KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur Penulis Panjatkan ke
Hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya
sehingga penulis dapat menyusun makalah ini tepat pada waktunya.
Dalam penyusunan makalah ini,
penulis banyak mendapat tantangan dan hambatan akan tetapi dengan bantuan dari
berbagai pihak tantangan itu bisa teratasi. Olehnya itu, penulis mengucapkan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan makalah ini, semoga bantuannya mendapat balasan yang setimpal dari
Tuhan Yang Maha Esa.
Penulis menyadari bahwa makalah ini
masih jauh dari kesempurnaan baik dari bentuk penyusunan maupun materinya.
Kritik konstruktif dari pembaca sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan
makalah selanjutnya.
Akhir kata semoga makalah ini dapat
memberikan manfaat kepada kita sekalian.
|
|
|
Suryalaya, November 2013
Penyusun
|
BAB 1
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
MasalahKehidupan
manusia sering terhubung dengan listrik. Dapatkah anda bayangkan, bagaimana
kehidupan di bumi jika tidak ada listrik? Dari manakah listrik ini berasal?
Listrik yang kita gunakan sehari-hari adalah listrik yang mengalir (dinamis)
Ledakan
petir merupakan contohnyata keberadaan listrik. Petir merupakan hasil pelepasan
muatan listrik di awan. Energy yang dilepaskan petir sangat besar sehingga
menimbulkan cahaya panas dan bunyi gelegar yang sangat keras. Tahukah anda
bahwa besarnya tegangan listrik yang berasal dari petir dapat menghidupkan
jutaan kendaraan? Listrik statis (electrostatic)
membahas muatan listrik yang berada dalam keadaandiam (statis).
Listrik statis dapat menjelaskan
bagaimana sebuah penggaris yangtelah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik
potongan-potongan kecil kertas.Gejala tarik menarik antara dua buah benda
seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan
menggunakan konsep muatan listrik. Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua
macam muatan listrik, yaitu muatan positif
dan muatan negatif. Muatan listrik
timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda
yang lain.
Benda yang kekurangan elektron
dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan electron dikatakan
bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat
listrik suatu benda. Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling
tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan
muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan
satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda
bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga
sebagai gaya coulomb.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang
diatas, di tentukan rumusan masalah sebagai berikut :
1. A
2. B
3. C
4. D
5. D
1.3 Tujuan
Penulisan Makalah
Ada pun tujuan dari
kepenulisan makalah ini, yaitu :
1. A
2. B
3. C
BAB 2
Pembahasan
2.1 Listrik Statis
Listrik
statis adalah ketidakseimbangan muatan listrik
dalam atau pada permukaan benda. Muatan listrik tetap ada sampai benda
kehilangannya dengan cara sebuah arus listrik
atau pelepasan muatan lisrik.
Listrik statis kontras dengan arus listrik, yang mengalir melalui kabel atau
konduktor lainnya dan mentransmisikan listrik.
Sebuah
muatan listrik statis dibuat setiap kali dua permukaan terhubung dan terpisah,
dan setidaknya salah satu permukaan memiliki resistensi yang tinggi terhadap
arus listrik (dan karena itu adalah isolator listrik).
Efek listrik statis yang akrab bagi kebanyakan orang karena orang dapat
merasakan, mendengar, dan bahkan melihat percikan sebagai kelebihan muatan
dinetralkan ketika dibawa dekat dengan konduktor listrik yang besar (misalnya,
jalan ke tanah), atau daerah dengan biaya kelebihan polaritas yang berlawanan (positif
atau negatif). Sebuah fenomena kejutan listrik yang akrab - terlebih lagi
pelepasan mautan listrik - yang disebabkan oleh netralisasi muatan.
A. Hukum coloumb
1.
Interaksi Elektostatis antar dua
muatan listrik.
Di
BAB sebelumnya kita telah mempelajari hokum Grafitasi Newton yang menyatakan
bahwa gaya tarik-menarik antara dua benda sebanding dengan hasil kali dua
besaran yang menjadi ciri dari kedua benda tersebut. Ciri yang dimaksud adalah
massa benda. Demikian pula halnya pada gaya listrik antar muatan. Gaya listrik
antar muatan terjadi akibat adanya besaran-besaran yang menjadi ciri dari kedua
muatan tersebut. Besaran ini disebut muatan
listrik Satu perbedaan dari
kedua gaya tersebut adalah pada gaya listrik terdapat dua macam gaya, yaitu gaya tarik-menarik dan gaya tolak-menolak. Adapun dari gaya
Grafitasi Nweton tidak terdapat gaya tolak-menolak, hanya ada gaya
tari-menarik.
Benjamin
Franklin menyarankan agar muatan lisrtik diberi nama muatan
positif dan muatan negative, untuk mrmbedakan muatan-muatan yang menyebabkan
gaya tolak-menolak dengan gaya tarik-menarik. Muatan positif merupakan
muatan-muatan yang sejenis dengan muatan pada batang kaca yang digosokkan
dengan kain sutra, sedangkan muatan negative adalah muatan-muata yang sejenis
dengan muatan pada penggaris plastic yang digosokkan dengan kain wol. Dua benda
yang bermuatan sejenis akan melakukan gaya tarik-menarik.
Cara terbaik dalam mempelajari gejalah kelistrikan
diawali dengan pengetaahuan secara umum tentang pertikel-partikel penyusun
materi. Materi tersusun atas molekul-molekul. Molekul unsure tersusun atas
atom-atom. Atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh
sejumlah electron yang bermuatan negative sehingga muatan total atom sama
denagn nol. Didalam inti atom terdapat proton yang bermuatan positifdan neutron
yang tidak (bermuatan netral).
Suatu
benda dikatakan bermuatan listrik negatif jika benda tersebut kelebihan
electron, sedangkan suetu benda dikatan bermuatan listrik positif jika benda
tersebut kekurangan elektron. Benda yang tidak bermuatab (netral) adlah benda
yang jumlah muatan positifnya sama dengan jumlah muatan negatifnya.
Saat
batang kaca digsok dengan kain sutra maka electron-elektron dari batang kaca
berpindah ke kain sutra sehingga batang kaca kekurangan electron dan bermuatan
positif. Pada penggaris plastik digosok dengan kain wol, electron dari kain wol
berpindah kepenggaris plastic sehingga batang plastik menjadi kelebihan
elektrondan bermuatan negatif.
2. Gaya
Coulomb antar Dua Muatan Titik
Telah
kiketahui bahwa gaya listrik terjadi akibat adanya muatan listrik. Jenis muatan
menentukan gaya listrik tersebut tarik-menarik atau tolak-menolak. Seorang ahli
fisika berkebangsaan Prancis bernama Charles Augustin de Coulomb untuk kali
pertama menyelidiki hubungan antar dua muatan listrik, dalam penelitiannya
tersebut ia menggunakan neraca punter.
2. Resultan
Gaya Coulomb pada Sebuah Muatan Akibat Pengaruh Muatan-Muatan Lain
Secara
umum, gaya total yang bekerja pada sebuah muatan merupakan resulan (panjumlahan
vector) dari gaya-gaya yang bekerja pada muatan tersebut akibat interaksi
dengan muatan-muatan yang ada disekitarnya.
B. Kuat
Medan Listrik
Gaya
antar dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan oleh suatu jarak tertentu
tampak kontak antar keduanya disebut sction
at a distance. Cara pandang lain melihat gaya listrik yaitu,
menggunakan konsep medan. Medan
adalah ruang disekitar benda dimana setiap titik didalam ruang tersebut akan
berpengaruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh benda. Oleh karena partikel yang
dibahas menghasilkan gaya listrik, maka medan disekitar partikel itu disebut medan listrik.
Medan
listrik dapat digambarkan denagn garis-garis listrik yang menjahui (keluar
dari) muatan positif dan mendekati (masuk ke) muatan negative. Kerapatan
garis-faris gaya listrik menggambarkan besarnya kuat medan listrik. Apabila
dalam suatu ruang terdapat dua buah benda bermuatanb listrik yang sama besar.
Benda
bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron atau
proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatif dan
yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positif. Sekelompok
partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu
menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati
partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya dibandingkan dengan
jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan
tersebut dikatakan muatan titik.
Dalam
literatur biasa digunakan huruf q atau Q untuk menyatakan jumlah kelebihan
muatan positif atau negatif pada suatu benda. Dari hasil penelitian menunjukkan
bahwa setiap muatan Q besar atau kecil, positif atau negatif adalah
merupakan kelipatan dari: e =1,602 X 1O-19 C. Di sini e adalah muatan untuk
satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan
muatan listrik. Sifat muatan listrik yaitu :
a)
Benda yang bermuatan listrik sejenis, saling tolak-menolak.
b)
Benda yang bermuatan listrik berlainan jenis, saling tarik menarik.
Dengan
mencermati sifat-sifat dari garis gaya medan listrik maka kita akanmen dapatkan
tiga karakteristik garis-garis gaya medan tersebut sebagai berikut.
a.
Garis gaya medan listrik tidak pernah
berpotongan satu dengan yang lainnya.
b.
Garis-garis gaya medan listrik selalu
mengarah radial ke luar menjauhi muatan positif
dan ke dalam menuju muatan negatif.
c.
Tempat dimana garis-garis gaya medan
listrik rapat menunjukkan medanlistrik yang kuat; sebaliknya tempat dimana
garis-garis gaya medan listrik merenggang menunjukkan medan listrik yang
lemah.
Selain
hal di atas, penting untuk diperhatikan bahwa setiap muatan listrik selalu
menghasilkan garis gaya listrik yang senantiasa menuju kepada muatanyang lebih
negatif. Oleh karenanya kuat medan listrik di alam senantiasa
memberi pengaruh kepada muatan-muatan lainnya termasuk terhadap muatan
listrik yang adadalam tubuh kita. Jika kekuatan medan listrik (dan juga kuat
medan elektromagnet) melebihi ambang batas dapat membahayakan kesehatan
manusia. Rekomendasi Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) tahun 1987 menyebutkan bahwa kuat medan listrik di bawah 104 V/m
atau 104 N/C tidak membahayakan manusia
1.
Kuat Medan Listrik
Akibat Sebuah Muatan Titik
Efek
medan listrik suatu muatan sumber q dapat ditinjau dengan meletakkan suatu
muatan di sekitar medan listrik yang jauh lebih kecil dari pada muatan yang
akan di hitung kuat medannya. Syarat muatan ujio seperti ini bertujuan agar
muatan uji tidak mempengaruhi kuat medan yang akan di ukur.
Arah
kuat medan listrik di suatu titik selalu searah dengan gaya yang dialami oleh
muatan uji positif di titik tersebut sehingga arah kuat medan di suatu titk
oleh muatan positif akan menjauh, sedangkan muatan negative akan mendekat.
C. Hukum Gauss
Setelah
kita mengetahui cara menentukan kuat medan listrik akibat partikel-partikel
bermuatan, bagaimanakah cara menentukan kuat medan listrik akibat suatu
distribusi muatan yang tersebar dalam suatu benda? Untuk menentukan kuat medan
listrik akibat distribusi muatan tertentu, anda dapat menggunakanHukum Gauss.
Hokum Gauss dinyatakan dalam banyaknya garis medan yang keluar dari suatu
permukaan tertutup.
1.
Fluks Listrik
Apabila
terdapat garis-garis gaya listrik dari suatu medan listrik homogeny yang
menembus tegak lurus suatu bidang luas A, jumlah garis-garis gaya listrik
yang menembus tegak lurus bidang tersebut didefinisikan sama dengan perkalian
antara E dean A.
2.
Kuat Medan Listrik pada
Pelat Konduktor
Dalam
suatu konduktor ada banyak sekali partikek-partikelbermuatan, yang
didistribusinya tersebar didalan konduktor sehingga untuk menentukan kuat
medannya dapat digunakan Hukum Gauss. Untuk menghitung kuat medan listrik pada
suatu jarak tertentu, gunakan konsep Hukum Gauss sehingga harus dibuat terlebih
dahulusuatu permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang memudahkan perhitungan
untuk kasus ini adalah berbentuk slinder.
3.
Kuat Medan Listrik pada
Bola Konduktor Berongga
Jika
sebuah bola konduktor berongga atau kulit bola yang berjari-jari diberi muatan
listrik, maka muatan tersebut akan menyebar merata di permukaan bola sehinnga
di dalam bola tidak terdapat muatan.
D. Energi potensial Listrik
dan Potensial Listrik
1.
Energi Potensial
Listrik
Penjelasan
mengenai energy potensial listrik serupa dengan penjelasan mengenai energy
potensial akibat adanya medan gravitas. Energy potensial listrik akan timbul
jika subuah muatan uji didekatkan pada
subuah muatan. Besarnya energy potensial yang timbul pada muatan sebanding
denagn usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb. Perubahan energy
potensial yang terjadi sama dengan isaha yang dilakukan oleh gaya coulomb untuk
berpindah dan dapat dinyatakan dengan persamaan.
2.
Potensial Listrik
a.
Potensial Listrik oleh Sebuah Muatan Titik
b.
Potensial Listrik oleh Beberepa Muatan Titik
Potensi listrik adalah besaran skalar (tidak memiliki
arah) sehingga potensial listrik total di suatu listrik akibat beberapa muatan
lainnya merupakan penjumlahan aljabar biasa dari potensial listrik setiap
muatan tersebut.
c. Potensial
listrik pada Bola Konduktor Berongga
Kita
telah mempelajari tentang kuat medan listrik pada bola
konduktor berongga pada pembahasan sebelumnya, dimana kuat medan listrik di
dalam bola sama dengan nol. Dapat disimpulkan bahwa potensial listrik dalam
bola konduktor berongga sama dengan potensial listrik di permukaan bola
resebut. Oleh karna potensial di seluruh ruang dalam bola konduktor berongga
sama, dapat dikatakan bahwa bidang di dalam bola adalah bidang ekipotensial.
Bidang ekipotensial adalah bidang yang setiap titik pada bidangtersebut
memiliki potensial listrik sama.
3.
Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik
a) Sebuah pertikel
Dipengaruhi oleh Potensial Listrik
Apabila ada partikel hanya terdapat resultan gaya yang
berasal dari gaya coulomb, pada partikel tersebut berlaku hukum kekekalan
Energi Mekanik.
b) Sebuah partikel di
Antara Dua Pelat Sejajar
E. Kapasitor
Kapasitor adalah komponen listrik yang memiliki kemampuan untuk
menyimpan muatan listrik. Pada perinsipnya, kapasitor terdiri atas du permukaan
konduktor yang dipisahkan oleh suatu bahan isolator sehingga kedua permukaan
konduktor tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik.
Pada pembahasan sebelumnya, telah dipelajari sebelumnya
bahwa pada dua buah benda yang bermuatan tidak sejenis akan terdapat gaya
elektrostatis yang tarik-menarik.
Fungsi kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik, yaitu:
a. Untuk menyimpan
muatan listrik dan energi listrik;
b. Untuk memiliki frekuensi
pemancar pada pesawat radio;
c. Sebagai perata
tegangan dalam catu daya ( power supply);
d. Untuk menghilangkan
percikan api pada sistem pengapian mobil.
1. Kapasitas
Kapasitor
Kemampuan kapasitor untuk memperoleh dan menyimpan muatan
listrik disebut kapasitor atau kapasitansi. Satuan kapasitas kapasitor adalah
farad (f). Kapasitas suatu kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan tetap
antara muatan yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua
pelat konduktornya. Suatu kapasitor memiliki kasitansi satu farad apabila beda
potensial sebesar satu volt menghasilkan muatan sebesar satu coulomb pada
kapasitor tersebut.
a. Kapasitas
kapasitor pelat sejajar
b. Dielektrik
Dielektrik adalah bahan isolatoryang digunkan untuk
memisahkan kedua pelat konduktor pada suatu kapasitor pelat sejajar. Pemasangan
dielektrik tersebut dapat meningkatkan kapasitas kapasitor.
Efisiensi relatif suatu bahan sebagai deiletrik di
tujukan oleh konstanta dieletrik (K) dan permitivitas bahan. Konstanta
dieletrik suatu baan di definisikan sebagai perbandingan antara kapasitas
kapasitor pelat sejajar yang menggunakan dieletrik dari bahan tersebut dan
kapasitor pelat sejajajr yang mengggunakan udara sebagai dieletriknya.
Maka dapat di simpulkan bahwa kapasitas kapasitator pelat
sejajar bergantung pada dimensi kapasitator (luas pelat dan jrak pelat) serta
bhan yang mengisi ruang antara kedua pelat. Perlu di ketahui pula bahwa
kapasitas kapasitor tidak bergantung pada muatan yang tersimpan di dalam
kapasitor dan beda potensial antara kedua pelatnya.
2.
Rangkaian Kapasitor
a.
Rangkaian Seri Kapasitor
Tujuan
Merangkai Seri kapasitor yaitu untuk mendapatkan kapasitas kapasitor yang lebih
kecil sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan untuk mendapatkan kapasitas yang lebih
besar maka kapasitor di rangkai secara paralel.
b.
Rangkaian Paralel kapasitor
Tujuannya
yaitu untuk merangkai seri paralel kapasitor yang di rangkai secara paralel.
3.
Energi yang Tersimpan Dalam Kapasitor
Salah
Satu Fungsi kapasitor yaitu untuk menyimpan energi listrik. Jika pada awalnya
beda potensial antara kedua plat kapasitor
sama dengan nol, maka kapasitor tersebut tidak akan menyimpan muatan.
Setelah kapasitor tersebut di hubungkan dengan baterai maka kapasitor akan
terisi oleh muatan hingga beda potensial antara kedua plat kapasitor sama
dengan beda potensial baterai.
BAB
III
Penutup
Tinjauan mengenai konsep kelistrikan dilandasi dari
pembicaraan mengenai listrik statis. Sesuai dengan
namanya, listrik statik merupakan kajian mengenai kelistrikan yang mempelajari
muatan listrik yang dalam keadaan diam. Telah lama orang memperhatikan fenomena
sebuah benda yang dapat menarik benda-benda tertentu.
Keajaiban
yang semula dianggap sebagai sihir ini kemudian terbukti bahwa ada suatu
kejadian fisis yang berkaitan dengan adanya gejala kelistrikan. Gejala
kelistrikan statik baru dipelajari secara intensif oleh Dufay (pada tahun
1700-an) dimana ia berhasil menunjukkan ada dua jenis gejala,yaitu gejala
listrik dapat menimbulkan efek tarik-menarik pada benda tertentu dan gejala
listrik dapat menimbulkan efek tolak-menolak.
Pada
perkembangan selanjutnya didefinisikan bahwa ada dua jenis muatan listrik:
muatan positif danmuatan negatif. Charles Augustin de Coulomb menemukan bahwa
muatan-muatansejenis akan menimbulkan efek tolak-menolak sedangkan
muatan-muatan tidak sejenis akan menimbulkan efek tarik-menarik. Gaya
tarik atau gaya tolak ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara
benda/muatan dan sebandingdengan besarnya muatan benda tersebut.Cara lain dalam
menjelaskan gejala kelistrikan adalah dengan konsepmedan listrik.
Medan
listrik adalah daerah di sekitar muatan dimana pengaruhlistrik masih
berpengaruh pada muatan lain. Kuat medan listrik dapat puladidefinisikan
sebagai hasil bagi gaya Coulomb yang bekerja pada muatan ujidengan besar muatan uji tersebut. Kuat medan
listrik termasuk besaran vektor.Oleh karena itu kuat medan listrik di
suatu titik akibat adanyabeberapa muatansumber merupakan jumlah vektor
(resultan)dari vektor-vektor kuat medan
listrik yang dihasilkan oleh masing-masing muatan sumber. Konsep energi
juga bergunadalam kelistrikan.
Gaya
listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan uji positif oleh suatu muatan
sumber negatif adalah mengarah ke muatannegatif. Dalam analogi muatan listrik dengan benda di permukaan bumi, muatan negativedianggap
sebagai bumi dan muatan positif sebagai benda yang jatuh (atausebaliknya).
Muatan
positif q jatuh dari energi potensial lebih tinggi ke energi potensial
lebih rendah.Seiring dengan demikian akibat usaha yang dilakukan padamuatan
positif untuk berpindah maka telah terjadi pengurangan energi potensial.Dalam
konsep medan listrik dibedakan antara pengertian potensial listrik
(V) Dengan energi potensial listrik (Ep).
Sebuah
muatan sumber menimbulkan medanlistrik pada setiap titik dalam ruangan sferis
di sekitarnya. Kapasitor pada prinsipnya
merupakan komponen elektronika yang terdiri dari dua buah konduktor (dalam
hal ini berbentuk pelat) yang berlawanan muatan, digunakan untuk menyimpan
muatan listrik.
Kapasitas
suatu kapasitor sejajar adalah: sebandingdengan luas keping, berbanding
terbalik dengan jarak pisah antara kedua keping,dan sebanding dengan
permitivitas bahan penyekat (dielektrik).
