Jurnal Fisika Dasar 1 PDF

Preview

Summary

JURNAL FISIKA DASAR MUATAN & HUKUM COULOMB Disusun Oleh : Kelompok 22 Nama Anggota : 1. Yakub Sulaiman 2. Yanwar Priadi 3. Yogi Hermawan 4. Yudi Sonjaya 5. Yudi Yustira SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER (STMIK) KHARISMA KARAWANG (2015/2016) i KATA PENGANTAR Puji syukur kami panja...

Description

JURNAL FISIKA DASAR MUATAN & HUKUM COULOMB

Disusun Oleh : Kelompok 22 Nama Anggota : 1. 2. 3. 4. 5.

Yakub Sulaiman Yanwar Priadi Yogi Hermawan Yudi Sonjaya Yudi Yustira

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER (STMIK) KHARISMA KARAWANG (2015/2016)

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-nya lah kami dapat menyelesaikan Jurnal Fisika Dasar yang berjudul “Muatan dan Hukum Coulomb” ini sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Dan juga kami berterima kasih kepada Bapak Jajang Mulyana, S.T selaku Dosen mata kuliah Fisika Dasar dan penggerak mula yang telah memberikan tugas ini kepada kami. Kami sangat berharap jurnal ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan dan pengetahuan kita mengenai Fisika Dasar ini. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas ini terdapat kekurangan – kekurangan dan jauh dari apa yang kami harapkan. Untuk itu, kami berharap adanya kritik, saran, dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun. Semoga Jurnal sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan 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.

Karawang, Desember 2015 Penyusun

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL

i

KATA PENGANTAR

ii

DAFTAR ISI

iii

BAB I A. B. C. D.

PENDAHULUAN

Latar Belakang Masalah .......................................................................................... 1 Rumusan Penulisan .................................................................................................. 2 Tujuan Penulisan ...................................................................................................... 3 Manfaat Penulisan .................................................................................................... 3

BAB II PEMBAHASAN A. Muatan Listrik ......................................................................................................... 4 1. Sifat-Sifat dari Muatan Listrik ........................................................................... 6 2. Kuantitas Muatan listrik ..................................................................................... 6 3. Muatan Listrik dan Atom………...……………………………………............7 4. Muatan Listrik dan Benda……………………………………………………..9 B. Hukum Couloumb………………………………………………………………...9 1. Pengertian Hukum Coulomb…………………………………………..……...11 2. Hubungan Hukum Coulomb dengan Muatan Listrik………,,…………..........12 3. Interaksi dua Benda…………………………………………………………...15 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan………………………………………………………………………..17 B. Saran………………………………………………………………………………17 DAFTAR PUSTAKA

iii

BAB 1 PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Fisika adalah ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan penemuan dan pemahaman mendasar hukum-hukum yang menggerakan materi, energy, ruang dan waktu. Fisika juga merupakan ilmu pengetahuan yang mepelajari benda-benda alam, gejala-gejala, kejadiankejadian di alam serta interaksi dari benda-benda di alam tersebut yang berhubungan dengan materi dan energy berdasarkan hukum-hukum yang mengatur didalamnya yang berdasarkan hasil pengamatan atau penelitian. Telah diketahui bahwa setiap benda baik benda padat, cair dan gas memiliki materi-materi atau partikel-partikel penyusun didalamnya dan kita mengakui ada materi yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat oleh mata. Partikel-partikel (bagian) terkecil suatu materi yang masih mempunyai sifat sama dengan materi itu adalah atom. Adapun dua atau lebih atom dapat bergabung membentuk suatu molekul. Molekul itu sendiri merupakan partikel yang berupa gabungan atom-atom sejenis atau berlainan. Menurut teori atom, atom dianggap terdiri atas tiga macam partkel. Ketiga macam partikel penyusun atom masing-masing dinamakan proton, neutron, dan electron. Sebuah benda dikatakan bermuatan positif jika kekurangan electron dan bemuatan negatif jika kelebihan electron. Muatan benda inilah yang dikatakan listrik statis. Benda yang bermuatan listrik statis dapat menarik atau menolak benda bemuatan listrik lainnya. Benda netral dapat dibuat dengan cara digosokkan Perlu diperhatikan, dalam hal ini kita menciptakan muatan listrik. Kita hanya memisahkan electron dari ikatamya. Ketika batang kaca digosokkan dengan kain sutra terjadi perpindahan electron dari batang kaca ke kain sutra. Tentu saja batang kaca akan makin banyak kekurangan electron jika penggosokan dilakukan lebih lama. Artinya, muatan listrik batang kaca menjadi lebih besar. Itulah sebabnya, gaya tarik batang kaca menjadi lebih besar dari sebelumnya. Gaya gravitasi itu terjadi karena suatu massa benda tarik menarik oleh massa bumi. Hal yang sama juga dapat terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Untuk memahami iteraksi dua benda bermuatan dapat menggunakan batang kaca dan penggaris yang sudah bermuatan. Akibat inilah coulomb mengeluarkan hukumnya yang berbunyi “Besar gaya Tarik menraik atau tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.

1

Kata "Listrik" bisa membangkitkan bayangan teknologi modern yang kompleks yaitu komputer, cahaya, motor, daya listrik. Tetapi gaya listrik akan tampak memainkan peranan yang lebih dalam pada kehidupan kita. Menurut teori atom, gaya yang bekerja antara atom dan molekul untuk menjaga agar mereka tetap bersatu untuk membentuk zat cair dan padat adalah gaya listrik dan gaya listrik juga terlibat pada proses metabolisme yang terjadi dalam tubuh kita. Banyak gaya yang telah kita bahas sampai saat ini, seperti gaya elastik, gaya normal, dan gaya kontak lainnya (dorongan dan tarikan dianggap merupakan akibat dari gaya listrik yang bekerja pada tingkat atomik. Sebuah muatan listrik dikatakan memiliki medan listrik di sekitarnya. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari sebuah benda bemuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak. Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negative. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena setrum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif. Listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau baterai. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam baterai tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif baterai/aki ke kutub negatif. Melalui uraian diatas, mungkin muncul beberapa pertanyaan “Bagaimanakah Hukum Coulomb itu ?”. Oleh karena itu dalam jurnal ini akan dibahas tentang hukum Coulomb.

B. Rumusan Penulisan Rumusan penulisan dalam jurnal ini adalah sebagai berikut 1. Bagaimana muatan listrik tersebut ? 2. Apa hukum Coulomb itu ? 3. Bagaimana Hubungan dari muatan listrik dan hukum coulomb ?

2

C. Tujuan Penulisan Segala sesuatu yang dilakukan pasti ada tujuannya, terlebih juga dalam karya tulis ini pasti memiliki tujuannya. Adapun tujuan yang dimaksud dalam karya tulis ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui tentang muatan listrik. 2. Untuk mengetahui tentang hukum Coulomb. 3. Untuk mengetahui tentang hubungan hukum Coulomb dengan muatan listrik.

D. Manfaat Penulisan Manfaat dalam penulisan jurnal ini adalah sebagai berikut : 1. Dapat bemanfaat bagi pembaca dalam menambah wawasan tentang hukum Coulomb dan muatan listrik 2. Bemanfaat bagi para pekerja listrik tentang materi muatan listrik.

3

BAB II PEMBAHASAN A. Muatan Listrik Kata listrik (electricity) berasal dari kata Yunani electron, yang berarti "amber”. Amber adalah dammar pohon yang membatu, dan orang zaman dulu mengetahui bahwa jika menggosok batang amber dengan kain, amber tersebut akan menarik daun-daun kecil atau debu. Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik dapat juga diartikan sebagai berikut :  Listrik adalah kondisi dari partikel sub atomik tertentu, seperti elektron dan proton yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.  Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negative. Muatan listrik adalah sifat (muatan dasar yang dibawa oleh partikel dasar sehingga menyebabkan partikel dasar tersebut mengalami gaya tarik menarik dan tolak menolak. Muatan listrik dari suatu partikel dasar bisa berjenis positif dan negatif. Jika dua benda memiliki muatan yang sama akan tolak menolak dan kedua benda tersebut akan Tarik menarik jika muatannya berbeda jenis. Asalkan partikel dasar dan subatomik seperti elektron dan proton punya muatan listrik. Elektron bemuatan negatif dan proton bermuatan positif. Muatan listrik terdiri dari dua jenis yaitu 1. Elektron yang membawa muatan negatif 2. Proton yang membawa muatan positif Muatan listrik dari suatu benda ditentukan oleh jumlah proton dan elektron yang dikandung benda tersebut.   

Bila sebuah benda kelebihan electron = kekurangan proton (  electron >  proton) maka benda tersebut bermuatan negatif. Bila benda kekurangan electron = kelebihan proton (  elektron <  Proton), maka benda tersebut bermuatan positif. Jika jumlah electron = jumlah  proton =  elektron maka benda tersebut tidak bermuatan (muatan netral).

4

Ada dua jenis muatan di alam ini, hal ini dapat diperlihatkan secara sederhana menggunakan dua batang seperti gambar. Batang pertama terbuat dari kaca digantungkan dengan benang kemudian digosokkan dengan sutera.

Jika ujung batang kedua terbuat dari kaca digosokkan dengan sutera, lalu didekatkan ke ujung batang pertama maka ujung batang yang digantung akan bergerak menjauh. Tetapi jika batang kedua terbuat dari plastik dan digosokkan dengan bulu, maka ujung batang yang digantung akan bergerak mendekat. Kedua kejadian di atas juga terjadi jika batang pertama terbuat dari plastik dan digosokkan pada bulu. Jika batang pertama terbuat dari plastik dan digosokkan pada bulu dan batang kedua terbuat dari plastik dan digosokkan pada bulu, maka ujung batang pertama akan bergerak menjauh. Kesimpulan yang dapat diambil adalah : 1. Muatan listrik timbul pada batang akibat penggosokkan. 2. Muatan listrik pada kaca yang digosokkan pada sutera berbeda dengan muatan listrik yang timbul pada plastik jika digosokkan pada bulu. Penamaan muatan positif dan negatif dilakukan oleh Benjamin Frankin (1706-1790) untuk membedakan muatan yang terjadi pada kaca dan plastik. Jadi dari percobaan yang sederhana di atas dapat dikatakan bahwa muatan sejenis tolak-menolak dan muatan berlainan jenis tarik-menarik. Efek kelistrikan di atas tidak hanya terjadi pada kaca dan plastik, hal inipun terjadi pada bahan-bahan lain. Untuk menentukan jenis muatan yang timbul pada suatu bahan kaca dan plastik digunakan sebagai bahan perbandingan. Saat ini secara umum bahwa dalam keadaan normal bahan memiliki jumlah muatan positif dan negatif aman besar, adapaun penggosokkan yang dilakukan bertujuan untuk memindahkan sebagian kecil muatan. Sebagai contoh muatan pada kaca menjadi positif sedangkan muatan pada sutera menjadi negatif Selanjutnya yang menjadi bahan.

5

pertanyaan secara kuantitas apakah sama muatan yang timbul pada kaca setiap kali terjadi penggosokkan? Pada awalnya muatan listrik itu dianggap seperti fluida kontinu, tetapi seiring dengan perkembangan penelitian tentang fluida yang menunjukkan bahwa fluida itu tidaklah kontinu tetapi terdiri dari atom-atom, maka pemikiran di atas berubah. Beberapa percobaan menunjukkan bahwa mautan listrik pada kaca belum tentu sama setiap kali penggosokkan, dan jumlahnya merupakan kelipatan dari suatu muatan elementer “e”. Salah satu percobaan yang menunjukkan hal tersebut dikenal dengan percobaan Tetes Millikan. Dan besar muatan elementer e = 1,6 x 10-19 C (C adalah satuan internasional untuk muatan yang merupakan singkatan dari Coulomb, Charles Agustin Coulomb adalah orang yang dianggap paling bejasa dalam melakukan penelitian tertang muatan listrik. Jadi muatan listrik (q) terkuantisasi (merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan elementer e), q = ne dimana n = -2,-1,0, 1, 2,… 1. Sifat-sifat dari Muatan Listrik  Muatan Sejenis akan tolak menolak dan muatan tidak sejenis akan tarik menarik. Ini mirip laki-laki dengan perempuan. Jika berlawanan jenis akan punya kecenderungan untuk tarik menanik dan jika sesama jenis akan punya kecenderungan untuk tolak menolak.  Muatan Listrik adalah besaran pokok fisika yang diukur dalam satuan coulomb disimbolkan dengan (C). Satu coulomb sama dengan 6,24 x 1018 e e = muatan proton). Sehingga muatan yang dikandung oleh sebuah proton adalah 1,602 x 10-19 coulomb. Elektron mempunyai muatan yang sama dengan proton tapi berbeda jenis (-)1,602 x 10-19 coulomb.  Muatan Listrik mirip dengan massa. Ia punya hukum kekekalan muatan sama seperti hukum kekekalan massa. Gaya yang ditimbulkan oleh dua muatan itu punya karakter yang sama seperti gaya gravitasi yang ditimbulkan oleh dua buah benda dengan massa tertentu. Gaya antar muatan ini juga bersifat konservatif dan terpusat. 2. Kuantitas Muatan Listrik Elektron bermuatan listrik negatif, proton bermuatan listrik positif dan neutron netral secara kelistrikan. Proton atau neutron pembentuk inti atom tersusun dari quark yang bemuatan +1/3 dan +2/3 kali muatan elektron. Quark adalah partikel terkecil penyusun atom tetapi sejauh ini quark belum ditemukan berdiri sendiri sebagai paritkel tunggal.

6

Besarnya muatan elektron atau muatan proton merupakan satuan dasar muatan. Besarnya muatan listrik suatu benda merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Hal ini disebut muatan terkuantisasi. Sebagai contoh, jika pecahan mata uang terkecil yang kita gunakan adalah 100 rupiah maka banyaknya uang seseorang dinyatakan dalam kelipatan dari mata uang terkecil yakni 100 rupiah. Misalnya banyaknya uang saya adalah 100.000 dan 100.000 ini bisa habis dibagi dengan 100. Aneh jika banyaknya uang saya adalah 100.002 karena tidak ada pecahan uang sebesar 2 rupiah. Demikian juga halnya dengan banyaknya muatan suatu benda. Besarnya muatan sebuah elektron adalah -e dan besarnya muatan sebuah proton +e. Banyaknya muatan suatu benda merupakan kelipatan dari e atau 1,60 x 10 -19 Coulomb dan bisa dinyatakan melalui Q = +Ne. Q = banyaknya muatan, mewakili jenis muatan, N = bilangan bulat, e = 1,60 x 10-19 Coulomb.

3. Muatan Listrik dalam Atom Adanya sifat kelistrikan pada suatu benda, perlu dipahami adanya konsep atom yang dimunculkan oleh para ahli di antaranya, teori atom Dalton Thomson, Rutherford dan Bohr. Secara umum dapat dijelaskan bahwa: 1. 2. 3. 4.

Benda terdiri atas atom-atom sejenis. Setiap atom terdiri atas sebuah inti yang dikelilingi oleh satu atau lebih electron. Inti atom bemuatan positif, elektron bermuatan negatif. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan listrik.

Partikel zat yang ukuramya paling kecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi disebut atom. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, atom ternyata masih dapat dibagibagi lagi. Tiap atom tersusun dari inti atom dan elektron. Inti atom (nekleus) terdiri atas proton dan neutron. Adapun, elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya dan mendapat gaya tarik inti atom. Partikel yang bermuatan negatif disebut elektron. Partikel yang bermuatan positif disebut proton. Massa proton dan elektron lebih besar dibandingkan dengan massa elektron. Gaya ikat inti terhadap elektron antara bahan satu dengan lain berbeda. Karena sesuatu hal, elektron dapat lepas dari lintasannya dan berpindah ke atom lain. Perpindahan elektron tersebut menyebabkan perubahan muatan suatu atom. Berdasarkan hal itu atom dikelompokkan menjadi tiga yaitu bermuatan negatif, bermuatan positif dan netral.

7

Atom dikatakan bermuatan negatif jika kelebihan electron, sedangkan atom dikatakan bemuatan positif jika kekurangan elektron. Adapun yang dikatakan atom netral jika jumlah proton dan elektronnya sama. Muatan listrik tidak dapat dilihat oleh mata tetapi efeknya dapat dirasakan dan diamati gejalanya. Besar muatan listrik proton dan elektron adalah sama, tetapi jenisnya yang berbeda. Muatan positif (proton) ditandai dengan “+” sedangkan muatan negative (elektron) ditandai “-“.

Keterangan gambar : (a) Benda netral (b) benda bermuatan positif, dan (c) benda bermuatan negatif. Gambar (a) : benda memiliki masing-masing 4 muatan positif dan muatan negatif. Karena jumlah proton (+) sama dengan jumlah elektron (-) maka benda tersebut termasuk benda netral. Gambar (b) : benda memiliki 8 muatan positif dan 3 muatan negative. Karena jumlah proton (+) lebih banyak daripada electron (-) atau benda kekurangan electron maka benda tersebut termasuk bermuatan positif. Gambar (c) : benda memiliki 3 muatan positif dan 7 muatan negative. Karena jumlah Proton (+) lebih sedikit daripada jumlah electron (-) atau benda kelebihan elektron, maka benda tersebut termasuk bermuatan negatif. Muatan listrik dilambangkan dengan huruf Q. Satuannya dalam SI adalah coulomb (C). Benda bermuatan listrik, partikel yang bermuatan listrik, benda bermuatan negatif apabila jumlah proton partikel listrik benda dikatakan bemuatan positif jika suatu benda menjadi bermuatan positif apabila benda itu, sebutkan benda benda yang

8

bemuatan listrik. Suatu atom dikatakan tidak bermuatan atau bemuatan netral apabila sebuah benda bermuatan positif jika perbedaan antara benda bemuatan listrik dan benda netral

4. Muatan Listrik dalam Benda Jika suatu atom mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka jumlah muatan listrik total dalam atom itu sama dengan nol dan atom ini netral alias tidak bermuatan listrik. Jumlah proton atau elektron pada sebuah atom netral dinamakan nomor atom (Z). Apabila elektron lebih banyak daripada proton maka atom itu bermuatan negative, Sebaliknya bila elektron lebih sedikit daripada proton maka atom itu bermuatan positif. Atom bermuatan negatif dinamakan ion negatif. sedangkan atom bermuatan positif dinamakan ion positif. Proses penyerapan atau pelepasan elektron dari suatu atom dinamakan ionisasi. Ketika kita mengatakan suatu atom bemuatan maka yang dimaksudkan adalah muatan total atau muatan neto. Sebagai contoh sebuah atom mempunyai elektron sebanyak 10 dan proton sebanyak 7. Atom ini bemuatan negatif karera mempunyai kelebhan 3 elektron yang bermuatan negatif. Jadi muatan neto atom ini adalah 3 dan jenis muatan atom ini adalah negatif. Angka 3. 7. 10 hanya merupakan contoh untuk mempermudah pemahaman. Dalam kenyataannya, banyaknya muatan listrik suatu benda merupakan kelipatan dari muatan elektron atau muatan proton. Apabila suatu benda mempunyai elektron sama banyak dengan proton maka benda itu netral atau tidak bermuatan listrik. Jika suatu benda mempunyai elektron lebih banyak daripada proton maka benda iu bermuatan negatif. sebaliknya bila suatu benda mempunyai elektron lebih sedikit daripada proton maka benda itu bemuatan positif. Benda yang pada mulanya netral dapat dijadikan bermuatan negatif dengan cara menambah elektron pada benda itu, sebaliknya benda dapat dijadikan bermuatan positif dengan cara mengurangi elektron pada benda itu.

B. Hukum Coulomb Charles Augustin de Coulomb (1736 - 1806) merupakan fisikawan asal Perancis yang merumuskan gaya tarik menarik antara benda bermuatan listrik yang dinamai sesuai namanya, yaitu Hukum Coulomb. Ia dilahirkan di Angouleme, Perancis pada tanggal 14 Juni 1736. I...