MATERI ELEKTROSTATIS PERTEMUAN KEDUA KELAS XII IPA 1,2,3

BAHAN AJAR

PERTEMUAN KE-2

Sekolah                                                 : SMA Al Azhar 3 B. Lampung

Mata Pelajaran                    : Fisika

Kelas/Semester                    : XII / Ganjil

Materi Pokok                       : Listrik Statis (Elektrostatika)

Alokasi Waktu                     : 4 Minggu x 4 Jam Pelajaran @45 Menit

A.      Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi

Kompetensi Dasar	Indikator
3.2    Menganalisis muatan listrik, gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus	·   Mengidentifikasi fenomena kelistrikan dan pemanfaatannya di kehidupan sehari-hari menggunakan alat dan bahan sederhana ·   Menganalisis fenomena kelistrikan, muatan listrik, fluks listrik dan interaksi antar muatan listrik, kuat medan listrik, potensial listrik, energi potensial, dan kapasitor. ·   Merancang percobaan tentang peristiwa kelistrikan, misalnya pengisian kapasitor ·   Menganalisa gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi  potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus
4.2    Melakukan percobaan berikut presentasi hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari	·   Melakukan percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari ·   Mempresentasikan hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari

B.      Tujuan Pembelajaran

Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat:

·         Mengidentifikasi fenomena kelistrikan dan pemanfaatannya di kehidupan sehari-hari menggunakan alat dan bahan sederhana

·         Menganalisis fenomena kelistrikan, muatan listrik, fluks listrik dan interaksi antar muatan listrik, kuat medan listrik, potensial listrik, energi potensial, dan kapasitor.

·         Merancang percobaan tentang peristiwa kelistrikan, misalnya pengisian kapasitor

·         Menganalisa gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi  potensial listrik serta penerapannya pada berbagai kasus

·         Melakukan percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari

·         Mempresentasikan hasil percobaan kelistrikan (misalnya pengisian dan pengosongan kapasitor) dan manfaatnya dalam kehidupan sehari

C.      Materi Pembelajaran

Hukum Coulomb

Hukum Coulomb mempunyai kesamaan dengan hukum gravitasi Newton. Persamaannya terletak pada perbandingan kuadrat yang terbalik dalam hukum gravitasi Newton. Perbedaannya adalah gaya gravitasi selalu tarik-menarik, sedangkan gaya listrik dapat bersifat tarik-menarik maupun tolak-menolak. Pada dasarnya hukum coulombmenyatakan muatan listrik yang sejenis tolak-menolak, sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik.

Hukum Coulomb

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh seorang ahli Fisika Prancis, Charles Augustin Coulomb (1736-1806) disimpulkan bahwa: “besarnya gaya tarikmenarik atau tolak-menolak antara dua benda bermuatan listrik (yang kemudian disebut gaya Coulomb) berbanding lurus dengan muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut“

Neraca Puntir Alat Percobaan Coulomb

Besarnya gaya oleh suatu muatan terhadap muatan lain telah dipelajari oleh Charles Augustin Coulomb. Peralatan yang digunakan pada eksperimennya adalah neraca puntir yang mirip dengan neraca puntir yang digunakan oleh Cavendish pada percobaan gravitasi. Bedanya, pada neraca puntir Coulomb massa benda digantikan oleh bola kecil bermuatan.

Untuk memperoleh muatan yang bervariasi, Coulomb menggunakan cara induksi. Sebagai contoh, mula-mula muatan pada setiap bola adalah q₀, besarnya muatan tersebut dapat dikurangi hingga menjadi  q₀ dengan cara membumikan salah satu bola agar muatan terlepas kemudian kedua bola dikontakkan kembali. Hasil eksperimen Coulomb menyangkut gaya yang dilakukan muatan titik terhadap muatan titik lainnya.

Gaya Coulomb

Jika kedua muatan merupakan muatan sejenis maka gaya yang bekerja bersifat tolak-menolak. Jika kedua muatan mempunyai tanda yang berlawanan, gaya yang bekerja bersifat tarik-menarik.

Gaya coulomb menyatakan bahwa muatan listrik yang sejenis tolak-menolak, sedangkan muatan listrik tak sejenis tarik-menarik seperti terlihat pada gambar diatas.

Perhatikan gambar diatas yang menggambarkan dua buah benda bermuatan listrik q₁dan q₂terpisah pada jarak r. Apabila kedua benda bermuatan listrik yang sejenis, kedua benda tersebut akan saling tolak-menolak dengan gaya sebesar F dan jika muatan listrik pada benda berlainan jenis, akan tarik-menarik dengan gaya sebesar F.

Pernyataan Charles Augustin Coulomb (1736-1806) yang kemudian dikenal dengan Hukum Coulomb yang dinyatakan dalam persamaan :

di mana :

F= gaya tarik-menarik atau tolak-menolak/gaya Coulomb (Newton)
k = bilangan konstanta =  = 9. 10⁹N m²/C²
q₁, q₂ = muatan listrik pada benda 1 dan benda 2 (Coulomb/C)
r = jarak pisah antara kedua benda (m)

Gaya Coulomb termasuk besaran vektor. Apabila pada sebuah benda bermuatan dipengaruhi oleh benda bermuatan listrik lebih dari satu, maka besarnya gaya Coulomb yang bekerja pada benda itu sama dengan jumlah vektor dari masing-masing gaya Coulomb yang ditimbulkan oleh masing-masing benda bermuatan tersebut. Misalnya untuk tiga buah muatan listrik.

Besarnya Gaya Coulomb yang dialami oleh q3 pada F = F1 + F2

di mana :

F₁ = gaya Coulomb pada q₃ akibat yang ditimbulkan oleh q₁ 
F₂ = gaya Coulomb pada q₃ akibat yang ditimbulkan oleh q₂
F = gaya Coulomb pada q₃ akibat muatan q₁ dan q₂

Gaya Coulomb pada muatan q₃  adalah F  = F₁ +F₂

Karena letak ketiga muatan tidak dalam satu garis lurus, maka besarnya nilai F  dihitung dengan :

dengan α adalah sudut yang diapit antara  F₁ dan F₂.

Medan Listrik

 

Medan listrik didefinisikan sebagai ruangan di sekitar benda bermuatan listrik, di mana jika sebuah benda bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut akan mendapat gaya listrik (gaya Coulomb). Medan listrik termasuk medan vektor, sehingga untuk menyatakan arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami oleh muatan positif jika berada dalam sembarang tempat di dalam medan tersebut. Arah medan listrik yang ditimbulkan oleh benda bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan listrik yang ditimbulkan oleh benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda.

Medan Listrik

Untuk menggambarkan medan listrik digunakan garis-garis gaya listrik.Garis-garis gaya listrik yaitu garis lengkung yang dibayangkan merupakan lintasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik. Garis gaya listrik tidak mungkin akan berpotongan, sebab garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif. Gambar dibawah menggambarkan garis-garis gaya listrik di sekitar benda bermuatan listrik.

Kuat Medan Listrik

Kuat medan listrik di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di titik itu. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Untuk menyatakan kuat medan di suatu titik dalam medan listrik perhatikan gambar dibawah, menggambarkan suatu benda bermuatan q yang menimbulkan medan listrik di sekitarnya.

Kita tinjau suatu titik P yang berada pada jarak r dari q. Untuk menentukan kuat medan listrik di titik P, kita letakkan sebuah muatan penguji sebesar q’. Besarnya kuat medan di titik P dapat dituliskan :

di mana :

= kuat medan di titik P (Newton/Coulomb)
k = Konstanta = 9.10⁹ N m² C^-2
q = muatan listrik penimbul medan (C)
r = jarak antara titik P ke muatan q (m)

Demikian juga medan listrik termasuk besaran vektor, seperti halnya gaya listrik. Apabila pada suatu titik dipengaruh oleh medan listrik yang ditimbulkan oleh lebih dari satu benda bemuatan, maka kuat medan listrik di tempat itu sama dengan jumlah vektor dari masing-masing kuat medan.

Apabila letak benda berada dalam satu garis lurus, maka kuat medan listrik pada titik C adalah : EC = EA + EB

Jika letak benda tidak dalam satu garis lurus. Maka kuat medan listrik di titik C adalah : EC = EA + EB

di mana sudut yang diapit antara  dan  adalah α