Medan listrik
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ | medan listrik |
| electric field strength/ɪˈlektrɪk fiːld streŋθ/ | kekuatan medan listrik |
| field line/fiːld laɪn/ | garis medan |
| test charge/test tʃɑːdʒ/ | muatan uji |
| vector/ˈvektə/ | vektor |
| negative charge/ˈneɡətɪv tʃɑːdʒ/ | muatan negatif |
| point charge/pɔɪnt tʃɑːdʒ/ | muatan titik |
| dipole/ˈdaɪpəʊl/ | dipol |
| uniform field/ˈjuːnɪfɔːm fiːld/ | medan seragam |
Gaya tanpa pengantur di antaranya
- Gosokkan sisir pada rambut Anda dan pegang di atas kertas sobekan. Kertas melompat naik untuk meets it (menemunya), melewati celah udara, tanpa ada yang menyentuh.
- Newton menyebut action at a distance across empty space (aksi jarak jauh melalui ruang hampa) sebagai hal yang secara filosofis dapat diterima, dan dia benar merasa cemas. Jawaban modern adalah bahwa sisir mengubah space around it (ruang di sekitarnya), dan kertas merespons ruang yang ditempatinya.
- Area yang diubah itu adalah electric field (medan listrik), dan seluruh topik ini adalah cara mendeskripsikannya cukup tepat untuk dihitung.
- Pelajaran ini adalah definisi dari electric field strength (kekuatan medan listrik), gaya yang dihasilkannya, dan bagaimana field lines (garis medan) merepresentasikannya.
Kekuatan medan
- The electric field strength (kekuatan medan listrik) at a point (di suatu titik) is the force per unit positive charge (gaya per satuan muatan positif) acting on a small test charge (muatan uji kecil) placed at that point:
- Three words carry the two marks (Tiga kata membawa dua nilai poin). Force per unit charge (Gaya per satuan muatan), bukan "force on a charge" (gaya pada muatan). Positive (Positif), yang menentukan arah. Dan small atau test (Kecil atau Uji), agar muatan tidak mengganggu medan yang diukurnya.
- Satuannya adalah $\text{N/C}$, yang sama dengan $\text{V/m}$. $E$ adalah vektor.
Kekuatan medan listrik adalah gaya per satuan:
$E = \dfrac{F}{q}$ — gaya pada setiap coulomb muatan uji positif kecil.
Muatan $2.0\ \text{C}$ mengalami gaya $6.0\ \text{N}$. Berapa besar kuat medannya?
$E = \dfrac{F}{q} = \dfrac{6.0}{2.0} = 3.0\ \dfrac{\text{N}}{\text{C}}$.
Kata-kata mana yang diperlukan dalam definisi kuat medan listrik bernilai dua poin? Pilih semua yang berlaku.
Muatan bergerak mengalami gaya listrik yang sama. Tiga gagasan utama adalah per satuan muatan, positif, dan muatan uji kecil.
Gaya pada sebuah muatan
- Rearranged, the field tells you the force on any charge placed in it (Disusun ulang, medan memberi tahu Anda gaya pada muatan apa pun yang diletakkan di dalamnya):
- A positive charge didorong along (searah) medan. A negative charge didorong against (melawan arahnya), karena $q$ bernilai negatif.
- Dalam masalah-masalah ini gravitasi hampir selalu dapat diabaikan. Sebuah elektron dalam medan $1500\ \text{V/m}$ mengalami percepatan $2.6 \times 10^{14}\ \text{m/s}^2$, melawan $9.81$ dari gravitasi, sehingga beratnya diabaikan kecuali pertanyaan secara spesifik tentang menyeimbangkannya.
Medan yang cukup kuat untuk memisahkan elektron dari molekul udara
Gaya pada muatan negatif berlawanan dengan arah medan.
Arah medan didefinisikan untuk muatan positif; muatan negatif mengalami gaya berlawanan.
Contoh terpecahkan: medan dari percepatan
- Sebuah proton berakselerasi pada $2.00\ \text{m/s}^2$ dalam medan listrik, tanpa gaya lain yang bekerja. Temukan kekuatan medan. ($m_{\text{p}} = 1.67 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, $e = 1.60 \times 10^{-19}\ \text{C}$.)
- Gaya listrik adalah satu-satunya gaya, jadi $qE = ma$.
- Jalankan penyusunan ulang yang sama ke arah sebaliknya untuk percepatan elektron dalam medan tertentu: $a = eE/m_{\text{e}}$, yang sangat besar karena massa elektron sangat kecil.
Sebuah proton (massa 1.67e-27 kg, muatan 1.60e-19 C) mengalami percepatan 2.00 m/s^2 hanya di bawah pengaruh medan listrik. Berapakah kekuatan medan tersebut, dalam satuan 10^-8 V/m?
Gaya listrik adalah satu-satunya gaya, sehingga qE = ma dan E = ma/q = 2.09e-8 V/m. Penyusunan ulang yang sama juga memberikan percepatan elektron dalam medan yang diketahui.
Garis medan
- A field line menunjukkan, melalui direction (arahnya), arah gaya pada a positive charge (muatan positif) yang diletakkan di sana, dan melalui spacing (jaraknya), kekuatan medan: garis yang lebih rapat berarti medan yang lebih kuat.
- Lines start on positive (berawal dari muatan positif) charges and end on negative (berakhir di muatan negatif) ones, or run to infinity. They never cross, since the force at a point has one direction (Garis-garis tersebut tidak pernah bersilangan, karena gaya di satu titik memiliki satu arah).
- Every line carries an arrow, and lines meet the surface of a conductor at right angles (sudut siku-siku).
- A sketch is marked on exactly those points: arrows drawn, lines not crossing, correct starts and ends, and sensible spacing (Sketsa ditandai tepat pada poin-poin tersebut: panah digambar, garis tidak bersilangan, awal dan akhir yang benar, serta jarak yang masuk akal).
Empat pola standar yang harus mampu digambar dari hafalan
Pola yang harus diketahui
- A positive point charge: radial lines pointing outwards. A negative one: radial lines pointing inwards (Garis radial mengarah ke luar. Yang negatif: garis radial mengarah ke dalam).
- Two opposite charges, a dipole: lines curving from the positive to the negative (Dua muatan berlawanan, sebuah dipol: garis melengkung dari positif ke negatif).
- Two parallel charged plates: equally spaced parallel lines, a uniform field, apart from the curvature at the edges (Dua pelat bermuatan sejajar: garis paralel dengan jarak sama, medan seragam, kecuali kelengkungan di tepi).
Medan listrik
E ∝ Q / r²
Muatan membentuk medan radial — keluar untuk +, masuk untuk −, mematuhi hukum kuadrat terbalik.
Garis-garis medan listrik:
Mereka berjalan dari + ke −, tidak pernah berpotongan, dan lebih rapat di mana medan lebih kuat.
Garis medan yang digambar lebih rapat menunjukkan medan yang ____.
Jarak antar garis menunjukkan kekuatan medan — garis yang lebih rapat berarti medan yang lebih kuat.
Manakah pernyataan yang benar mengenai garis-garis medan listrik? Pilih semua yang berlaku.
Garis medan menunjukkan arah gaya, bukan lintasan: muatan yang masuk secara menyamping mengikuti kurva yang memotong garis-garis tersebut.
Bola konduktor bermuatan
- Charge on an isolated conductor sits on its outer surface, spread evenly if the sphere is alone (Muatan pada konduktor terisolasi berada di permukaannya, tersebar merata jika bola tersebut sendirian).
- Di luar, garis-garis medannya bersifat radial dan berjarak rata: tepat pola dari muatan titik di tengah, sehingga $r$ diukur dari pusat.
- Inside a hollow or solid conductor the field is zero, and the conductor is therefore an equipotential (Di dalam konduktor berongga atau pejal, medannya nol, dan konduktor tersebut merupakan equipotensial).
- Pada grafik $E$ terhadap $x$ untuk bola semacam itu, jari-jari adalah tempat $E$ melonjak naik dari nol, dan muatan mengikuti dari titik mana pun pada kurva menggunakan $Q = 4\pi\varepsilon_0 r^2 E$.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Definisinya adalah gaya per satuan muatan positif pada muatan uji kecil. Ketiga ide tersebut diberi nilai.
- Garis medan tidak pernah berpotongan dan selalu membawa panah. Sketsa tanpa panah tidak mendapatkan nilai apa pun.
- Inside a conductor the field is zero, and outside it behaves as a point charge at the centre (Di dalam konduktor medannya nol, dan di luar ia berperilaku sebagai muatan titik di pusat).
- Gravity is negligible for a charged particle in a field unless the question is about balancing weight, as with an oil drop (Gravitasi dapat diabaikan untuk partikel bermuatan dalam medan kecuali pertanyaannya tentang menyeimbangkan berat, seperti dengan tetesan minyak).
Berapa medan listrik di dalam bola konduktor berongga yang bermuatan?
Medan dari semua muatan permukaan saling meniadakan di bagian dalam, sehingga konduktor menjadi ekuipotensial. Di luar, ia berperilaku seperti muatan titik di pusat.
Anda telah memahaminya
- kekuatan medan listrik adalah gaya per satuan muatan positif pada muatan uji kecil: $E = F/q$, sebuah vektor dalam $\text{N/C}$ atau $\text{V/m}$
- $F = qE$: muatan positif didorong sepanjang medan, muatan negatif melawan arah medan, dan gravitasi biasanya dapat diabaikan
- garis medan menunjukkan arah melalui panahnya dan kekuatan melalui jaraknya; mereka dimulai dari positif, berakhir di negatif, tidak pernah berpotongan, dan bertemu konduktor secara tegak lurus
- bola berm behaving di luar sebagai muatan titik di pusatnya, dan medan di dalam konduktor adalah nol