MEDAN LISTRIK

MEDAN LISTRIK

• Ada dua jenis muatan listrik yang diberi nama positif dan negatif. Muatan listrik selalu merupakan kelipatan bulat dari satuan muatan dasar e. Muatan dari elektron adalah – e dan proton + e.Benda menjadi bermuatan akibat adanya perpindahan muatan dari satu benda ke benda lainnya, biasanya dalam bentuk elektron. Muatan bersifat kekal. Muatan tidak diciptakan maupun dimusnahkan pada proses pemberian muatan, tetapi hanya berpindah tempat.
• Gaya yang dilakukan oleh satu muatan kepada muatan lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan muatan-muatan. Besamya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan-muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Gaya akan tolak­menolak jika muatan-muatan mempunyai tanda yang sama dan akan tarik menarik jika mempunyai tanda yang tidak sama. Hasil ini dikenal sebagai Hukum Coulomb :

di mana k adalah tetapan Coulomb yang mempunyai harga

k = 8,99×10⁹ N.m² /C²

• Medan listrik di suatu titik akibat suatu sistem muatan didefinisikan sebagai gaya yang dilakukan oleh muatan-muatan tersebut pada suatu muatan uji positif q_o dibagi dengan q_o :

• Medan listrik pada titik P akibat suatu muatan titik q_i pada titik      adalah :

di mana r_io adalah jarak dari muatan q_i ke titik P dan   adalah vektor satuan yang mengarah dari q_i ke P. Medan listrik akibat beberapa muatan merupakan jumlah vektor dari medan akibat masing-masing muatan :

• Medan listrik dapat digambarkan dengan garis-garis medan listrik yang bermula dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif. Kuat medan listrik ditunjukkan dengan kerapatan dari garis-garis medan tersebut.
• Dipol listrik adalah suatu sistem yang terdiri dari dua muatan yang sama besar berlawanan tanda dan dipisahkan oleh jarak yang kecil. Momen dipol    adalah suatu vektor yang mempunyai harga sama dengan muatan dikali dengan jarak dan mempunyai arah dari muatan negatif ke muatan positif :

Medan listrik yang letaknya jauh dari suatu dipol berbanding lurus dengan momen dipol dan berkurang dengan pangkat tiga dari jaraknya.

• Di dalam suatu medan listrik homogen, gaya total pada suatu dipol adalah nol, tetapi ada suatu torka yang diberikan oleh

yang cenderung untuk mengarahkan momen dipol pada arah medan. Energi potensial dari suatu dipol di dalam medan listrik diberikan oleh

Di mana energi potensial diambil nol pada saat dipol tegak lurus medan listrik. Di dalam medan listrik yang tidak homogen, akan ada gaya total pada dipol.

• Molekul polar, seperti H₂0, mempunyai momen dipol permanen sebab pusat positif dan pusat negatifnya tidak berimpit. Mereka berperilaku seperti dipol sederhana di dalam suatu medan listrik. Molekul-molekul nonpolar tidak mempunyai momen dipol permanen, tetapi mereka dapat memperoleh momen dipol induksi dengan adanya medan listrik.

ARUS LISTRIK

Arus listrik adalah laju aliran muatan yang melalui suatu luasan penampang melintang. Berdasarkan konvensi, arahnya dianggap sama dengan arah aliran muatan positif. Dalam kawat penghantar, arus listrik merupakan hasil aliran lambat elektron­-elektron bermuatan negatif yang dipercepat oleh medan listrik dalam kawat dan kemudian segera bertumbukan dengan atom-atom konduktor. 

Biasanya, kecepatan drift elektron-elektron dalam kawat memiliki orde 0,01 mm/s. Resistansi suatu segmen kawat didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan jatuh pada segmen dan arus. Dalam material ohmik, yang meliputi banyak material, resistansi tidak bergantung pada arus, suatu hasil eksperimen yang dikenal sebagai hukum Ohm. Untuk semua material, beda potensial, arus, dan resistansi dihubungkan oleh

V=IR

Resistansi suatu kawat sebanding dengan panjangnya dan berbanding terbalik dengan luas penampang lintangnya di mana ρ adalah resistivitas material, yang bergantung pada temperatur. Kebalikan dan resistivitas disebut konduktivitas, Daya yang diberikan ke suatu segmen rangkaian sama dengan hasil kali arus dan tegangan jatuh pada segmen :

P=IV

Alat yang memberikan energi ke suatu rangkaian disebut sumber ggl. Daya yang diberikan oleh sumber ggl adalah hasil kali dari arus. Daya yang didisipasikan dalam resistor diberikan oleh Sebuah baterai ideal adalah sumben ggl yang menjaga beda potensial tetap konstan pada terminal-terminalnya dan tidak bergantung arus. Baterai real dapat dianggap sebagai sebuah baterai yang disusun secara seri dengan sebuah resistansi kecil yang disebut resistansi internalnya. Resistansi ekivalen sekumpulan resistor yang diseri sama dengan penjumlahan resistansi-resistansinya :

R_eq =R₁ +R₂ +R₃ + ….    

resistor disusun seri Untuk sekumpulan resistor yang disusun paralel, kebalikan reistansi ekivalen sama dengan penjumlahan dari kebalikan resistansi masing-masing

MEDAN MAGNET

Muatan bergerak berinteraksi satu sama lain melalui gaya magnetik. Karena arus listrik terdiri atas muatan yang bergerak, arus listrik itu juga mengerahkan gaya magnetik satu sama lain. Gaya ini diuraikan dengan mengatakan bahwa satu muatan bergerak atau arus menciptakan medan magnetik yang selanjutnya mengerahkan gaya pada muatan bergerak atau arus lain. Akhirnya, seluruh medan magnetik itu diabaikan oleh muatan yang bergerak.

Apabila muatan q bergerak dengan kecepatan      dalam medan magnetik       , muatan itu mengalami gaya. Gaya pada elemen arus diberikan oleh Satuan SI medan magnetik ialah tesla (T). Satuan yang lazim digunakan ialah gauss (G), yang dihubungkan dengan tesla oleh

1  T = 10⁴ G

Partikel yang bermassa m dan muatan q yang bergerak dengan kecepatan dalam bidang yang tegak lurus terhadap medan magnetik bergerak dalam orbit lingkaran dengan jari-jari r diberikan oleh Periode dan frekuensi gerak melingkar ini tidak bergantung pada jari-jari orbitnya atau kecepatan partikelnya. Periode, yang disebut periode siklotron, diberikan oleh Frekuensi, yang disebut frekuensi siklotron, diberikan oleh Pemilih kecepatan menghasilkan medan listrik dan magnetik silang sedemikian rupa sehingga gaya listrik dan gaya magnetik seimbang untuk partikel yang kecepatannya diberikan oleh Perbandingan massa-terhadap-muatan suatu ion yang kecepatannya diketahui dapat ditentukan dengan mengukur jari-­jari lintasan melingkar yang diambil oleh ion tersebut dalam medan magnetik yang diketahui dalam suatu spektrometer massa.

Simpal arus dalam medan magnetik seragam berperlaku sebagai dipol magnetik dengan momen magnetik      yang diberikan oleh dengan N merupakan jumlah lilitan, A merupakan luas penampang simpal, I merupakan arus, dan      merupakan vektor satuan yang tegak lurus terhadap bidang simpal dalam arah yang diberikan oleh kaidah tangan kanan. Apabila suatu dipol magnetik berada dalam medan magnetik, dipol itu mengalami momen-gaya (torsi) yang diberikan oleh yang cenderung menyebariskan momen magnetik simpal arus dengan medan-luar. Gaya total pada simpal arus dalam suatu medan magnetik seragam ialah nol.

Magnet batang juga mengalami momen-gaya dalam medan magnetik. Momen-gaya yang diukur secara percobaan dapat digunakan untuk menentukan momen magnetik magnet batang dari. Kekuatan kutub magnet batang q_m dapat didefinisikan dengan menulis gaya yang dikerahkan pada kutub sebagai . Kutub magnetik utara memiliki kekuatan kutub positif dan kutub selatan memiliki kekuatan kutub negatif.