif kejadian ini disebabkan elektron pada kaca berpindah ke kain sutra.
2) Konduktor adalah zat yang mudah dilalui/ menyimpan muatan listrik. Contoh: besi, tembaga.
3)  Isolator adalah zat yang sulit dilalui/menyimpan muatan listrik. Contoh: karet, kaca.

2. Muatan Coulomb

Besarnya gaya tarik dan gaya tolak antara muatan listrik, dinyatakan pertama kali oleh Charles Augustin Coulomb. Bunyi hukum Coulomb: “Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan muatan masing-masing dan
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan tersebut.”

01

dengan

F = gaya tarik/tolak (N)

q1 = besarnya muatan listrik 2 (C)

q = besarnya muatan listrik 1 (C)
r = jarak antara dua muatan
dimana

k = 9.109  Nm2/C2

Hukum Coulomb merupakan persamaan vektor, sehingga arah gaya tarik/tolak sesuai dengan  interaksi muatan kedua benda.

01

3. Medan listrik
Medan l istr ik adalah ruang diseki tar benda bermuatan listrik yang masih memiliki gaya listrik. Garis- garis medan listrik disebut garis gaya
a.  Garis-garis gaya lebih rapat pada daerah dengan medan listrik tinggi dan lebih renggang pada daerah dengan medan  listrik rendah.
b. Garis-gar is gaya t idak pernah berpotongan dan selalu keluar dari muatan posit if dan masuk ke muatan negat if.

01

Gambar : garis gaya listrik

4. Kuat Medan Listrik
Kuat medan l istrik adalah besarnya gaya tarik menarik atau tolak-menolak dibagi besar muatan di titik itu.  Misal: anggap titik merupakan muatan positif

01

dengan
k = 9.109  Nm2/C2
q = rnuatan listrik (C)

r =  jarak kedua muatan (m)
E = kuat medan listrik (N/C)

01

Gambar : kuat medan listrik

q = positif  maka menjauhi q
q = negative maka mendekati q
Untuk muatan titik yang tersebar, kuat medan listrik di suatu  t i t ik akibat muatan-muatan adalah penjumlahan vektor dari medan listrik akibat tiap muatan.

01

Contoh Soal
Berapa besar muatan agar pada titik yang berjarak 25 cm dari muatan inti terdapat medan listrik sebesar 1,2 N/C !
Pembahasan:

01

01

01

5. Energi Potensial dan Potensial Listrik

a. Energi Potensial (Ep )

Energi potensial sebuah muatan di suatu  titik adalah usaha untuk memindahkan muatan  uji dari  tempat ang jauh tak terhingga ke suatu titik yang berjarak r dari muatan uji. Dirumuskan:

01

dengan
Ep= energi potensial (J)

qo= muatan sumber (C)
q  = muatan uji (C)
r  = jarak dua muatan (m)

b. Potensial Listrik (V)
Potensial listrik adalah usaha untuk memindahkan muatan positif sebesar 1 satuan dari tempat  tak terhingga ke titik itu, dirumuskan:

01

Potensial antara A dan B sering disebut sebagai beda potensial

Contoh Soal
Sebuah proton dilepas dari keadaan diam kedalam medan listrik 2.104
V/m arah sumbu X. Proton bergerak dari titik P dan Q yang berjarak 0,1 m.
a. hitung perubahan potensial listrik antara P dan Q.
b. hitung perubahan energi potensial proton selama menempuh jarak tersebut.

01

01

6. Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan yang mengalir melalui suatu penampang konduktor tiap detik.

01

1 Ampere adalah besarnya kuat arus listrik di suatu titik penghantar yang dilewati muatan 1 coulomb tiap detik.

7. Kapasitor
Bila kedua konduktor yang bentuknya sebarang dan netral, dihubungkan dengan sebuah baterai hingga timbul beda potensial V di antara keduanya dan muatan masing-masing konduktor + q dan – q. Susunan kedua konduktor disebut kapasitor.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa muatan kapasitor sebanding dengan beda potensial kedua konduktor.

q ∼ V

q  = C . V

dengan C adalah kapasitas kapasitor dengan  satuan farad. Satuan farad diambi l dari nama Michael Faraday, tokoh yang mengembangkan konsep kapasitas. Satuan yang lebih kecil dan sering digunakan adalah µFdan pF.

1 µF=10-6  F

1 pF = 10-12  F

a. Bentuk kapasitor
1)  Kapasitor kertas (besar kapasitas 0,1 F)
2)  Kapasitor elektrolit (besar kapasitas 105
pF)
3)  Kapasitor variabel (besar kapasitas bisa diubah-ubah dengan ni la i kapasi tas maksimum 500 pF)

b. Fungsi kapasitor
1) Memilih frekuensi pada radio penerima (tuner).
2) Meratakan fluktuasi tegangan dari keluaran catu daya (adaptor).
3)  Memisahkan arus bolak-balik dari arus searah (filter).
4) Mer edam loncatan bunga api da lam  rangkaian saklar dan sistem pengapian mobil/motor.
5) Menghemat daya listrik dalam rangkaian  lampu TL.
6) Sebagai catu daya cadangan ketika listrik PLN padam.

Contoh Soal
Jika suatu kapasitor yang mempunyai kapasitas 20 pF dihubungkan dengan baterai 3 Volt. Hitunglah muatannya!

01

c. Kapasitor Keping Sejajar
U n t u k me n e n t u k a n k a pasi tas keping sejajar, harus dihitung dulu kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh keping konduktor  l a lu g u na ka n hu k um Gauss.

01

Dengan muatan keping kapasitor terbesar di

permukaannya permukaan Gauss, seperti gambar di atas. Fluks netto yang terdapat pada ruang ini adalah

01

01

dengan C= kapasitas keping sejajar (C)
A= luas keping kapasitor (m2 )
d= jarak antara kedua keping (m)

Contoh Soal
1. Jika suatu kapasitor yang mempunyai kapasitas 20 pF dihubungkan dengan baterai 3 volt. Hitunglah-muatannya!

01

Berapa kapasitas suatu kapasitor keping sejajar yang mempunyai luas 50 cm2 . Jarak antara 2 keping kapasitr itu 2 cm.

01

d. Dielektrik
Adalah bahan bukan konduktor, contoh dielektrik antara lain karet, kaca, dan kertas. Sewaktu dielektrik disel ipkan antara dua keping kapasitor maka kapasitas kapasitor akan naik.

01

01

Contoh Soal

01

e. Energi Kapasitor (W)

Usaha yang dilakukan untuk mengisi muatan sama dengan energi potensial kapasitor. Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor.
Dirumuskan:

01

Hitung energi sebuah kapasitor yang bermuatan 200 pF ketika di antara kepingnya diberi potensial 200 V?
Pembahasan:

01

8. Susunan Kapasitor
Seri
Rumus yang berlaku

01

01

b. Paralel

01

01

Contoh Soal
Hitung kapasitor pengganti di antara titik a dan b dalam gambar berikut.Semua kapasitor nilainya 1 µF.

Kerjakan latihan soal di bawah ini.

Welcome to your Latihan Listrik Statis

Empat buah benda bermuatan listrik yaitu P, Q, R, dan S. P menarik Q, dan Q menarik S dan S menolak R. Jika  S bermuatan positip maka ..........
Besar gaya listrik antara dua muatan titik adalah F. Jika jarak keduanya dijadikan dua kali semula, gaya listrik keduanya akan menjadi ...........
Dua keping logam sejajar diberi muatan listrik yang sama besar dan berlawanan tanda. Kuat medan listrik diantara dua keping itu adalah .......
Contoh peristiwa listrik statis adalah ............
Terdapat empat buah bola A,B, C, dan D terletak segaris dan terpisah,pada jarak tertentu.Bola A menarik bola C, bola C menarik bola D sedangkan bola D menarik bola B. Jika di B muatan listrik (+), maka muatan bola yang lain adalah... .
Berikut ini merupakan sifat-sifat muatan listrik, kecuali
Sebuah muatan q= 10 µC, berada dalam medan litrik E =500 N/C. Gaya Coulomb yang bekerja pada muatan tersebut adalah
Bagian atom yang bermuatan negatip adalah  ...
Penggaris plastik bila digosok dengan kain woll akan bermuatan negatip sebab ........
Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan tetap yang tegak lurus pada arah kuat medan
listrik E, akan mengalami gaya yang arahnya ...
Suatu muatan listrik  4µC diletakkan pada jarak 30 cm dari rnuatan. 16 µC. Letak titik yang kuat medan listriknya nol adalah......
Satuan muatan listrik dalam sistem international adalah ...
Dibawah ini adalah material yang paling besar memiliki konstanta dielektrik yaitu.....
Untuk memperoleh kapasitor pengganti yang besar, maka kapasitor dipasang secara ....
Kapasitansi suatu keping sejajar yang bermuatan adalah ......
Sebuah kapasitor keping sejajar berisi udara dengan kapasitas Co dihubungkan dengan sumber tegangan V. Apabila ruang diantara kedua keping kapasitor diisi dengan mika, maka besaran yang tidak berubah adalah ......
Dua buah muatan saling berdekatan dengan besar muatan masing - masing 40 microcoulomb dan - 30 mikrocoulomb dengan jarak pisah 4 cm. Berapakah besar gaya pada muatan masing  masing .
Kapasitor 2F memiliki beda potensial 15 V dihubungkan paralel dengan kapasitor 4F yang beda potensialnya 30 V dengan menghubugkan ujung-ujungnya, maka potensial gabungannya menjadi .....
Dua buah muatan saling berdekatan dengan besar muatan 40 mikrocoulomb dan - 30 mikrocoulomb dengan jarak pisah 4 cm. Berapakah besar gaya pada muatan masing - masing .