Hukum Muatan Listrik Charles-Augustin Coulomb (1785)

1
Hukum Muatan ListrikCharles-Augustin
Coulomb(1785)

• "Gaya tolak yang terjadi antara dua bola kecil
  berisi muatan listrik berbanding terbalik dengan
  kuadrat jarak antara kedua muatan

2
Apa yang Kita SebutHukum Coulomb
q1
q2

• Unit MKS
• R dlm meter
• q dlm Coulomb
• dlm Newton
• adalah satuan vektor dari 1 ke 2

• Gaya ini memiliki ketergantungan ruang yang sama
  dengan gaya gravitasi, namun TIDAK disebutkan
  massa di sini!
• Kekuatan gaya antara dua benda ditentukan oleh
  muatan dari dua benda, dan juga jarak antara
  benda tersebut.

3
Kualitatif Hukum Coulomb
q1
q2
r

• Apa yang terjadi jika q1 meningkat?

F (gaya) berkurang
4

• Sebuah bola bermuatan Q1 terletak pada permukaan
  datar spt yg ditunjukkan. Ketika bola lain
  bermuatan besar Q2 mendekat, ia mencapai posisi
  seimbang berjarak d12 diatas Q1.
• Ketika Q1 diganti oleh bola berbeda muatan Q3, Q2
  mencapai posisi seimbang berjarak d23 (lt d12)
  diatas Q3.

1a A) Muatan Q3 memiliki tanda yang sama
dengan Q1 B) Muatan Q3 memiliki tanda
yang berlawanan dengan Q1 C) Tanda
relatif dari Q3 Q1 tidak diketahui 1b A)
Besar muatan Q3 lt besar muatan Q1 B)
Besar muatan Q3 gt besar muatan Q1 C)
Besar muatan relatif Q3 Q1 tidak diketahui
5

• Sebuah bola bermuatan Q1 terletak pada permukaan
  datar spt yg ditunjukkan. Ketika bola lain
  bermuatan besar Q2 mendekat, ia mencapai posisi
  seimbang berjarak d12 diatas Q1.
• Ketika Q1 diganti oleh bola berbeda muatan Q3, Q2
  mencapai posisi seimbang berjarak d23 (lt d12)
  diatas Q3.

d12
d23
g
Q3
1a A) Muatan Q3 memiliki tanda yang sama
dengan Q1 B) Muatan Q3 memiliki tanda
yang berlawanan dengan Q1 C) Tanda
relatif dari Q3 Q1 tidak diketahui

• Agar seimbang, gaya total di Q2 harus berjumlah
  nol.
• Gaya yang bekerja pada Q2 hanyalah massa.
• Karena itu, dalam kedua kasus, gaya listrik pada
  Q2 harus diarahkan ke atas untuk membatalkan
  massa.
• Jadi, tanda dari Q3 harus SAMA dengan Q1

6

• Sebuah bola bermuatan Q1 terletak pada permukaan
  datar spt yg ditunjukkan. Ketika bola lain
  bermuatan besar Q2 mendekat, ia mencapai posisi
  seimbang berjarak d12 diatas Q1.
• Ketika Q1 diganti oleh bola berbeda muatan Q3, Q2
  mencapai posisi seimbang berjarak d23 (lt d12)
  diatas Q3.

d12
d23
g
Q3
1b A) Besar muatan Q3 lt besar muatan Q1
B) Besar muatan Q3 gt besar muatan Q1
C) Besar muatan relatif Q3 Q1 tidak
diketahui

• Gaya listrik pada Q2 harus sama dalam kedua kasus
  ia hanya membatalkan massa dari Q2 .
• Karena d23 lt d12 , muatan dari Q3 harus lebih
  KECIL daripada muatan Q1 agar gaya listrik
  keseluruhan bisa sama.

7
Gaya Gravitasi vs Gaya Listrik
8
Contohnya, persamaan berikut ini menunjukkan
ditetapkan dalam , q1, q2, dan r
Dimana Fx, Fy, dan Fz (x, y, dan z komponen F )
adalah skalar. Sebuah vektor satuan dilambangkan
dengan tanda ". Ini hanya menunjukkan arah dan
tidak memiliki unit.
9
Sebuah Contoh Vektor
10
Lanjutan dari Sebuah Contoh Vektor
Sekarang, cari Fx dan Fy, komponen x dan y dari
gaya q1 pada q2.
11
Apa yang terjadi jika Andamempertimbangkan
muatan lebih dari dua?

• Jika q1 adalah satu-satunya muatan, maka gaya
  pada q disebabkan krn q1 .

• Jika q2 adalah satu-satunya muatan, maka gaya
  pada q disebabkan krn q1 .

• Berapa gaya pada q jika q1 dan q2 juga ada??
• Jawaban menggunakan Hukum Superposisi
• Gaya total pada obyek adalah penjumlahan vektor
  masing-masing gaya.

12
2Q

• Dua bola, satu dengan muatan Q1 Q dan lainnya
  memiliki muatan Q2 2Q, diletakkan dengan
  jarak d 3R seperti di samping ini.

2Q

• Bola lain dengan muatan yang jumlahnya tidak
  sama dgn nol Q3 dimasukkan di antara Q1 dan Q2
  dengan jarak R dari Q1.
• Pernyataan di bawah ini manakah yang benar?

13

• Dua bola, satu dengan muatan Q1 Q dan lainnya
  memiliki muatan Q2 2Q, diletakkan dengan jarak
  d 3R seperti di samping ini.
• Bola lain dengan muatan tidak sama dgn nol Q3
  ditaruh di antara Q1 and Q2 at a distance R
  dari Q1.
• Pernyataan di bawah ini manakah yang benar?

Besar gaya pada Q3 karena Q2 sebanding dengan
(2Q Q3 /(2R)2)
Besar gaya pada Q3 karena Q1 sebanding dengan (Q
Q3 /R2)
Gaya-gaya itu tidak akan pernah hilang, karena
gaya pada Q2 yang menekan Q3 akan salelu 1/2 kali
gaya Q1 yang menekan Q3.
14
Contoh Lainnya
qo, q1, dan q2 adalah muatan titik dimana qo
-1mC, q1 3mC, dan q2 4mC. Lokasi mereka
ditunjukkan seperti di diagram.

• Gaya apa yang ada pada qo ( ) ?

Bgmn dgn F0x dan F0y ?
Kita memiliki
Turunkan menjadi komponen x dan y
15
Lanjutan Contoh Lainnya
qo, q1, dan q2 adalah muatan titik dimana qo
-1mC, q1 3mC, dan q2 4mC. Lokasi mereka
ditunjukkan seperti di diagram.
Sekarang tambahkan komponen dan Untuk
mencari dan
16
Another Example continued
qo, q1, dan q2 adalah muatan titik dimana qo
-1mC, q1 3mC, dan q2 4mC. Lokasi mereka
ditunjukkan seperti di diagram.
Besar gaya dari
17
Pengenalan Medan Listrik
Salah satu masalah pada uraian sederhana tentang
gaya di atas adalah bahwa ia tidak menjelaskan
kecepatan perambatan yang terbatas dari efek
listrik.Untuk menjelaskan hal ini, kita harus
memperkenalkan konsep medan listrik.
Apa itu Medan?
Medan adalah sesuatu yang dapat didefinisikan di
mana pun dalam ruang

• Sebuah medan dapat menjelaskan kuantitas fisik
• (misalnya, suhu, kecepatan udara, gaya)
• Ia bisa menjadi medan skalar (spt, Medan suhu)
• Ia bisa menjadi medan bektor (spt, Medan listrik)
• Ia bisa menjadi medan tensor(spt, Kurvatur
  ruang-waktu)

18
Sebuah Medan Skalar
Suhu yang terisolasi ini mencontohkan Medan
Skalar (Anda hanya mengetahui suhu di tempat yang
Anda pilih, tapi T didefinisikan di mana-mana (x,
y)
19
Sebuah Medan Vektor
It may be more interesting to know which way the
wind is blowing...
Akan lebih menarik utk diketahui ke arah mana
angin berhembus
Itu akan memerlukan sebuah Medan Vektor (Anda
mengetahui arah dan sekaligus kecepatan angin)
20
Ringkasan

• Muatan memiliki dua variasi
• Negatif dan positif
• Dalam konduktor, muatan negatif berarti kelebihan
  elektron aktif, and muatan positif berarti
  kekurangan elektron aktif

• Gaya Coulomb
• Bermuatan biliner
• Berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya
• Pusat gaya

• Hukum Superposisi

• Medan

21
Lampiran A Contoh Gaya Listrik

• Andaikan temanmu dapat menekan tangannya secara
  terpisah dengan gaya 100 lbs. Berapa banyak
  muatan yang bisa diulurkan?

F 100 lbs 450 N
4.4710-4 C
Lebih kecil daripada satu sel di tubuh Anda!
22
Lampiran B Outline of physics 212

• Hukum Coulomb memberikan gaya yang bekerja pada
  muatan Q1 dikarenakan muatan lain, Q2.
• Superposisi gaya dari banyak muatan
• Medan listrik adalah fungsi yg didefinisikan pada
  ruang
• Disini, medan listrik adalah jalan pintas dari
  gaya
• Kemudian, Medan listrik memiliki gerak
  tersendiri!