HUKUM GAUSS

·         Medan listrik dapat ditampilkan berupa garis-garis medan listrik, yang arahnya keluar dari muatan (+) dan masuk ke muatan (-)

·         Fluks listrik F_E  adalah aliran medan listrik yang melalui sebuah permukaan tertutup

-          Permukaan tertutup adalah sebuah permukaan khayal yang mencakup muatan netto

-          Arah fluks listrik bergantung pada tanda muatan netto

-          Muatan di luar permukaan tertutup tidak berpengaruh pada fluks listrik

-          Luas permukaan tertutup tidak berpengaruh pada fluks listrik

·         Fluks listrik F_E  yang melalui sebuah permukaan didefinisikan sebagai:

F_E = EA   

·         Jika luas permukaan tidak tegak lurus terhadap medan listrik maka luas yang diperhitungkan adalah A⊥ = A cos f , dimana f adalah sudut antara A⊥ dan A, sehingga:

F_E = EA cos f 

·         Jika medan listrik E tidak homogen tetapi berubah dari titik ke titik pada luas A, maka fluks listrik itu sama dengan hasil perkalian elemen luas dan komponen tegak lurus dari E, yang diintegralkan pada sebuah permukaan.

                  F_E = ∫ E cos f dA = ∫ E⊥ dA = ∫ E·dA

·         Hukum Gauss menyatakan bahwa fluks listrik total yang melalui sebuah permukaan tertutup, sama dengan muatan listrik total dalam permukaan itu dibagi Î_o.

                          F_E = ∮ E · dA = Q_tercakup /Î_o                                                                                                

                                 Q_tercakup = q₁ + q₂ + q₃ + …

                          F_E = ∮ E cos f dA = ∮ E⊥dA = ∮ E · dA

·         Secara logika Hukum Gauss ekuivalen dengan hukum Coulomb.

         F_E = EA =    1       q    (4pR²)  =  q

                           4pÎ_o    R²                             Î_o

-          Fluks tersebut tidak bergantung pada jari-jari R dari bola itu, tapi hanya bergantung pada muatan q yang yang dicakup oleh bola itu

-          Permukaan tertutup dalam hukum Gauss adalah permukaan khayal

-          Tidak perlu ada sebuah objek material pada permukaan itu

-          Permukaan tertutup disebut juga permukaan Gaussian

       

·         Hukum Gauss dapat digunakan dengan dua cara:

-          Jika distribusi muatan mempunyai simetri yang cukup untuk menghitung integral dalam hukum Gauss, maka kita dapat mencari medan listrik tersebut.

-          Jika medan listrik diketahui, maka hukum Gauss dapat digunakan untuk mencari muatan pada permukaan konduktor.

·         Dalam soal-soal praktis sering dijumpai situasi dimana kita ingin mengetahui medan listrik yang disebabkan oleh distribusi muatan pada sebuah konduktor.  Perhitungan ini dibantu oleh fakta yang mengagumkan:

Bila muatan yang berlebih ditempatkan pada sebuah konduktor padat dan berada dalam keadaan diam, maka muatan yang berlebih itu seluruhnya berdiam pada permukaan, bukan di bagian dalam material tersebut.

·         Strategi Penyelesaian soal menggunakan hukum gauss :

1.      Jika mencari medan di titik tertentu, maka letakkan titik itu pada permukaan Gaussian

2.      Jika distribusi muatan memiliki simetri silinder atau bola, pilihlah permukaan Gaussian itu berturut-turut sebagai sebuah silinder bersumbu atau sebuah bola yang konsentris

3.      Jika medan listrik menyinggung sebuah permukaan di setiap titik, maka E_⊥= 0 dan integral pada permukaan itu adalah nol

4.      Jika E = 0 di tiap-tiap titik pada sebuah permukaan, maka integral itu adalah nol

QUIZ

ProProfs Quiz- Muatan Listrik dan Medan Listrik » Powered by ProProfs

KAPASITAS KAPASITOR

Di dalam peralatan listrik elektronika, energi umumnya disimpan di dalam sepasang konduktor bermuatan yang dipisahkan oleh lapisan isolator. Alat penyimpan energi tersebut adalah kapasitor. Kapasitor digunakan untuk menyimpan energi dalam waktu yang singkat untuk kemudian dibebaskan kembali dengan cepat.

Kemampuan kapasitor menyimpan energi disebut kapasitas atau kapasitansi, yang dinyatakan dalam satuan farad.

1 farad = 1 coulomb/volt

Satuan lain yang masih lazim digunakan adalah mikrofarad (μF) dan pikofarad (pF). Nilai 1 μF = 10^-6 F dan 1 pF = 10^-12 F. Kapasitor (kondensator) dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf “C”.Kapasitas suatu kapasitor tergantung pada konstruksi fisiknya, yaitu luas keping kapasitor, jarak antara keduanya, dan jenis bahan penyekat (dielektrik) yang digunakan.

Dalam rangkaian listrik, penggunaan kapasitor sangat beragam, diantaranya adalah :

1)      Menyimpan muatan atau energi listrik.

2)      Digunakan dalam rangkaian penala, berfungsi untuk memilih panjang gelombang pada pesawat radio.

3)      Menghindari loncatan listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan jika tiba-tiba arus listrik putus.

4)      Meratakan arus listrik pada rangakaian catu daya (memisahkan arus bolak-balik menjadi arus searah).

5)      Mengontrol frekuensi pada rangkaian osilator.

6)      Penghubung (coupling) dan penyimpang arus (bypass)

Struktur dari sebuah kapasitor itu sendiri terdiri dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

Ada beberapa jenis kapasitor yang sering digunakan, yaitu:

1)      Kapasitor kertas, terdiri dari dua lempeng logam yang disekat oleh lembaran kertas minyak sebagai dielektrik. Lempengan itu digulung sehingga berbentuk silinder. Besar kapsitas dari kapasitor kertas biasanya sekitar 0,1 μF. 

2)      Kapasitor elektrolit, terdiri dari lembar aluminium sebagai konduktor dan aluminium oksida sebagai bahan penyekat. Lembar aluminium berfungsi sebagai kutub positif. Besar kapasitas dari kapasitor ini sekitar 100 μF.

 3)      Kapasitor variabel, terdiri dari kumpulan pelat-pelat logam paralel sebagai konduktor dan udara sebagai bahan penyekat. Kumpulan pelat ada yang tetap da nada yang dapat diputar sehingga nilai kapasitasnya dapat diubah. Besar kapasitas dari kapasitor ini mencapai 500 pF. 

Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitor terdiri dari dua keping logam yang ruang di antaranya diisi dengan dielektrik, memiliki muatan yang sama tetapi berbeda jenis. Begitu diberi beda potensial V, akan terbentuk medan listrik dan kapasitor mendapat muatan. Semakin besar beda potensial, semakin besar pula muatannya. Kapasitas dari sebuah kapasitor adalah perbandingan antara muatan q, pada tiap keping dengan beda potensial V, diantara kedua keping. C = q/V 

  

Sebuah kapasitor keping sejajar diberi beda potensial V sehingga setiap kapasitor mendapat muatan listrik q, dengan menggunakan hukum Gauss kuat medan listrik E diperoleh dari:

Gambar Rumus 1

Pengaruh dielektrik terhadap Kapasitas Kapasitor

a.       Pengaruh Dielektrik untuk Baterai Tidak Dihubungkan

Karena hubungan dengan baterai diputuskan, maka ketika disisipkan dielektrik, beda potensial antarkeping diperbolehkan berubah, namun muatan yang tersimpan dalam kapasitor adalah tetap. Ini berarti muatan sesudah penyisipan dielektrik  sama dengan muatan sebelum penyisipan dielektrik .

Kapasitas Kapasitor Bola

Bola konduktor dengan radius R₁ dan R₂. Muatan +q diberikan pada bola yang disebelah dalam sehingga pada permukaan bola konduktor yng sebelah luar terjadi muatan induksi –q.potensial V₁ pada bola bagian dalam ditimbulkan oleh muatan +q dan muatan bola bagian luar –q. Adapun potensial V₂ dari bola konduktor bagian luar bernilai nol karena ditanahkan.

“ pail

QUIZ

Pernahkah Ananda memperhatikan komponen-komponen yang ada di dalam alat elektronika? Atau seberapa seringkah kalian men-charge handphone? Pernahkah kalian melihat lampu flash dari kamera?  Baterai handphone, lampu flash kamera adalah contoh penggunaan kapasitor dari kehidupan sehari-hari. Alat-alat elektronik yang ada seperti TV, komputer, Laptop menggunakan kapasitor sebagai komponen penyusunnya?