Friday, October 18, 2019

Pintar Pelajaran Pola Soal Medan Listrik Dan Aturan Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika

Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika.

1. fisika" target="_blank">Medan Listrik


Benda yang bermuatan listrik dikelilingi sebuah tempat yang disebut medan listrik. Dalam medan ini, muatan listrik sanggup dideteksi. Menurut Faraday (1791-1867), suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh ruangan, ibarat pada Gambar 1.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 1. Medan listrik mengelilingi setiap muatan, P yakni titik sembarang.
Untuk memvisualisasikan medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan serangkaian garis untuk menawarkan arah medan listrik pada banyak sekali titik di ruang, yang disebut garis-garis gaya listrik, dan ditunjukkan pada Gambar 2.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 2. Garis-garis medan listrik (a) untuk satu muatan positif (b) untuk satu muatan negatif.
Gambar 3. menawarkan garis-garis medan listrik antara dua muatan. Dari gambar terlihat bahwa arah garis medan listrik yakni dari muatan positif ke muatan negatif, dan arah medan pada titik manapun mengarah secara tangensial sebagaimana ditunjukkan oleh anak panah pada titik P.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 3. Garis-garis medan listrik antara dua muatan (a) Berlawanan jenis (b) Sejenis.
Ukuran kekuatan dari medan listrik pada suatu titik, didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan pada muatan listrik yang ditempatkan pada titik tersebut, yang disebut berpengaruh medan listrik (E). Jika gaya listrik F dan muatan yakni q, maka secara matematis berpengaruh medan listrik dirumuskan:

E = F / q ................................................................. (1)

Satuan E yakni newton per coulomb (N/C).

Persamaan (4.4) untuk mengukur medan listrik di semua titik pada ruang, sedangkan medan listrik pada jarak r dari satu muatan titik Q adalah:
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
atau :
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika

Persamaan tersebut menawarkan bahwa E hanya bergantung pada muatan Q yang menghasilkan medan tersebut.

2. fisika" target="_blank">Hukum Gauss


Hukum mengenai gaya elektrostatis dikemukakan oleh Charles Augustin de Coulomb dalam Hukum Coulombnya. Kita sanggup menyatakan Hukum Coulomb di dalam bentuk lain, yang dinamakan Hukum Gauss, yang sanggup dipakai untuk menghitung berpengaruh medan listrik pada kasus-kasus tertentu yang bersifat simetri. Hukum Gauss menyatakan bahwa “jumlah aljabar garis-garis gaya magnet (fluks) listrik yang menembus permukaan tertutup sebanding dengan jumlah aljabar muatan listrik di dalam permukaan tersebut”. Pernyataan tersebut sanggup dirumuskan:

N = Σq ............................................................ (4)

3. fisika" target="_blank">Fluks Medan Listrik


Fluks medan listrik yang disimbolkan simbolkan ΦE, sanggup dinyatakan oleh jumlah garis yang melalui suatu penampang tegak lurus. Kerapatan fluks listrik pada titik tersebut yakni jumlah per satuan luas pada titik itu. Untuk permukaan tertutup di dalam sebuah medan listrik maka kita akan melihat bahwa ΦE adalah positif bila garis-garis gaya mengarah ke luar, dan yakni negatif bila garis-garis gaya menuju ke dalam, ibarat yang diperlihatkan Gambar 4. Sehingga, ΦE adalah positif untuk permukaan S1 dan negatif untuk S2. ΦE untuk permukaan S3 adalah nol.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 4. Dua muatan sama besar dan berlawanan tanda. Garis putus-putus menyatakan perpotongan di antara dua permukaan tertutup hiptetik dengan bidang gambar.
Pada Gambar 5(a) menawarkan sebuah permukaan tertutup yang dicelupkan di dalam medan listrik tak uniform. Misalnya, permukaan tersebut dibagi menjadi segiempat-segiempat kuadratis ΔS yang cukup kecil, sehingga dianggap sebagai bidang datar. Elemen luas ibarat itu dinyatakan sebagai sebuah vektor ΔS , yang besarnya menyatakan luas ΔS . Arah ΔS sebagai normal pada permukaan yang digambarkan ke arah luar. Sebuah vektor medan listrik E digambarkan oleh tiap segiempat kuadratis. Vektor-vektor E dan ΔS membentuk sudut θ terhadap satu sama lain.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 5. (a) Sebuah permukaan tertutup dicelupkan di dalam medan listrik tak uniform. (b) Tiga elemen luas permukaan tertutup.
Perbesaran segiempat kuadratis dari Gambar 5(b) ditandai dengan x, y, dan z, di mana pada x, θ > 90o (E menuju ke dalam); pada y, θ = 90o (E sejajar pada permukaan); dan pada z, θ < 90o (E menuju ke luar). Sehingga, definisi mengenai fluks adalah:

ΦE ≅ ΣE⋅ΔS ................................................. (5)

Jika E di mana-mana menuju ke luar, θ < 90o, maka E. ΔS positif (Gambar 4, permukaan S1). Jika E menuju ke dalam θ > 90o, E. ΔS akan menjadi negatif, dan ΦE permukaan akan negatif (Gambar 4, permukaan S2 . Dengan menggantikan penjumlahan terhadap permukaan (persamaan (5)) dengan sebuah integral terhadap permukaan akan diperoleh:

ΦE =  E ⋅ dS .......................................................... (6)
Dari persamaan (5), kita sanggup memilih bahwa satuan SI yang sesuai untuk fluks listrik (ΦE) adalah newton.meter2/coulomb (Nm2/C).

Hubungan antara ΦE untuk permukaan dan muatan netto q, menurut Hukum Gauss adalah:

∈0 ΦE = q ........................................................... (7)

dengan memakai persamaan (6) diperoleh:
 E⋅dS = q ........................................................ (8)
Pada persamaan (7), bila sebuah permukaan meliputi muatan-muatan yang sama dan berlawanan tandanya, maka fluks ΦE adalah nol. Hukum Gauss sanggup dipakai untuk menghitung E bila distribusi muatan yakni sedemikian simetris sehingga kita sanggup dengan gampang menghitung integral di dalam persamaan (8).

4. Medan Listrik di Dekat Muatan Titik


Sebuah muatan titik q terlihat pada Gambar 6. Medan listrik yang terjadi pada permukaan bola yang jari-jarinya r dan berpusat pada muatan tersebut, sanggup ditentukan dengan memakai Hukum Gauss.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 6. Permukaan Gauss berbentuk bola.
Pada gambar tersebut, E dan dS pada setiap titik pada permukaan Gauss diarahkan ke luar di dalam arah radial. Sudut di antara E dan dS yakni nol dan kuantitas E dan dS akan menjadi E.dS saja. Dengan demikian, Hukum Gauss dari persamaan (8) akan menjadi:
 E⋅dS = ∈0 ∫ E.dS = q
alasannya E yakni konstan untuk semua titik pada bola, maka E sanggup dikeluarkan dari integral, yang akan menghasilkan:
0.E dS = q
dengan integral tersebut menyatakan luas bola, sehingga:
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
dengan:

Sehingga besarnya medan listrik E pada setiap titik yang jaraknya r dari sebuah muatan titik q adalah:
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika

5. Medan Listrik di Antara Dua Keping Sejajar


Pada dua keping sejajar yang memiliki muatan listrik sama, tetapi berlawanan jenisnya, antara kedua keping tersebut terdapat medan listrik homogen. Di luar kedua keping juga terdapat medan listrik yang sangat kecil bila dibandingkan dengan medan listrik di antara kedua keping, sehingga sanggup diabaikan, ibarat pada Gambar 7.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Gambar 7. Medan litrik di antara dua keping sejajar.
Jika luas keping A, masing-masing keping bermuatan +q dan -q, medan listrik dinyatakan oleh banyaknya -gaya, sedangkan garis-garis gaya dinyatakan sebagai jumlah muatan yang menjadikan garis gaya tersebut (Hukum Gauss). Muatan listrik tiap satu satuan luas keping penghantar didefinisikan sebagai rapat muatan permukaan diberi lambang σ (sigma), yang diukur dalam C/m2.
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika

Sehingga, berpengaruh medan listrik antara kedua keping sejajar adalah:

E = σ / ε0 ........................................................... (11)

dengan:

E = berpengaruh medan listrik (N/C)
σ = rapat muatan keping (C/m2)
ε0 = permitivitas ruang hampa = 8,85 × 10-12 C/Nm2

Contoh Soal 1 :

Bola konduktor dengan jari-jari 10 cm bermuatan listrik 500 μC. Titik A, B, dan C terletak segaris terhadap sentra bola dengan jarak masing-masing 12 cm, 10 cm, dan 8 cm terhadap sentra bola. Hitunglah berpengaruh medan listrik di titik A, B, dan C!
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Penyelesaian:

Diketahui: 

R = 10 cm = 10-1
rB = 10 cm = 10-1 m
q = 500 μC = 5 × 10-4
rC = 8 cm = 8 × 10-2 m
rA = 12 cm = 12 × 10-2 m

Ditanya: 

a. EA = ... ?
b. EB = ... ?
c. EC = ... ?

Pembahasan :

a. Kuat medan listrik di titik A
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
b. Kuat medan listrik di titik B
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
c. Kuat medan listrik di titik C

EC = 0, alasannya berada di dalam bola, sehingga tidak dipengaruhi muatan listrik.

Contoh Soal 2 :

Sebuah bola kecil bermuatan listrik 10 μC berada di antara keping sejajar P dan Q dengan muatan yang berbeda jenis dengan rapat muatan 1,77 × 10-8 C/m2. Jika g = 10 m/s2 dan permitivitas udara adalah 8,85 × 10-12 C2/Nm2, hitung massa bola tersebut!
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Penyelesaian:

Diketahui: 

q = 10 μC = 10-5 C
σ = 1,77 × 10-8 C/m2
g = 10 m/s2
ε0 = 8,85 × 10-12 C2/Nm2

Ditanya: m = ... ?

Pembahasan :
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Dari gambar di atas, syarat bola dalam keadaan setimbang yakni bila :

F = w
q.E = m.g
Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss Pintar Pelajaran Contoh Soal Medan Listrik dan Hukum Gauss, Rumus, Fluks, Muatan Titik, Dua Keping Sejajar, Bunyi, Persamaan, Fisika
Anda kini sudah mengetahui Gelombang. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

No comments:

Post a Comment