kelasXIIIPA_Mudah_dan_aktif_belajar_fisika_Dudi..

dengan Persamaan (4–21) diperoleh W = kq Q
3 1 1 4
12 5 &
r2 r
6
7 1 8
1,44 × 10 –17 J = (9 × 109 ) (1,6 × 10 –19 C) (Q)
3 1 1 4
5 & &11 &11
1,5 × 10 2× 10 m
6
7 8
Q = 6 × 10 –19 C
Jadi, muatan inti atom adalah 6 × 10 –19 C.
Contoh 4.10
Segitiga ABC siku-siku di A dengan AB = 8 cm dan AC = 6 cm. Sebuah muatan
listrik q' = –10 –10 C akan dipindahkan dari titik C ke titik D yang terletak pada
pertengahan AB. Jika muatan q A = 10 –10 C dan muatan q B = –10 –10 C, anggap kehadiran
q' tidak berpengaruh terhadap potensial di D, tentukanlah:
a. potensial di C (V C ) olah q A dan q B ;
b. potensial di D (V D ) olah q A dan q B ;
c. usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q' dari C ke D.
Jawab:
Diketahui: q = +10 A –10 C; q = –10 B –10 C;
q' = –10 –10 C; BC = 10 cm = 0,1 m.
a. Potensial listrik di C akibat q dan q adalah
A B
qA qB
V = V + V = k + k
C CA CB AC BC
= 9 × 109 Nm2 /C2 b.
c.
&10 &10
3 10 C &10
C 4
5 + &6 &2
6 = 24 volt.
7 6× 10 m 10× 10 m 8
Potensial listrik di D akibat muatan q dan q .
A B
Oleh karena q = –q dan AD = BD, maka V = –V sehingga
A B DA DB
V = V + V = –V + V = 0
D DA DB DB DB
Usaha untuk memindahkan muatan adalah
W = q' (V – V ) = –10 CD D C –10 C (0 – 24 V) = 2,4 × 10 –9 C
6 cm
A
4 cm
10 cm
D 4 cm
B
joule.
4. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik
Hukum kekekalan energi mekanik pun berlaku pada gerak partikel,
seperti gerak proton dan elektron di dalam medan listrik. Hal tersebut
berlaku karena medan listrik merupakan medan konservatif.
Energi total sebuah partikel dengan massa m dan muatan q yang
bergerak dalam medan listrik adalah
1
Ep + Ek = Ep + Ek 1 1 2 2
atau
1 2 1 2
qV1 + mv1 = qV2 + mv2
(4–24)
2 2
Mengingat energi potensial listrik Ep = qV dan energi kinetik Ek =
2
2 mv jika kecepatan awal partikel v1 1
q V mv
2
= 0, Persamaan (4–24) menjadi
2
2 = (4–25)
Persamaan (4–25) menunjukkan perubahan energi potensial menjadi
energi kinetik.
Tantangan
untuk Anda
Hitunglah usaha yang diperlukan
untuk memindahkan muatan positif
yang besarnya 10 C dari suatu titik
yang potensialnya 10 V ke suatu titik
yang potensialnya 60 V.
Ingatlah
Hukum kekekalan energi mekanik
partikel dalam medan listrik berlaku
jika pada partikel tersebut tidak ada
gaya lain yang bekerja selain gaya
Coulomb.
Medan Listrik, Potensial Listrik, dan Kapasitor 89