MAKALAH FISIKA LISTRIK STATIS SMK YASEMI KARANGRAYUNG BY HERI KHUSNUL

MAKALAH FISIKA

Listrik Statis

Disusun Oleh :

	1.                 HERI AHMAD KUSNUL 2.                DIDIK SETIAWAN 3.                RAHMAT EKO PRASETYO 4.                PURJIYO 5.                SUDARMINTO

 

                  

Kelas XI TKR 2 

SMK YASEMI KARANGRAYUNG

TAHUN PELAJARAN

2014/2015

KATA PENGANTAR

       Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah tentang Listrik Statis ini dengan baik meskipun banyak kekurangan didalamnya. Dan juga kami berterima kasih pada Ibu Devi Oktaviani,S.Pd selaku Guru mata Pelajaran kimia yang telah memberikan tugas ini kepada kami.

       Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai Listrik Statis. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam makalah ini terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa saran yang membangun.

       Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya Makalah yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan.

Karangrayung , Februari 2015

Penyusun

DAFTAR ISI

BAB 1

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang ………………………………………………………………

B. Rumusan Masalah    ………………………………………………………

BAB II

PEMBAHASAN

Gaya Coulomb     …………………………………………………………….

Medan Listrik       ………………………………………………..…..………

Potensial Listrik Dan Energy Potensial Muatan   ……………………………..

Distribusi Muatan Pada Bola Konduktor Pejal …………………………………

Distribusi Muatan Pada Bola Konduktor Berongga…………………………….

Kuat Medan Listrik Antara Dua Pelat Sejajar Bermuatan………………………

Kapasitor………………………………………………………………………..

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan…………………………………………………………………….

Saran………………………………………………………………………….

Daftar Pustaka………………………………………………………..

BAB 1

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Di dalam kehidupan kita sehari-hari kata listrik bukan merupakan hal yang asing lagi. Banyak peralatan rumah tangga yang menggunakan listrik, misalnya setrika, radio, televisi, lemari es, kipas angin, mesin jahit listrik, magic jar, dan mesin cuci. Hal ini menunjukkan bahwa di dalam kehidupan kita energi listrik sudah menjadi kebutuhan pokok. Oleh karena itu penting bagi kita untuk mempelajari listrik. Dalam ilmu fisika, listrik dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis mempelajari sifat kelistrikan suatu benda tanpa memperhatikan gerakan atau aliran muatan listrik.
 

Dalam ilmu fisika disebut elektrostatika. Sebaliknya, jika memperhatikan adanya muatan listrik yang bergerak atau mengalir, maka disebut listrik dinamis atau elektrodinamika. Thales dari Milete (540 – 546 SM) adalah ahli pikir Yunani purba, yang menurut sejarahnya bahwa gejala listrik statis terjadi pada batu ambar yang digosok dengan bulu. Ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda ringan yang lain misalnya bulu ayam. Dalam bahasa Yunani batu ambar sering disebut elektron.

Benda-benda tertentu yang telah digosok dapat menarik benda-benda kecil yang ada di sekitarnya. Benda-benda yang telah digosok dan dapat menarik benda kecil yang ada di sekitarnya ini disebut benda yang telah bermuatan listrik.

Benjamin Franklin (1706-1790) adalah seorang negarawan terkemuka dan membantu dalam penyusunan undangundang Amerika Serikat. Dia juga seorang pengarang, penerbit, filsuf, dan ilmuwan. Selain penangkal petir, dia menciptakan kursi goyang, kompor berbahan bakar kayu, dan kacamata dua fokus. Pada tahun 1770, dia menemukan arus hangat di Samudra Atlantik yang diberi nama Gulf Stream (Arus Teluk).

Cara tradisional untuk memperoleh benda bermuatan listrik bisa dilakukan dengan gosokan. Jika dua benda saling digosokkan, maka elektron dari benda yang satu akan pindah ke benda yang lain, sehingga benda yang kehilangan elektron akan bermuatan positif dan benda yang menerima pindahan elektron akan bermuatan negatif. Menurut Benjamin Franklin (1706–1790), adanya perpindahan muatan dari benda satu ke benda yang lain merupakan implikasi dari hukum kekekalan muatan, artinya pada saat terjadi gosokan antara dua benda, tidak menciptakan muatan listrik baru namun prosesnya merupakan perpindahan muatan dari satu benda ke benda yang lain.

Sebenarnya untuk perpindahan elektron antara dua benda keduanya tidak perlu digosok-gosokkan, cukup dikontakkan atau ditempelkan saja, tetapi dengan saling digosokkan, maka perpindahan elektron akan lebih mudah. Mengapa?

Jika ingin memperoleh logam bermuatan dengan cara gosokan, maka logam itu harus diisolasi dari tanah agar muatannya tidak dinetralkan, karena adanya aliran elektron ke tanah bila bendanya bermuatan negatif, atau sebaliknya elektron dari tanah bila benda tersebut bermuatan positif. Atau jika pemegang tidak pakai sepatu yang bersifat isolator maka muatan listrik bisa mengalir melalui tangan, badan, dan kaki si pembuat eksperimen.

Seorang ahli telah menyusun deret benda-benda, lihat Tabel 7.1! Deret benda tersebut menunjukkan bahwa benda akan memperoleh muatan negatif bila digosok dengan sembarang benda di atasnya, dan akan memperoleh muatan positif bila digosok dengan benda di bawahnya. Deret semacam ini dinamakan deret tribolistrik.

B. Rumusan Masalah

ü Apa yang dimaksud dengan Listrik Statis?

ü  

BAB II

LANDASAN TEORI

a.     GAYA COULOMB

Hukum Coulomb

Tinjaulah interaksi antara dua benda bermuatan yang dimensi geometrinya dapat diabaikan terhadap jarak antar keduanya. Maka dalam pendekatan yang cukup baik dapat dianggap bahwa kedua benda bermuatan tersebut sebagai titik muatan. Charles Augustin de Coulomb(1736-1806) pada tahun 1784 mencoba mengukur gaya tarik atau gaya tolak listrik antara dua buah muatan tersebut. Ternyata dari hasil percobaannya, diperoleh hasil sebagai berikut:

Pada jarak yang tetap, besarnya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan dari masing-masing muatan.

-          Besarnya gaya tersebut berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.

-          Gaya antara dua titik muatan bekerja dalam arah sepanjang garis penghubung yang lurus.

-          Gaya tarik menarik bila kedua muatan tidak sejenis dan tolak menolak bila kedua muatan sejenis.

Hasil penelitian tersebut dinyatakan sebagai hukum Coulomb, yang secara matematis:

k adalah tetapan perbandingan yang besarnya tergantung pada sistem satuan yang digunakan. Pada sistem SI, gaya dalam Newton(N), jarak dalam meter (m), muatan dalam Coulomb ( C ), dan k mempunyai harga :

sebagai konstanta permitivitas ruang hampa besarnya = 8,854187818 x 10-12 C2/Nm2. Gaya listrik adalah besaran vektor, maka Hukum Coulomb bila dinyatakan dengan notasi vector menjadi :

Dimana r12 adalah jarak antara q1 dan q2 atau sama panjang dengan vektor r12, sedangkan r12 adalah vektor satuan searah r12. Jadi gaya antara dua muatan titik yang masing-masing sebesar 1 Coulomb pada jarak 1 meter adalah 9 x 109 newton, kurang lebih sama dengan gaya gravitasi antara planet-planet.

Dua muatan listrik sejenis tolak-menolak dan dua muatan listrik tidak sejenis tarik-menarik. Ini berarti antara dua muatan listrik timbul gaya listrik (tolak-menolak atau tarikmanarik). Hubungan gaya tarik atau tolak antara dua bola bermuatan dengan jarak kedua muatan diteliti oleh seorang pakar fisika berkebangsaan Prancis bernama Charles Coulomb, pada 1785. 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 q_o, besarnya muatan tersebut dapat dikurangi ingga menjadi 1/2 q_o 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 adalah :

"besarnya gaya tarik-menarik 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."

sehingga persamaan yang dapat ditulis menjadi :

Keterangan : F : Gaya Colulomb ( N )

k : Bilangan konstanta 1/4πε = 9.10⁹ Nm²/C²

q₁,q₂ : Muatan listrik pada benda 1 dan 2 ( C )

r : Jarak antara dua muatan ( m )

Agar lebih mudah dimengerti perhatikan ilustrasi gambar di bawah ini.

Gambar 1 Gambar 2

Pada gambar 1 partikel memiliki muatan yang berbeda, sehingga partikel tersebut saling tarik menarik. kedua partikel tersebut memiliki jarak sehingga dapat mempengaruhi besar gaya coulomb yang dihasilkan. Sama halnya dengan gambar 2 yang memiliki muatan yang sama sehingga terjadi tolak-menolak antar kedua muatan tersebut. Kedua muatan terpisah dengan jarak r. Semakin besar jarak antara kedua partikel tersebut maka semakin kecil gaya Coulombnya. Sehingga jarak kedua partikel menjadi berbanding terbalik dengan F ( gaya Coulomb).Gaya Coulomb sebanding dengan kedua muatannya.

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.

Seperti yang sudah dibahas sebelumnya gaya coulomb merupakan gaya interaksi pada dua partikel yang memiliki jarak. Bagaimana dengan interaksi dengan tiga partikel muatan listrik yang saling berinteraksi ? Kita dapat mencari gaya coulomb dengan cara menjumlahkan vektor dari gaya yang dihasilkan tiap partikel yang menjadi acuannya. Ada beberapa keadaan yang dapatkita hitung dengan gaya rersultannya.

1 Posisi partikel segaris.

Perhatikan gambar di atas. Partikel pada gambar tersebut posisinya segaris dengan posisi partikel yang lainnya. Pada gambar tersebut partikel yang dihitung resultannya adalah F₁. Ingat bahwa gaya coulomb merupakan besaran vektor. Jadi arah vektor sangat menentukan besarnya resultan yang terjadi pada F₁. Sehingga persamaan untuk partikel yang sejajar adalah :

Seperti pada gambar sebelumnya terlihat bahwa arah vektor yang dihasilkan berbeda pada setiap penghitungan gaya masing-masing muatan. Gaya yang arah vektornya ke kanan maka dianggap positif dan gaya yang arahnya ke kiri maka dianggap negatif. jadi penjumlahan resultan vektor pada haya Coulomb tergantung pada arah dari vektor itu sendiri.

2. Posisi Partikel tidak sejajar

 

Gambar di atas terlihat bahwa partikel dalam posisi tida segaris. Sehingga dalam posisinya memiliki sudut antara partikel yang lain. Pada gambar ini yang dicari F resultannya adalah F₁. F₁₃ merupakan interaksi pada partikel q₁ dan q₃ yang merupakan saling tolak menolak. F₁₂ merupakan interaksi gaya pada q₁ dan q₃ dan saling tarik menarik. Jika dihubingkan seperti pada gambar akan membentuk sudut Θ sehingga F resultan ada pada F₁. Sehingga persamaan gaya resultannya akan menjadi :

B. MEDAN LISTRIK

Interaksi listrik antara partikel bermuatan dapat dirumuskan dengan menggunakan konsep medan listrik. Untuk menjelaskan pengertian medan listrik, perlu kiranya difahami dahulu arti medan itu sendiri. Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga pada tiap titik dalam ruang. Suatu muatan listrik menghasilkan medan listrik di daerah sekeliling muatan tersebut. Selanjutnya medan ini mengerjakan gaya pada setiap muatan lainnya yang berada pada daerah tersebut.

Dengan demikian, medan listrik atau medan gaya listrik dapat diartikan sebagai besaran yang memiliki harga gaya listrik pada tiap titik dalam ruang tersebut.

Gambar 4.1.8 Ilustrasi Medan Listrik

Misalkan benda A bermuatan q menghasilkan medan listrik di titik P. Bila di titik P diletakkan benda B bermuatan q_o, maka medan listrik ini mengerjakan gaya F pada muatan B. Jika besar muatan benda B adalah q_o, maka didefinisikan medan listrik (E) itu sebagai gaya (F) yang dialami oleh benda B per satuan muatan q_o.

E = F/q_o =k = k=  ...........................................................(4.1.3)

Jadi, medan lisrik itu adalah gaya per satuan muatan, dan medan listrik merupakan besaran vektor.

Medan listrik dapat digambarkan dengan garis-garis gaya listrik yang menjauh (keluar) dari muatan positif dan masuk muatan negatif. Garis-garis digambar simetris, meninggalkan atau masuk ke muatan. Jumlah garis yang masuk/meninggalkan muatan sebanding dgn besar muatan. Kerapatan garis-garis pada sebuah titik sebanding dengan besar medan listrik di titik itu. Gari-garis gaya itu, tidak ada yang berpotongan. Garis-garis medan listrik di dekat tiap muatan hampir radial. Garis-garis medan listrik yang sangat rapat di dekat setiap muatan menunjukkan medan listrik yang kuat di sekitar daerah ini. Perhatikan Gambar 4.1.10.

Gambar 4.1.10. Garis-garis gaya

Jika medan listrik di suatu titik itu disebabkan oleh banyak muatan, maka kuat medan listrik E adalah merupakan jumlah vektor medan oleh masing-masing muatan itu.

E =E₁ + E₂ + E₃ + . . .  = Σ E_i

E =  +  + . . .

E =  .....................................................................(4.1.4)

Benda yang bermuatan listrik dikelilingi sebuah daerah yang disebut medan listrik. Dalam medan ini, muatan listrik dapat dideteksi. Menurut Faraday (1791- 867), suatu medan listrik keluar dari setiap muatan dan menyebar ke seluruh ruangan. Untuk memvisualisasikan medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan serangkaian garis untuk menunjukkan arah medan listrik pada berbagai titik di ruang, yang disebut garis-garis gaya listrik. Untuk lebih jelasnya lihatlah gambar ilustrasi berikut.

 

Gambar a merupakan partikel bermuatan positif. Garis-garis yang keluar dari partikel a disebut dengan medan listrik. Arah medan listrik pada gambar a keluar dari partikel bermuatan positif. Perhatikan pada gambar b, pada gambar tersebut merupakan partikel bermuatan negatif. sama dengan gambar a garis-garis yang ada pada gambar b merupakan medan listrik. Bedanya dengan partikel bermuatan positif, arah medan listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah partikel. Dari pembahasan ini kita dapat menjelaskan bagaimana dua partikel yang sejenis tolak-menolak dan partikel yang lain jenis tarik menarik. Agar lebih jelas perhatikan ilustrasi gambar berikut ini.

                                             

Gambar a merupakan interaksi dua partikel yang berlainan jenis. Perhatikan garis medan listriknya, garis dari partikel postif menuju partikel negatif.Ini menjeelaskan mengapa dua partikel tersebut dapat tarik menarik. Pada gambar b dapat kita lihat partikel yang muatanya sama. Garis medan listrik pada partikel tersebut saling menjauhi satu sama lain. Sehingga kedua partikel tersebut saling tolak-menolak.

 Besar Medan Listrik

Ukuran kekuatan dari medan listrik pada suatu titik, didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan pada muatan listrik yang ditempatkan pada titik tersebut, yang disebut kuat medan listrik (E ). Jika gaya listrik F dan muatan adalah q, maka secara matematis kuat medan listrik dirumuskan:

Persamaan persamaan di atas untuk mengukur medan listrik di semua titik pada ruang, sedangkan medan listrik pada jarak r dari satu muatan titik Q adalah:

Sehingga menjadi : 

Keterangan E : Medan Listrik ( N/C )

                 k : Bilangan Konstanta ( Nm² /C²)

                 q,Q : Muatan Listrk ( C )

                 r : Jarak antara muatan ( m )

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

C. POTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL MUATAN

1. Energi Potensial Listrik

Konsep energi sangat berguna dalam mekanika. Hukum kekekalan energi memungkinkan kita memecahkan persoalan-persoalan tanpa perlu mengetahui gaya secara rinsi. Sebagai contoh gaya gravitasi menarik suatu benda menuju ke permukaan bumi. Baik gaya gravitasi Fg maupun kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi=g) berarah vertikal ke bawah.

Jika mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, itu berarti kita melakukan usaha pada benda, dan sebagai akibatnya energi potensial gravitasi benda bertambah

( gambar 1)

Konsep energi juga berguna dalam listrik. Gaya listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan Uji positif q’ oleh suatu muatan negatif adalah mengarah ke muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E= F/q’, juga mengarah ke muatan negatif.

Untuk menggerakkan muatan uji menjauhi muatan negatif, kita harus melakukan usaha pada muatan uji. Sebagai akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (gambar 2).

Gamba  1                                             Gambar 2

Konsep energi potensial listrik, mirip dengan konsep energi potensial garavitasi. Untuk itu kita akan menurunkan rumus Energi Potensial Listrik sebagai berikut :

Usaha yang dilakukan gaya (Fw), untuk memindahkan muatan penguji +q’, dari titik P ke Titik Q adalah W =- Fw . S = -Fw.Δr=-F.(r2-r1)

W  adalah besaran skalar, gaya F diberi tanda (-) negatif karena gaya Coulomb berlawanan arah dengan arah perpindahah Fw=Fq = gaya Coulomb.

W = -k.Q q’/r1  2 x (r2-r1) = – kQ.q’/r1.r2 (r2-r1)

W = -k Q.q'(1/r1 – 1/r2)= k Q.q'(1/r2-1/r1)

W = k Q.q'(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1

Jadi usaha yang dilakukan W= pertambahan energi Potensial.

Kesimpulan : Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji  +q’ dari suatu titik ke titik lainnya.

Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga,sehingga r2= ˜ dan 1/r2=0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi Potensial Listrik dari dua muatan Q dan q’ adalah :

Ep = k Q.q’/r,     EP termasuk besaran skalar

E= Energi Potensial Listrik satuannya Joule

k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2, r= jarak (m)

Q + muatan sumber, q’= muatan uji (Coulomb)

2. Potensial Listrik (V)

Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan penguji , rumus potensial listrik sebagai berikut :  V = Ep /q’  atau seperti pada gambar berikut

Potensial listrik di titik P dirumuskan :

V = k Q/r

V = Potensial Listrik (Volt)

k = Konstanta Listrik = 9.109 NC-2 m2

Q = Muatan sumber (Coulomb)

r = jarak dari muatan sampai titik P

C. DISTRIBUSI MUATAN PADA BOLA KONDUKTOR PEJAL

Jika konduktor pejal dalam keadaan setimbang membawa suatu muatan, maka muatan itu tinggal di permukaan luar konduktor tersebut. Medan listrik di luar konduktor tersebut tegak lurus dengan permukaannya dan medan listrik pada bagian dalamnya bernilai nol.

Selanjutnya akan ditunjukkan bahwa pada setiap titik di permukaan konduktor bermuatan dalam keadaan setimbang memiliki potensial listrik yang sama. Tinjau dua titik A dan B pada permukaan konduktor bermuatan tersebut seperti pada gambar berikut.

Sepanjang lintasan yang menghubungkan kedua titik A dan B, medan E selalu tegak lurus dengan perpindahan ds; sehingga E . ds = 0. Dengan menggunakan hasil ini dan persamaan 25.3, dapat disimpulkan bahwa beda potensial antara A dan B adalah nol:

Hasil ini berlaku untuk dua titik pada permukaan konduktor. Dengan demikian, V konstan pada semua bagian permukaan konduktor bermuatan dalam keadaan setimbang. Dengan kata lain, permukaan konduktor bermuatan yang berada dalam kesetimbangan elektrostatik merupakan permukaan ekipotensial, karena medan listrik bernilai nol di dalam konduktor, sehingga dapat disimpulkan bahwa potensial listrik adalah konstan pada semua bagian konduktor dan nilainya sama dengan potensial listrik di permukaan konduktor.Karena itu pula, tidak diperlukan usaha untuk memindahkan muatan uji dari bagian dalam suatu konduktor bermuatan ke permukaannya.

Tinjau sebuah bola konduktor logam yang pejal dengan jari-jari R dan memiliki muatan positif total Q. Medan listrik di luar bola tersebut adalah k Q/r₂ dan mengarah radial ke luar. Potensial listrik di dalam dan di permukaan bola adalah k Q/R.

Ketika sebuah muatan ditempatkan pada permukaan konduktor sferis, rapat muatan di permukaan adalah seragam. Akan tetapi, jika konduktor tersebut tidak sferis, maka rapat muatan permukaannya tinggi pada tempat yang radius kelengkungannya kecil, dan kerapatannya rendah pada radius kelengkungan yang besar. Karena medan listrik di luar konduktor sebandong dengan rapat muatanpermukaan, tampak bahwa medan listrik besar di sekitar titik cembung yang memiliki radius kecil dan mencapai nilai sangat tinggi pada titik-titik yang lancip.

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung kuat medan listrik dari suatu system muatan yang terdistribusi seragam. Tetapi kita batasi masalah kita untuk konduktor-konduktor
yang memiliki simetri tinggi, seperti: konduktor dua keeping sejajar dan konduktor bola pejal yang distribusi muatannya seragam.

Misalkan luas tiap keeping A dan masing-masing keeping diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis +q dan –q. Kita definisikan rapat muatan listrik, _, sebagai muatan.

persatuan luas:
      q
s = –
     A
       s
E = –
      E0

D. DISTRIBUSI MUATAN PADA BOLA KONDUKTOR BERONGGA

Jika konduktor bola berongga diberi muatan, maka muatan itu tersebar merata di permukaan bola (di dalam bola itu sendiri tak ada muatan). Untuk menentukan kuat medan listrik di dalam bola, pada kulit bola, dan di luar bola, kita dapat gunakan hukum Gauss.

Untuk menentukan medan listrik di dalam bola dengan menggunakan hukum Gauss, pertama-tama kita buat permukaan Gauss di dalam bola (r<R). Muatan yang dilingkupi oleh permukaan sama dengan nol sebab di dalam bola tidak ada muatan (q=0).

Gambar 4.1.19. Konduktor bola berongga

Dengan menggunakan persamaan:

EA = 

E = 

Jadi, di dalam bola kuat medan listrik sama dengan nol.

Sekarang, kita buat permukaan II Gauss di luar bola (r > R). Muatan yang dilingkupi oleh permukaan II ini sama dengan muatan bola q, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1.19. Kuat medan listrik di luar bola, yaitu:

EA = 

E =  ...................................................(4.1.9)

Medan Listrik Pada Bola Konduktor Berongga

Jika sebauh bola konduktor dimuati ( misal muatan positif ), maka distribusi muatan tersebut akan mengikuti sifat interaksi muatan. Karena muatan-muatan sejenis tolak-menolak, maka distribusi muatan pada bola konduktor bola berongga berada dipermukaan bola, sedang di dalam bola tidak terdapat muatan.

• Maka Besarnya kuat medan listrik di a ( di dalam bola )
   jari-jari < r adalah nol ( E_a = 0 ).

• Besarnya medan listrik dipermukaan bola dapat dihitung dengan rumus
   E = kQ/r² dengan r jari-jari bola; dan

• Besarnya kuat medan listrik di luar bola konduktor beronga dapat dihitung dengan rumus
   E = kQ/R² dengan R jarak titik yang ditinjau dihitung dari pusat bola.

Bila konduktor bola berongga diberi muatan maka muatan itu tersebar merata di permukaan
bola (di dalam bola itu sendiri tidak ada muatan).

Di dalam bola (r<R) – E = 0

Di kulit dan di luar bola (r _ R) – E = R

F. KUAT MEDAN LISTRIK ANTARA DUA PELAT SEJAJAR BERMUATAN

Dua plat sejajar yang bermuatan listrik dapat menyimpan energi listrik karena medan listrik timbul di antara dua plat tersebut. Kuat medan listrik di dalam dua plat sejajar yang bermuatan listrik adalah Yaitu: σ = rapat muatan dari plat yang memiliki satuan C/m2 ε0 = permitivitas ruang hampa Kita juga dapat menghitung kuat medan listrik dari sebuah bola konduktor berongga yang bermuatan listrik, yaitu sebagai berikut. Di dalam bola (r < R), E = 0 Di kulit atau di luar rongga (r > R), Gaya Coulomb Gaya coulomb atau gaya listrik yang timbul antara benda-benda yang bermuatan listrik dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebanding besar muatan listrik dari tiap-tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda bermuatan listrik tersebut. gaya coulomb antara dua benda bermuatan listrik Jika benda A memiliki muatan q1 dan benda B memiliki muatan q2 dan benda A dan benda B berjarak r satu sama lain, gaya listrik yang timbul di antara kedua muatan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut Yaitu: F = gaya listrik atau gaya coulomb (newton ) k = konstanta kesebandingan yang besarnya 9 x 109 N m2 C–2 muatan q dihitung dalam satuan coulomb (C) konstanta k juga dapat ditulis dalam bentuk dengan ε0 adalah permitivitas ruang hampa yang besarnya 8,85 x 10–12 C2 N–1 m–2 Gaya listrik merupakan besaran vektor sehingga operasi penjumlahan antara dua gaya atau lebih harus menggunakan konsep vektor, yaitu sesuai dengan arah dari masing-masing gaya. Secara umum, penjumlahan vektor atau resultan dari dua gaya listrik F1 dan F2 adalah sebagai berikut: 1. Untuk dua gaya yang searah maka resultan gaya sama dengan penjumlahan dari kedua gaya tersebut. Adapun, untuk dua gaya yang saling berlawanan, resultan gaya sama dengan selisih dari kedua gaya R = F1 + F2 dan R = F1 – F2 2. Untuk dua gaya yang saling tegak lurus, besar resultan gayanya adalah 3

G. KAPASITOR

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia "condensatore", bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau SpanyolCondensador.

• Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

 Lambang kondensator (mempunyai kutub) pada skema elektronika.

• Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju.

 Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika.

Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).

Satuan dari kapasitansi kondensator adalah Farad (F). Namun Farad adalah satuan yang terlalu besar, sehingga digunakan:

• Pikofarad () = 
• Nanofarad () = 
• Microfarad () = 

Kapasitansi dari kondensator dapat ditentukan dengan rumus:

 : Kapasitansi

 : permitivitas hampa

 : permitivitas relatif

 : luas pelat

 :jarak antar pelat/tebal dielektrik

Adapun cara memperbesar kapasitansi kapasitor atau kondensator dengan jalan:

1.     Menyusunnya berlapis-lapis.

2.     Memperluas permukaan variabel.

3.     Memakai bahan dengan daya tembus besar.

Berdasarkan bahan Isolator dan nilainya, Kapasitor dapat dibagi menjadi 2 Jenis yaitu Kapasitor Nilai Tetap dan Kapasitor Variabel. Berikut ini adalah penjelasan singkatnya untuk masing-masing jenis Kapasitor .

1. Kapasitor Keramik (Ceramic Capasitor)

Kapasitor Keramik adalah Kapasitor yang Isolatornya terbuat dari Keramik dan berbentuk bulat tipis ataupun persegi empat. Kapasitor Keramik tidak memiliki arah atau polaritas, jadi dapat dipasang bolak-balik dalam rangkaian Elektronika. Pada umumnya, Nilai Kapasitor Keramik berkisar antara 1pf sampai 0.01µF.

Kapasitor yang berbentuk Chip (Chip Capasitor) umumnya terbuat dari bahan Keramik yang dikemas sangat kecil untuk memenuhi kebutuhan peralatan Elektronik yang dirancang makin kecil dan dapat dipasang oleh Mesin Produksi SMT (Surface Mount Technology) yang berkecepatan tinggi.

2. Kapasitor Polyester (Polyester Capacitor)

Kapasitor Polyester adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Polyester dengan bentuk persegi empat. Kapasitor Polyester dapat dipasang terbalik dalam rangkaian Elektronika (tidak memiliki polaritas arah)

3. Kapasitor Kertas (Paper Capacitor)

Kapasitor Kertas adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Kertas dan pada umumnya nilai kapasitor kertas berkisar diantara 300pf sampai 4µF. Kapasitor Kertas tidak memiliki polaritas arah atau dapat dipasang bolak balik dalam Rangkaian Elektronika.

4. Kapasitor Mika (Mica Capacitor)

Kapasitor Mika adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari bahan Mika. Nilai Kapasitor Mika pada umumnya berkisar antara 50pF sampai 0.02µF. Kapasitor Mika juga dapat dipasang bolak balik karena tidak memiliki polaritas arah.

5. Kapasitor Elektrolit (Electrolyte Capacitor)

Kapasitor Elektrolit adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari Elektrolit (Electrolyte) dan berbentuk Tabung / Silinder. Kapasitor Elektrolit atau disingkat dengan ELCO ini sering dipakai pada Rangkaian Elektronika yang memerlukan Kapasintasi (Capacitance) yang tinggi. Kapasitor Elektrolit yang memiliki Polaritas arah Positif (-) dan Negatif (-) ini menggunakan bahan Aluminium sebagai pembungkus dan sekaligus sebagai terminal Negatif-nya. Pada umumnya nilai Kapasitor Elektrolit berkisar dari 0.47µF hingga ribuan microfarad (µF). Biasanya di badan Kapasitor Elektrolit (ELCO) akan tertera Nilai Kapasitansi, Tegangan (Voltage), dan Terminal Negatif-nya. Hal yang perlu diperhatikan, Kapasitor Elektrolit dapat meledak jika polaritas (arah) pemasangannya terbalik dan melampui batas kamampuan tegangannya.

6. Kapasitor Tantalum

Kapasitor Tantalum juga memiliki Polaritas arah Positif (+) dan Negatif (-) seperti halnya Kapasitor Elektrolit dan bahan Isolatornya juga berasal dari Elektrolit. Disebut dengan Kapasitor Tantalum karena Kapasitor jenis ini memakai bahan Logam Tantalum sebagai Terminal Anodanya (+). Kapasitor Tantalum dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dibanding dengan tipe Kapasitor Elektrolit lainnya dan juga memiliki kapasintansi yang besar tetapi dapat dikemas dalam ukuran yang lebih kecil dan mungil. Oleh karena itu, Kapasitor Tantalum merupakan jenis Kapasitor yang berharga mahal. Pada umumnya dipakai pada peralatan Elektronika yang berukuran kecil seperti di Handphone dan Laptop

1. VARCO (Variable Condensator)

VARCO (Variable Condensator) yang terbuat dari Logam dengan ukuran yang lebih besar dan pada umumnya digunakan untuk memilih Gelombang Frekuensi pada Rangkaian Radio (digabungkan dengan Spul Antena dan Spul Osilator). Nilai Kapasitansi VARCO berkisar antara 100pF sampai 500pF

2. Trimmer

Trimmer adalah jenis Kapasitor Variabel yang memiliki bentuk lebih kecil sehingga memerlukan alat seperti Obeng untuk dapat memutar Poros pengaturnya. Trimmer terdiri dari 2 pelat logam yang dipisahkan oleh selembar Mika dan juga terdapat sebuah Screw yang mengatur jarak kedua pelat logam tersebut sehingga nilai kapasitansinya menjadi berubah. Trimmer dalam Rangkaian Elektronika berfungsi untuk menepatkan pemilihan gelombang Frekuensi (Fine Tune). Nilai Kapasitansi Trimmer hanya maksimal sampai 100pF.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Dari makalah pembahasan listrik statis dapat ditarik kesimpulan diantaranya :

1.      Listrik statis (electro static) merupakan keadaan suatu benda yang mengandung muatan listrik dalam keadaan statis (diam)/tidak mengalir.

2.      Perbedaan atom netral, positif, dan negatif :

a)      Bila di dalam intinya terdapat muatan positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya maka disebut atom netral.

b)      Bila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih banyak daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya maka disebut atom positif.

c)      Bila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom maka disebut atom negatif.

3.      Benjamin franklin mengatakan muatan listrik ada dua yaitu muatan positif dan negatif. Adapun sifat-sifat muatan listrik yaitu :

a)      Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak

b)      Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik

4.      Pada tahun 1785 Charles Agustin Coulomb melakukan percobaan dan ia menyimpulkan bahwa: “Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.

Secara matematis dituliskan : F = k.

5.      Gaya listrik dapa mempengaruhi muatan listrik pada sekitar medan listrik. Garis-garis gaya listrik selalu berasal dari muatan positif menuju muatan negatif. Garis-garisnya tidak pernah berpotongan serta semakin rapat garis gaya maka semakin kuat medan listriknya.

6.      Ada pun manfaat dan penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari antara lain :

a)      Pada Generator van de Gaff

b)      Pada cat semprot

c)      Mesin Foto Kopi, dll.

Saran

Dalam penyusunan  makalah ini sebaiknya disusun denngan menggunakan praktik agar siswa mampu memahami mengenai listrik statis serta mempraktekan hokum-hukum yang ada di dalamnya. Meski didalamnya terdapat banyak sekali rumus-rumus namun jika kita mampu belajar dan lebih lagi sering mengkutak katik rumus tersebut agar kita bisa lebih mudah menerapkannya.

DAFTAR PUSTAKA

http://catatankecilanto.blogspot.com/

http://melitacimut.blogspot.com/2013/05/listrik-statis.html

http://sekeping-episode-kehidupan.blogspot.com/2012/11/praktikum-gaya-listrik-statis.html

http://ltps.uad.ac.id/karya/wahyubs_listrik_statis/gaya_coulomb.html

https://tienkartina.wordpress.com/2010/10/14/medan-listrik-kuat-medan-listrik/