tugas fisika 2

Nama : Rifqi Tajul Arifin

NIM    : 1601E113

Tugas : UAS MK Fisiska Terapan ( Halaman 2 )

1.      Potensial Listrik

Agar terjadi alairan muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial/beda tegangan di kedua ujung rangkaian. Beda potensial listrik adalah energi tiap satu satuan muatan.

Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya listrik di antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Besar usaha (W) atau perubahan energi potensial listrik dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan dari posisi r1 ke posisi r2 adalah listrik09

Dengan demikian, usaha atau energi potensial untuk memindahkan sebuah muatan uji q’ yang berjarak r dari sebuah muatan lain q ke jarak tak berhingga dapat dituliskan sebagai berikut

listrik10Dimana tanda minus berarti usaha yang dilakukan selalu melawan gaya tarik yang ada (biasanya usaha yang dilakukan adalah usaha untuk melawan gaya tarik antara dua muatan).

Suatu muatan uji hanya dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain yang memiliki perbedaan potensial listrik sebagaimana benda jatuh dari tempat yang memiliki perbedaan ketinggian. Besaran yang menyatakan perbedaan potensial listrik adalah beda potensial. Beda potensial dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan ke jarak tak berhingga dengan usaha W adalah listrik11Dimana V adalah potensial listrik dengan satuan volt (V).

Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagai potensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja. Potensial listrik dari suatu muatan listrik q di suatu titik berjarak r dari muatan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut

listrik121Dari persamaan di atas tampak bahwa potensial listrik dapat dinyatakan dalam bentuk kuat medan listrik, yaitu V = E r

Berbeda dengan gaya listrik dan kuat medan listrik, potensial listrik merupakan besaran skalar yang tidak memiliki arah. Potensial listrik yang ditimbulkan oleh beberapa muatan sumber dihitung menggunakan penjumlahan aljabar.Untuk n muatan, potensial listriknya dituliskan sebagai berikut.

listrik13Catatan: tanda (+) dan (–) dari muatan perlu diperhitungkan dalam perhitungan potensial listrik.

Potensial listrik merupakan besaran scalar , tidak seperti kuat medan listrik yang merupakan besaran vector. Jika sebuah titik dipengaruhi oleh beberpa muatan dengan jarak yang berbeda-beda maka besar potensial listrik dititik P tersebut merupakan jumlah scalar potensial listrik dari masing-masing muatan pada titik P. Jika dibuat suatu rumusan :

usaha yang telah kita rumuskan pada uraian sebelumnya mempunyai hubungan dengan potensial ini. Usaha untuk memindahkan muatan q dari titik yang mempunyai potensial Va ke titik yang mempunyai potensial Vb adalah atau dapat ditulis dengan persamaan:Dengan:

W = usaha (joule)

Q = muatan ( c )

V  = beda potensial (volt)

Jika energi tiap muatan habis akibat penggunaan, maka di kedua ujung rangkaian tidak akan ada beda potensial (beda potensial bernilai nol). Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo, dan lain sebagainya tidak akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah gambar berikut. Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan, menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada lampu terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya.

untuk mengukur langsung beda potensial listrik pada lampu, maka dipasanglah alat ukur tegangan/beda potensial seperti terlihat pada gambar. Pada gambar tersebut, alat ukur tegangan dipasang paralel dengan komponen yang hendak diukur beda potensialnya.

2.      Kapastitor

Kapasitor atau sering juga disebut dengan sebutan kondensator merupakan dua pelat konduktor yang diletakkan sejajar, diberi muatan listrik yang sama besar, tetapi berlainan jenisnya. Pada dasarnya kapasitor banyak jenisnya, pada kesempatan ini kita hanya akan mempelajari tentang kapasitor keping sejajar. Dalam pasaran alat-alat elektronika banyak dijumpai kapasitor kertas, elektrolit, keramik, mika, dan sebagainya. Pada dasarnya kapasitor itu adalah jenis kapasitor keping sejajar yang untuk memperbesar nilai kapasitas kapasitor di antara kedua keping itu disisipkan bahan lain, misalnya kertas, keramik, mika, atau zat elektrolit.

a)      Kapasitas Kapasitor

Di dalam kapasitor bila dihubungkan dengan sumber tegangan listrik maka dalam kapasitor itu akan menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut kapasitas kapasitor yang diberi lambang C yang nilainya dapat dinyatakan dengan perbandingan antara banyaknya muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor dengan beda potensial yang timbul pada ujung-ujung kapasitor tersebut dan dirumuskan dengan :

C = kapasitas kapasitor (farad diberi lambang F)

Q = muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor (Coulomb diberi lambang C)

V = beda potensial antara keping kapasitor (volt)

Besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar yang memiliki luas penampang keping yang sama berbanding lurus dengan luas penampang keping dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua keping dan tergantung pada bahan dielektrikum yang diselipkan di antara kedua keping tersebut, yang dapat dinyatakan dalam persamaan di mana ε = εr εo dengan :

C = kapasitas kapasitor

A = luas penampang keping kapasitor

d = jarak antara kedua keping kapasitor

εo = konstanta permitivitas ruang hampa = 8,85 × 10-12 C2N-1m-2

εr = permitivitas relatif bahan

ε = permitivitas bahan

b)      Energi Dalam Kapasitor

Kapasitor yang dihubungkan dengan sumber tegangan akan menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besarnya energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor sama dengan usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik dari sumber tegangan ke dalam kapasitor tersebut.

Usaha yang diperlukan untuk mengisi muatan listrik dalam kapasitor dapat dinyatakan dalam grafik hubungan antara Q dan V yaitu W = \frac{1}{2} QV. Dari persamaan C=\frac{Q}{V} diperoleh bahwa Q = CV maka dengan :

W = energi yang tersimpan di dalam kapasitor (joule)

C = kapasitas kapasitor (F)

V = beda potensial antara kedua keping kapasitor (volt)

3.      Rangkaian Dan Hambatan Listrik

Rangkaian hambatan listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Pada rangkaian listrik, mungkin kita sering menjumpai beberapa hambatan yang dirangkai secara bersama-sama. Hambatan yang dimaksud di sini bukan hanya resistor, melainkan semua peralatan yang menggunakan listrik, seperti lampu, radio, televisi, dan setrika listrik.

a)      Jenis Rangkaian Hambatan Listrik

Rangkaian hambatan listrik dibedakan menjadi dua, yaitu seri dan paralel.

Rangkaian hambatan seri adalah rangkaian yang disusun secara berurutan (segaris). Pada rangkaian hambatan seri yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, besar kuat arus di setiap titik dalam rangkaian tersebut adalah sama. Jadi, semua hambatan yang terpasang pada rangkaian tersebut dialiri arus listrik yang besarnya sama. Bila salah satu hambatan ada yang putus, maka arus listrik pada rangkaian tersebut juga putus/tidak mengalir.

b)      Rangkaian hambatan listrik

Kuat arus yang mengalir melalui kedua lampu tersebut sama besarnya, sedangkan tegangannya berbeda (VAB ≠ VBC). Dengan menggunakan hukum Ohm dapat kita tuliskan secara matematis sebagai berikut.

Jika VAB= I × R1, VBC = I × R2, VAC = VAB + VBC; maka:

VAC = VAB + VBC

VAC = I × R1 + I × R2

VAC = I (R1 + R2)

Jika kita ganti kedua hambatan yang dirangkai seri dengan sebuah hambatan pengganti (Rs) lihat gambar (c) diatas, maka VAC = I × Rs , sehingga kita dapatkan persamaan sebagai berikut.

VAC = I(R1 + R2)

I × Rs = I(R1 + R2)

Rs = R1 + R2

Jadi, bentuk umum hambatan pengganti yang dirangkai seri adalah sebagai berikut.

Rs = R1 + R2 + R3 + … + Rn (n = banyaknya hambatan)

Hambatan pengganti pada kedua rangkaian ini selalu lebih besar karena merupakan jumlah dari hambatan-hambatan yang dipasang.

c)      Rangkaian Hambatan Listrik Paralel

Hambatan paralel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan/berjajar. Jika hambatan yang dirangkai paralel dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka tegangan pada ujung-ujung tiap hambatan adalah sama. Sesuai dengan Hukum I Kirchoff, jumlah kuat arus yang mengalir pada masing-masing hambatan sama dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar utama.

Dengan menggunakan hukum I Kirchoff dan hukum Ohm, maka dapat kita tuliskan secara matematis sebagai berikut.

Rumus Rangkaian Hambatan Listrik ParalelJika kita ganti kedua hambatan yang dirangkai paralel dengan sebuah hambatan pengganti (Rp), lihat gambar (c), maka I = \frac{V}{R_{p}}, sehingga kita dapatkan persamaan sebagai berikut Jadi, bentuk umum hambatan yang dirangkai paralel adalah :