BAB 23 MEDAN LISTRIK: KARAKTERISTIK MUATAN LISTRIK
Bab
23
Medan listrik
23.1 Karakteristik Muatan Listrik
23.2 Pengisian Muatan Objects oleh Induksi
23.3 Hukum Coulomb
23.4 Medan Listrik
23,5 Medan Listrik dari Distribusi Muatan Kontinue
23.6 Medan Listrik Garis
23,7 Gerak dari partikel bermuatan di Medan Listrik Uniform (Seragam)
Dalam bab ini, kita mulai mempelajari elektromagnetisme. Hubungan ke penelitian kita sebelumnya adalah melalui konsep gaya. Gaya elektromagnetik antara partikel bermuatan adalah salah
satu gaya dasar alam. Kita mulai dengan menjelaskan beberapa sifat dasar salah
satu manifestasi dari gaya elektromagnetik, yaitu gaya listrik. Kita kemudian
mendiskusikan hukum Coulomb, yang merupakan hukum dasar yang mengatur gaya
listrik antara dua partikel bermuatan. Selanjutnya, kita memperkenalkan konsep
medan listrik terkait dengan distribusi muatan dan menjelaskan efeknya pada
partikel bermuatan lainnya. Kita kemudian menunjukkan bagaimana menggunakan
hukum Coulomb untuk menghitung medan listrik untuk distribusi muatan yang
diberikan. Bab ini diakhiri dengan diskusi tentang gerak partikel bermuatan
dalam medan listrik seragam.
23.1 Karakteristik Muatan Listrik
Sejumlah percobaan sederhana menunjukkan adanya gaya
listrik. Misalnya, setelah menggosok balon pada rambut Anda pada hari kering,
Anda akan menemukan bahwa balon menarik potongan kertas. Gaya yang menarik kertas cukup kuat untuk menangguhkan kertas dari balon.
Ketika bahan berperilaku dengan cara ini, mereka
dikatakan menimbulkan
listrik atau telah menjadi
bermuatan listrik. Anda dapat dengan mudah menggemparkan tubuh Anda dengan
penuh semangat menggosok sepatu Anda di atas karpet wol. Bukti muatan listrik
pada tubuh Anda dapat dideteksi dengan menyentuh ringan (dan mengejutkan)
teman. Dalam kondisi yang tepat, Anda akan melihat percikan saat Anda menyentuh
dan Anda berdua akan merasa tergelitik sedikit. (Eksperimen seperti ini bekerja
terbaik pada hari kering karena jumlah berlebihan kelembaban di udara dapat
menyebabkan muatan yang Anda bangun "bocor" dari tubuh Anda ke bumi.)
Dalam serangkaian percobaan sederhana, ditemukan bahwa
ada dua jenis muatan listrik, yang diberi nama positif dan negatif oleh Benjamin Franklin (1706-1790). Elektron
yang diidentifikasi memiliki muatan negatif, dan proton yang bermuatan positif.
Untuk memverifikasi bahwa ada dua jenis muatan, misalkan batang karet keras
yang telah digosokkan pada bulu ditangguhkan oleh senar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 23.1. Ketika batang
kaca yang telah digosok pada sutra didekatkan ke batang karet, keduanya menarik satu sama lain (Gambar 23.1a). Di sisi lain, jika
dua batang karet bermuatan (atau dua batang kaca bermuatan) didekatkan satu
sama lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar 23.1b, keduanya saling tolak. Pengamatan ini menunjukkan bahwa karet dan
kaca memiliki dua jenis muatan pada mereka. Berdasarkan pengamatan ini, kita
menyimpulkan bahwa muatan dengan
tanda yang sama tolak-menolak satu sama lain dan muatan dengan tanda-tanda yang
berlawanan saling menarik satu sama lain.
Menggunakan konvensi yang disarankan oleh Franklin, muatan listrik pada batang kaca
disebut muatan positif dan pada batang karet disebut muatan negatif. Oleh karena itu, setiap objek bermuatan tertarik ke
batang karet bermuatan (atau ditolak oleh batang kaca bermuatan) harus memiliki
muatan positif, dan benda bermuatan ditolak oleh batang karet bermuatan (atau
tertarik pada batang kaca bermuatan) harus memiliki muatan negatif .
Aspek penting lainnya dari listrik yang muncul dari
pengamatan eksperimen adalah bahwa muatan listrik selalu dikonservasi dalam
sebuah sistem yang terisolasi. Artinya, ketika salah satu objek digosok
terhadap yang lain, muatan tidak diciptakan dalam proses. Keadaan yang
menimbulkan listrik adalah karena transfer muatan dari satu objek ke objek yang lain. Satu objek kelebihan beberapa jumlah muatan
negatif sedangkan objek
yang lain kelebihan jumlah muatan positif. Sebagai contoh, ketika sebuah
batang kaca digosok pada sutra seperti pada Gambar 23.2, sutra memperoleh
muatan negatif sama besarnya dengan muatan positif pada batang kaca. Kita
sekarang tahu dari pemahaman kita tentang struktur atom bahwa elektron
ditransfer dalam proses menggosok dari kaca ke sutra. Demikian pula,
ketika karet digosokkan pada bulu, elektron ditransfer dari bulu ke
karet, karet memberikan muatan negatif dan bulu bermuatan positif. Proses ini bekerja karena (sistem) netral, materi
bermuatan mengandung banyak muatan positif (proton dalam inti atom) sebagai
muatan negatif (elektron).
Pada tahun 1909, Robert Millikan (1868-1953) menemukan
bahwa muatan listrik selalu terjadi sebagai kelipatan jumlah fundamental muatan
e (lihat Bagian 25,7). Dalam istilah modern, muatan listrik q dikatakan
terkuantisasi, di mana q adalah simbol standar yang digunakan untuk muatan
sebagai variabel. Artinya, muatan listrik sebagai diskrit "paket," dan
kita dapat menulis q = ± Ne, di mana N adalah beberapa integer. Percobaan lain pada
periode yang sama menunjukkan bahwa elektron memiliki muatan -e dan proton
memiliki muatan yang sama besarnya tetapi berlawanan tanda +e. Beberapa
partikel, seperti neutron, tidak memiliki muatan. (Serway, 2010 : 658-660)
2 comments for "BAB 23 MEDAN LISTRIK: KARAKTERISTIK MUATAN LISTRIK"