Muatan Listrik dan Gaya Listrik
Diperkenalkan| English | Makna |
|---|---|
| electric force/ɪˈlektrɪk fɔːs/ | gaya listrik |
| electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ | muatan listrik |
| coulombs/ˈkuːlɒmz/ | coulomb |
| quantised/ˈkwɒntaɪzd/ | kuantisasi |
| Coulomb's law/ˈkuːlɒmz lɔː/ | Hukum Coulomb |
| inverse-square law/ɪnˈvɜːs skweə lɔː/ | hukum kuadrat terbalik |
| superposition/ˌsuːpəpəˈzɪʃn/ | superposisi |
Mengapa balon yang digosok menempel pada dinding?
- Gosokkan balon pada rambut Anda dan ia akan menempel pada dinding — tarikan tak terlihat.
- Tarikan itu adalah gaya listrik, salah satu dari empat gaya fundamental.
- Gaya ini bekerja antara benda-benda apa pun yang membawa muatan listrik.
- Keseluruhan bab ini dibangun berdasarkan satu hukum sederhana untuk gaya tersebut.
Dua jenis muatan
- Muatan datang dalam dua jenis: positif dan negatif.
- Muatan sejenis tolak-menolak; muatan berlawanan tarik-menarik.
- Muatan diukur dalam coulomb (C); muatan bebas terkecil adalah elektron, $e = 1.6\times10^{-19}$ C.
- Muatan bersifat terkuantisasi (bilangan bulat dari $e$) dan terjaga — tidak pernah diciptakan atau dimusnahkan.
Dua muatan negatif didekatkan satu sama lain. Mereka:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Muatan sejenis tolak-menolak — dua muatan negatif saling mendorong menjauh.
Muatan listrik diukur dalam satuan yang disebut ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Muatan diukur dalam coulomb (C).
Hukum Coulomb
- Gaya antara dua muatan titik mengikuti hukum Coulomb.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$, dengan $k = 8.99\times10^9\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2$.
- Arah gaya sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan.
- Muatan yang lebih besar menghasilkan gaya yang lebih besar; jarak yang lebih jauh menghasilkan gaya yang lebih lemah.
Dua muatan $+3\ \mu\text{C}$ berjarak $2\ \text{m}$. Hitung gaya (dalam N). Gunakan $k = 9\times10^9$.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$F = \dfrac{(9\times10^9)(3\times10^{-6})^2}{2^2} = \dfrac{9\times10^9 \cdot 9\times10^{-12}}{4} \approx 0.02\ \text{N}$.
Anda menggandakan satu dari dua muatan tersebut. Gaya di antara mereka:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$F \propto q_1 q_2$, sehingga menggandakan satu muatan menggandakan gayanya.
Hukum kuadrat terbalik
- $r^2$ di bagian bawah menunjukkan bahwa ini adalah hukum kuadrat terbalik.
- Gandakan jaraknya dan gayanya turun menjadi seperempat.
- Tripelkan jaraknya dan gayanya turun menjadi sesembilan.
- Bentuk ⟨$1/r^2$⟩ yang persis sama muncul lagi nanti dalam gravitasi.
Hukum Coulomb
Gaya antara dua muatan berkurang dengan kuadrat jarak pemisahan mereka (hukum kuadrat terbalik).
Jika Anda menggandakan tiga kali jarak antara dua muatan, gaya turun menjadi satu per sembilan.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Gaya berbanding lurus dengan $1/r^2$, sehingga jarak $\times 3$ berarti gaya $\div 9$.
Banyak muatan dijumlahkan sebagai vektor
- Dengan beberapa muatan, cari gaya dari masing-masing secara terpisah.
- Kemudian jumlahkan gaya-gaya tersebut sebagai vektor — prinsip superposisi.
- ⟨$\vec F_{\text{net}} = \sum \vec F_i$⟩, ditambahkan ujung-ke-ujung.
- Hal ini memungkinkan kita membangun resultan gaya dari susunan muatan apa pun.
Pilih semua pernyataan benar tentang gaya listrik.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Hukum Coulomb adalah kuadrat terbalik, sepanjang garis penghubung, dan menjumlahkan vektor. Menarik ATAU tolak-menolak.
Dua $+2\ \mu\text{C}$ muatan terletak $3\ \text{cm}$ terpisah. Temukan gaya di antara keduanya.
- $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2} = \dfrac{(8.99\times10^9)(2\times10^{-6})^2}{(0.03)^2}$.
- ⟨$F \approx 40\ \text{N}$⟩, dan sifatnya tolakan karena kedua muatan positif.
Masukkan besaran muatan ke dalam $F = k q_1 q_2 / r^2$, lalu tentukan arah secara terpisah: tolak untuk tanda sama, tarik untuk tanda berlawanan. Jangan biarkan tanda minus tersisa dari muatan negatif membalik arah panah gaya Anda.
Gaya listrik antara dua muatan titik mematuhi hukum Coulomb $F = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r^2}$ — sebuah hukum kuadrat terbalik. Muatan sejenis tolak, muatan berlawanan tarik, dan gaya dari banyak muatan ditambahkan sebagai vektor (superposisi).