MAKALAH FISIKA KELAS 12 : MEDAN LISTRIK

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Kata “Listrik” bisa membangkitkan bayangan teknologi modern yang kompleks: 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.

Banyak gaya umum yang bisa dianggap sebagai “gaya kontak”, seperti tangan Anda mendorong atau menarik kereta belanja, atau raket tenis memukul bola tenis. Kebalikannya, baik gaya gravitasi maupun gaya listrik bekerja dari jarak tertentu, gaya akan ada bahkan ketika kedua benda tidak bersentuhan. Gagasan gaya bekerja dari jarak tertentu merupakan suatu hal yang sulit untuk para pemikir zaman dulu. Newton sendiri tidak merasa nyaman dengan gagasan ini ketika ia menerbitkan hukum gravitasi universalnya. Cara yang biasa membantu untuk memahami situasi ini menggunakan ide medan, yang dikembangkan oleh ilmuwan inggris Michael Faraday

(1791-1867).

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 bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak.

Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jik 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.

B.     Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan dalam pembuatan makalah ini adalah untuk memenuhi tugas dalam mata kuliah Listrik Magnet. Selain itu juga penulis bertujuan untuk mengetahui lebih jauh tentang medan gaya listrik serta untuk menambah wawasan Kami  sebagai Mahasiswa. Khususnya kelompok Kami (kelompok I).

C.    Pembatasan Masalah

Dalam melakukan tugas makalah ini, kami sudah melaksanakannya semaksimal mungkin akan tetapi karena adanya keterbatasan kemampuan, waktu, tenaga dan pikiran maka kami membatasi masalah tentang medan listrik.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Listrik

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:

v  Listrik adalah kondisi dari partikel sub atomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.

v   Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

Bersama dengan magnetisme, listrik membentuk interaksi fundamental yang dikenal sebagai elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di dalam aplikasi - aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik.

B.     Sifat-sifat Listrik

Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frase "jumlah listrik" digunakan juga dengan frase "muatan listrik" dan juga "jumlah muatan". Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.

Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".

Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).

Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik.

C.    Tanda muatan listrik

Muatan listrik dapat bernilai negatif, nol (tidak terdapat muatan atau jumlah satuan muatan positif dan negatif sama) dan negatif. Nilai muatan ini akan memengaruhi perhitungan medan listrik dalam hal tandanya, yaitu positif atau negatif (atau nol). Apabila pada setiap titik di sekitar sebuah (atau beberapa) muatan dihitung medan listriknya dan digambarkan vektor-vektornya, akan terlihat garis-garis yang saling berhubungan, yang disebut sebagai garis-garis medan listrik. Tanda muatan menentukan apakah garis-garis medan listrik yang disebabkannya berasal darinya atau menuju darinya. Telah ditentukan (berdasarkan gaya yang dialami oleh muatan uji positif), bahwa:

~ Muatan positif (+) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah dari padanya menuju keluar,

~  Muatan negatif (-) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah menuju masuk padanya.

~ Muatan nol ( ) tidak menyebabkan adanya garis-garis medan listrik.

D.    Teori Dasar Medan Gaya Listrik

~  Garis medannya memiliki awal dan akhir, berawal dari penghantar bertegangan sebagai    sumbernya dan berakhir pada struktur konduktif.

~   Besaran medan listrik

~ kuat medan listrik E, satuan kV/m.

Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga pada tiap titik dalam ruang. Atau secara matematis, medan merupakan sesuatu yang merupakan fungsi kontinu dari posisi dalam ruang.

 

Medan Listrik merupakan daerah atau ruang di sekitar benda yang bermuatan listrik dimana, jika sebuah benda bermuatan lainnya diletakkan pada daerah itu masih mengalami gaya elektrostatis (disebut juga gaya coulomb).

Gaya listrik adalah gaya yang dialami oleh obyek bermuatan yang berada dalam medan listrik. Rumusan gaya listrik kadang sering dipertukarkan dengan hukum Coulomb, padahal gaya listrik bersifat lebih umum ketimbang hukum tersebut, yang hanya berlaku untuk dua buah muatan titik. Jadi suatu titik dikatakan berada dalam medan listrik apabila suatu benda yang bermuatan listrik ditempatkan pada titik tersebut akan mengalami gaya listrik.

Gambar diatas titik B berada didalam daerah medan listrik yang disebabkan oleh benda bermuatan A.

Gaya listrik, sebagaimana umumnya gaya, dilambangkan dengan huruf F atau biasa d iberi indeks kecil di bawah E (electric) atau L (listrik).

F = qE

Dengan :

                        q = muatan listrik (coulomb)

                        E = medan listrik  (N/C)

Medan Listrik sering juga di pakai istilah kuat medan listrik atau intensitas medan listrik. Kuat medan listrik di suatu titik adalah gaya yang diderita oleh suatu muatan percobaan yang diletakkan dititi itu dibagi oleh besar muatan percobaan.

Adanya medan gaya listrik digambarkan oleh Garis Medan Listrik (Lines of Force) yang mempunyai sifat:

1. Garis Medan listrik keluar dari muatan positif menuju ke muatan negatif

2. Garis medan listrik antara dua muatan tidak pernah berpotongan

 3. Jika medan listrik di daerah itu kuat, maka garis medan listriknya rapat dan sebaliknya.

\

 Medan ada dua macam yaitu :

  *Medan Skalar, misalnya temperatur, potensial dan ketinggian

  * Medan vektor, misalnya medan listrik dan medan magnet

            Ada dua jenis muatan listrik yang diberi nama positif dan negatif. Muatan listrik selalu merupakan kelipatan bulat dari satuan muatan dasar e. Muatan dari elektron adalah - e dan proton + e. Benda menjadi bermuatan akibat adanya perpindahan muatan dari satu benda ke benda lainnya, biasanya dalam bentuk elektron. Muatan bersifat kekal. Muatan tidak diciptakan maupun dimusnahkan pada proses pemberian muatan, tetapi hanya berpindah tempat.

              Gaya yang dilakukan oleh satu muatan kepada muatan lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan muatan-muatan. besarnya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatanmuatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. Gaya akan tolak menolak jika muatanmuatan mempunyai tanda yang sama dan akan tarik menarik jika mempunyai tanda yang tidak sama. Hasil ini dikenal sebagai Hukum Coulomb :

         Dimana :

F = gaya tarik (N)

r = jarak muatan q₁ dan q₂ (m)

k = tetapan Coulumb = 8,99x10⁹ (N.m² /C²)

q₁ dan q₂ = muatan listrik (Coulumb)

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 bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak.

Arah medan listrik dari suatu benda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif memiliki garis gaya listrik dengan arah keluar dari muatan tersebut. Adapun, sebuah muatan negatif memiliki garis gaya listrik dengan arah masuk ke muatan tersebut.

Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Jika sebuah muatan uji q’ diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuat medanlistrik E benda tersebut adalah besar gaya listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji. Jadi, dituliskan:

F = E q’

Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut.

E.     Distribusi muatan listrik

Medan listrik tidak perlu hanya ditimbulkan oleh satu muatan listrik, melainkan dapat pula ditimbulkan oleh lebih dari satu muatan listrik, bahkan oleh distribusi muatan listrik baik yang diskrit maupun kontinu. Contoh-contoh distribusi muatan listrik misalnya:

*  kumpulan titik-titik muatan

*  kawat panjang lurus berhingga dan tak-berhingga

*  lingkaran kawat

*  pelat lebar berhingga atau tak-berhingga

v  cakram tipis dan cincin

  

F.     Garis-garis Medan Listrik

* Memvisualisasikan pola-pola medan listrik adalah dengan menggambarkan garis-garis dalam arah medan listrik.

*  Vector medan listrik di sebuah titik titik, tangensial terhadap garis-garis medan listrik.

*  Jumlah garis-garis per satuan luas permukaan yang tegak lurus garis-garis medan listrik, , sebanding dengan medan listrik di daerah tersebut.

Gaya Coulomb di sekitar suatu muatan listrik akan membentuk medan listrik. Dalam membahas medan listrik, digunakan pengertian kuat medan. Untuk medan gaya Coulomb, kuatmedan listrik adalah vektor gaya Coulomb yang bekerja pada satu satuan muatan yang kita letakkan pada suatu titik dalam medan gaya ini, dan dinyatakan dengan E (r).

Muatan yang menghasilkan medan listrik disebut muatan sumber. Misalkan muatan sumber berupa muatan titik q. Kuat medan listrik yang dinyatakan pada suatu vektor posisi terhadap muatan sumber tsb, adalah medan pada satu satuan muatan uji. Bila kita gunakan muatan uji sebesar q’→0 pada vektor posisi r relatif terhadap muatan sumber, kuat medan harus sama dengan E(r ).

dimana adalah vektor satuan arah radial keluar.

  

G.    Kuat Medan Gaya Listrik

Medan gaya listrik yaitu Gaya elektrostatik yang dialami oleh satu satuan muatan positif yang diletakkan di titik itu setiap satuan muatannya. Didefinisikan sebagai hasil bagi gaya listrik yang bekerja pada suatu muatan uji dengan besar muatan uji tersebut.

Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Jika sebuah muatan uji q’ diletakkan di dalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan, kuat medan listrik E benda tersebut adalah besar gaya listrik F yang timbul di antara keduanya dibagi besar muatan uji.

Kuat medan listrik juga merupakan besaran vektor karena memiliki arah, maka penjumlahan antara dua medan listrik atau lebih harus menggunakan penjumlahan vektor. Arah medan listrik dari sebuah muatan positif di suatu titik adalah keluar atau meninggalkan muatan tersebut. Adapun, arah medan listrik dari sebuah muatan negatif di suatu titik adalah masuk atau menuju ke muatan tersebut.

1.      Di Suatu Titik Akibat Suatu Muatan Sumber

Misalkan ada Sebuah Titik P yang berjarak r dari suatu muatan sumber q, maka arah kuat medan listrik di titik P searah dengan gaya elektrostatis yang dialami oleh sebuah muatan uji q’ yang bermuatan positif yang diletakkan di titik tersebut, dan digambarkan sebagai berikut:

2.     Akibat Beberapa Muatan

Medan listrik adalah gaya listrik persatuan muatan. Karena gaya listrik mengikuti prinsip superposisi secara vektor, demikian juga yang terjadi pada medan listrik. Hal ini berarti kuat medan listrik dari beberapa muatan titik adalah jumlah vektor kuat medan listrik dari masing – masing muatan titik. Misalkan dua buah muatan listrik +q1 dan –q2 terletak seperti terlihat dalam gambar:

Kuat medan listrik di P akibat muatan +q1 adalah E1 yang arahnya menjauhi q1 dan kuat medan listrik di P akibat ,muatan – q2 adalah E2 yang menuju q2. Dengan metode penjumlahan vektor, maka kuat medan listrik total di titik P ( Ep ) adalah :

 H.    Energi medan listrik

        Medan listrik menyimpan energi. Rapat energi suatu medan listrik diberikan oleh

Dengan :

*  ϵ adalah permittivitas medium di mana medan listrik terdapat, dalam ruang vakum ϵ = ϵ₀.

*  E adalah vektor medan listrik.

Total energi yang tersimpan pada medan listrik dalam suatu volum V adalah

  

Dengan d_T  adalah elemen diferensial volum.

I.       Fluks Listrik

Apabila terdapat garis-garis gaya dari suatu medan listrik homogen yang menembus tegak lurus suatu bidang seluas A, maka hasil kali antara kuat medan listrik E dan luas bidang A yang tegak lurus dengan medan listrik itu disebut dengan fluks listrik (Φ).

Di mana Φ = fluks medan listrik (N/C m2 = weber = Wb)

E = kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang ditembus listrik (m2)

θ = sudut antara vektor E dan garis normal bidang

J.      Hubungan Medan Listrik dan Medan Magnet dengan Kesehatan

Para ahli telah sepakat bahwa medan listrik dan medan magnet yang berasal dari jaringan listrik digolongkan sebagai frekuensi ekstrim rendah dengan konsekuensi kemampuan memindahkan energi sangat kecil, sehingga tidak mampu mempengaruhi ikatan kimia pembentuk sel-sel tubuh manusia. Disamping itu sel tubuh manusia mempunyai kuat medan listrik sekitar 10 juta Volt/m yang jauh lebih kuat dari medan listrik luar. Medan listrik dan medan magnet dengan frekuensi ekstrim rendah ini juga tidak mungkin menimbulkan efek panas seperti yang dapat terjadi pada efek medan elektromagnet gelombang mikro, frekuensi radio, dan frekuensi yang lebih tinggi seperti pada telepon seluler. Adanya sementara orang yang tinggal dekat dengan jaringan transmisi listrik melaporkan keluhan-keluhan seperti sakit kepala, pusing, berdebar dan

susah tidur serta kelemahan seksual adalah bersifat subyektif, karena persepsi mereka yang kurang tepat.

Gejala Efek Medan Gaya Listrik:

1. Sistem saraf. Mengantuk, insomnia, susah berkonsentrasi, mudah lupa, cepat marah, depresi,tegang leher, sempoyongan, nyeri kepala, kesemutan.

2. Sistem sirkulasi (jantung dan pembuluh darah). Nyeri dada, jantung berdebar-debar, gangguan irama jantung, tekanan darah tinggi.

3. Sistem pencernaan. Sariawan, sakit maag (gastritis), sembelit, mencret, perut kembung.

4. Sistem penglihatan. Mata mudah lelah, penglihatan kabur.

5. Sistem pendengaran. Telinga berdenging. Sistem anggota gerak tubuh. Mudah lelah, nyeri otot, kaku pada persendian.

6. Sistem anggota gerak tubuh. Mudah lelah, nyeri otot, kaku pada persendian.

7. Sistem ekskresi (ginjal dan salurannya). Sering kencing, susah kencing.

  

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. 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.

Medan adalah suatu besaran yang mempunyai harga pada tiap titik dalam ruang. Atau secara matematis, medan merupakan sesuatu yang merupakan fungsi kontinu dari posisi dalam ruang.

Medan Listrik merupakan daerah atau ruang di sekitar benda yang bermuatan listrik dimana jika sebuah benda bermuatan lainnya diletakkan pada daerah itu masih mengalami gaya elektrostatis.

Gaya listrik adalah gaya yang dialami oleh obyek bermuatan yang berada dalam medan listrik. Rumusan gaya listrik kadang sering dipertukarkan dengan hukum Coulomb, padahal gaya listrik bersifat lebih umum ketimbang hukum tersebut, yang hanya berlaku untuk dua buah muatan titik.

Adanya Medan Listrik digambarkan oleh Garis Medan Listrik (Lines of Force) yang mempunyai sifat:

1. Garis Medan listrik keluar dari muatan positif menuju ke muatan negatif

2. Garis medan listrik antara dua muatan tidak pernah berpotongan

3. Jika medan listrik di daerah itu kuat, maka garis medan listriknya rapat dan sebaliknya.

Arah medan gaya listrik

*  Jika muatan sumber muatan positif maka arah garis medan listrik adalah menuju keluar.

* Jika muatan sumber adalah negatif maka arah garis medan adalah masuk ke dirinya sendiri.

Kuat medan gaya listrik yaitu Gaya elektrostatik yang dialami oleh satu satuan muatan positif yang diletakkan di titik itu setiap satuan muatannya. Didefinisikan sebagai hasil bagi gaya listrik yang bekerja pada suatu muatan uji dengan besar muatan uji tersebut.

B.     Saran

Makalah ini untuk mengetahui lebih jauh tentang medan listrik serta untuk menambah wawasan kita tentang pengertian listrik, medan gaya listrik, sifat-sifat listrik, kuat medan listrik, dan gejala terjadi medan listrik tersebut.

Kritik dan Saran yang bersifat membangun selalu Kami harapkan demi kesempurnaan makalah Kami. Bagi para pembaca yang ingin mengetahui lebih jauh mengenai Medan Listrik, penulis mengharapkan agar para pembaca membaca buku-buku lainnya yang berkaitan dengan judul Medan Gaya Listrik.

                                           DAFTAR PUSTAKA

Giancoli, Douglas C. 2001. FISIKA, edisi kelima, jidil 2. Jakarta : Erlangga.

Supiyanto. 2007. Fisika SMA XII Kurikulum KTSP Standar Isi 2006. Jakarta : Erlangga.

Jatmiko, Budi. 2004. Modul Fis.20.Listrik Statis. Surabaya : Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum

www.IndofamilyNetHealth.com/2009/02/06/Gejala_Efek_Medan_Listrik/Medan_Listrik.doc

- bab2-medan-listrik_dan_hukum_grauss.pdf

- Bahan_ajar_Fisika_Dasar._Fakultas_Kehutanan_UGM/Fisika_dasar.doc

www.id.wikipedia.org./wiki/Gaya_listrik/

Bagikan Artikel ini