MEDAN LISTRIK STATIS -- Tugas Translate

 

MEDAN LISTRIK STATIS

 

2-1 PENDAHULUAN 

Dalam bab ini mendiskusikan hubungan dasar medan elektrik statis di ruang bebas. Termasuk hukum coulomb dan gaya per muatan, hukum gauss dan fluk listrik, dan bidang superposisi. Kesetaraan medan elektrik terhadap gradient potensian elektrik dan potensial elektrik terhadap medan garis integral akan dijelaskan. Orthogonality bidang baris dan Ekipotensial kontur telah diperlihatkan. Pengisian daya juga dibandingkan. Serta menerangkan konsep muddah dari ketetapan dan idealism dan nilai kepositifan, kebenaran tangan kanan.

 

2-2 GAYA DI ANTARA TITIK MUATAN DAN HUKUM COULOMB

Pada awal percobaan kelistrikan, Thales mencatat bahwa potongan amber digosok dengan sutra tertarik potongan-potongan kain atau jerami. Amber, atau materi pada umumnya dalam keadaan normal, atau netral, yang terindikasi  mengandung jumlah muatan positif dan negatif yang sama (atau muatan listrik). Menggosok itu memindahkan beberapa muatan dari satu objek ke objek lainnya sehingga mereka tidak netral lagi, satu menjadi positif dan lainnya menjadi negatif.  

Muatan yang ditransfer terdiri dari elektron mekanis yang keluar dari atom terluar dari amber. Karena elektron dianggap memiliki muatan negatif, amber yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif. Amber cenderung untuk mempertahankan suatu charge karena pengisian tidak bebas untuk melalui itu.  Inilah ciri khas isolator (atau dielectrics). Logam, di sisi lain, dapat melakukan atau mengizinkan perpindahan muatan dan digolongkan sebagai konduktor.  

Gambar 2-1 dua titik muatan tanda sama menjauh (), tetapi tanda berlawanan menarik (b).

 

Percobaan dasar dari electrostatics, dilaporkan oleh Coulomb di 1785, melibatkan muatan kecil. Hasil dari percobaan ini diberikan oleh Coulomb's hukum, yang menyatakan bahwa Gaya F antara dua titik muatan Q1 dan Q2 sebanding dengan produk muatan dan berbanding terbalik dengan luas r jarak antara mereka, yaitu

Dimana k adalah konstan proporsionalitas. Karena ada efek kuadrat terbalik dari kejauhan, hukum ini disebut hukum kuadrat terbalik. Gaya terletak di arah dari garis yang menghubungkan muatan. Seperti yang disarankan dalam Fig. 2-1, gaya keluar (gaya ) jika ada 2 muatan dengan tanda yang sama, tetapi menarik (gaya menarik) juika 2 muatan tandanya berlawanan.

Dalam sistem internasional proporsionalitas ditetapkan sebagai

Di Mana ɛ₀ permitivity media yang mana muatan berada. Dengan analisis dimensi (1) kita menemukan bahwa ɛ₀ memiliki dimensi kapasitansi per panjang, atau simbol dimensi, T⁴saya²/ML³. (Kapasitansi didiskusikan di sec. 3-8). Unit S1 untuk dielektrik adalah farad per meter (Fm^-1). Dielektrik ruang hampa adalah

Ɛ₀ = 8,85 x 10^-12 Fm^-1 = 8,85 PKP^-1

≈ x 10-9 Fm^-1 = n Fm^-1

 

Permeabilitas udara  sama dengan di ruang hampa. Dalam bab ini diasumsikan bahwa media adalah udara atau ruang hampa. Dengan demikian, untuk menjadi eksplisit, dielektrik yang diberikan sebagai ɛ₀, meskipun perlu dicatat bahwa persamaan bab ini juga dapat diimplementasikan ɛ ɛ ≠₀ di tak terbatas media yang isotropis, homogeneous, dan linier. Situasi umum media untuk ɛ yang ≠ ɛ₀ dibahas secara rinci dalam bab 3

 

Persamaan vector dan juga subtitusi nilai, kita dapatkan :

dimana F = gaya

            r = unit vector (lihat gbr 2-1) arah muatan merupakan gabungan beberapa garis ,

            Q1 = muatan 1, C

            Q2 = muatan 2, C

            e0 = permeabilitas ruang hampa

            r12 = hubungan antara 2 muatan

 

Ini merupakan persamaan veltor yang lengkap untuk hukum coulomb yang ditetapkan secara rasional dalam unit SI. Untuk memperkenalkan aplikasi hukum ini,izinkan kami menerangkan dalam beberapa permasalahan.

 

Contoh 1, Sebuah muatan negative bernilai 1 µC berada di udara pada garis koordinat rectangular. Muatan titik kedua bernilai 100µ berada pada nilai positif, terhubung pada jarak 500 mm dari pusat. Apakah gaya yang dihasilkan muatan dua..?

Solusinya menggunakan hukum coulomb pada gaya tersebut,

Ini berarti, ada sebuah gaya 3.6 N (0.8 lb) pada arah x positif pada muatan kedua

 

Contoh 2. Dua muatan titik masing-masing 1 C dan dengan tanda yang sama terletak pada 1 mm di udara. Apa besaran veltro gaya tersebut?

 Solusi dari gaya hukum coulomb adaalah

Gaya coulomb diantara partikel muatan terdiri dari situasi yang berbeda. Dimana setiap inti atom  saling berinteraksi satu sama lain.

 

2-3 IDEAL DAN TETAP

Konsep sebuah muatan titik memiliki ideal. Dari berbagai situasi mendiskusikan maslah fisika dan teknologi idealnya bersama-sama menyederhanakan permasalahan

dalam pembahasan 2 dan 3 sangat penting mencatat medan listrik statis yang mana telah didiskusikan. Implikasi semua muatan dan object satu dengan lainnya. Ini juga sesuatu yang ideal, tapi digunakan dalam konsep dasar teori medan listrik. Materi selanjutnya mengenai kondisi dibawah rata-rata yang akan menyebabkan ancaman.

  

2-4 INTENSITAS MEDAN LISTRIK

Perbandingan muatan positif yang berada pada koordinat polar. Jika selain muatan positif Q2, tergelincir dan terpengaruh waktu sebuah gaya. gaya langsung meuju lintasan terluar dan menjadi besar seperti Q2 menarik Q1. Hal ini dikatakan Q1 sebuah medan yang dikelilingi oleh gaya.

 

Gambar 2-2 muatan titik Q1 dengan vektor yang besarnya dan arahnya terkait oleh medan listrik.

Jika Q2 adalah tes positif charge, Gaya yang dihasilkan per unit (Gaya didefinisikan sebagai intensitas medan listrik)' E. Dengan demikian,

dimana Q2 = muatan titik positif

r   = jarak Q2 dari Q1

 

Intensitas medan listrik pada unit SI adalah newton per coulornb (N C - ² ). Seperti yang telah didiskusikan tentang potensial listrik (Sec. 2-7), sebuah unit yang setara untuk intensitas medan listrik adalah volt per meter (V m - ¹).

Menurut (I), (ia titik biaya Q 1 dikelilingi oleh medan listrik dari intensitas E yang sebanding Qi dan berbanding 10 r² . Intensitas medan listrik E adalah vektor yang memiliki arah sama seperti Gaya F tetapi berbeda dalam dimensi dan besarnya numerik.

Itu tidak tersirat oleh (1) bahwa muatan titik positif memiliki nilai dari I C. Itu mungkin memiliki nilai nyaman karena rasio kekuatan (Newton) untuk titik muatan  (coulombs) independen dari ukuran muatan asalkan tidak mengganggu bidang yang diukur. Seperti yang tercantum dalam contoh 2 di Sec. 2-2, aku C mewakili biaya yang jauh lebih besar daripada yang biasanya ditemui dalam probietns statis. Dengan demikian, jika kita berusaha untuk menggunakan biaya tes i C, kita akan cenderung 10 mengganggu tuduhan bidang yang kami berusaha untuk mengukur. Oleh karena itu, sangatlah penting untuk menggunakan kecil agar biaya; pada kenyataannya, biaya tes harus cukup kecil untuk memastikan bahwa itu docs tidak lumayan mengganggu konfigurasi biaya adalah bidang yang diukur.

Jika tes dilakukan cukup kecil, ini dapat dianggap sebagai ukuran infinitesiznal, sehingga menjadi nilai akhir intensitas medan listrik pada titik

benar-benar biaya tersedia tes terkecil adalah suatu elektron. Karena ini adalah biaya terbatas, maka bahwa E tidak dapat diukur dengan akurasi yang tak terbatas. Meskipun ini adalah penting dalam atom masalah, perlu tidak perhatian kita pada besar-skala, atau makroskopik, masalah dirawat di buku ini. Dalam prakteknya, E akan diukur sedikit pun kecil tapi biaya ujian terbatas cukup kecil, E akan berbeda inappreciably dari yang diukur dengan infinitesimal, atau makin kecil, menguji biaya sebagaimana dimaksud dalam (2).

 Contoh A negatif titik biaya 10 nC terletak di udara di asal-usul sistem koordinat persegi panjang. Apa adalah intensitas medan listrik pada titik pada sumbu positif x 3m dari asal?

 

Solusi oleh (1) intensitas medan diberikan oleh

Itu adalah, intensitas medan listrik adalah c N 10 - l (atau 10 V m-l) dan ke arah negatif x.

 

2-5 HAL POSITIF, RIGHT-HANDEDNESS, DAN OUTWARDNESS

Ini akan menjadi nyaman pada awalnya mengadopsi berbagai Konvensi.

1. Sangat convement untuk menentukan bidang listrik, seperti dalam Sec. 2-4, dalam hal muatan positif. T hus, Medan listrik setiap titik dalam arah Angkatan pada biaya tes positif ditempatkan pada titik.

2. Lebih mudah membakukan pada tangan kanan koordinat sistem. Sebagai contoh, sistem koordinat persegi panjang di Fig. 2-3b tangan kanan di balik posit kemarahan .v Xls ke sumbu y posilire dan melanjutkan ke arah sekrup kidal, kita bergerak dalam positif: arah. Ini scl koordinat uxes sesuai dapat disebut set positif. Sistem koordinat persegi panjang di Fig. 2-3a kidal sejak mengubah sumbu x positif menjadi sumbu y positif, kita tnusl melanjutkan seperti sekrup kidal bergerak ke arah positif z..

3. Ini merupakan konsekuensi dari convenuon hal positif bahwa listrik diadakan di sekitar muatan positif luar (Lihat gambar 2-2). Akibat lebih jauhnya adalah bahwa kita

Lapangan untuk memegang (4) yang disebut konservatif. It berikut bahwa potensi antara dua titik Lapangan konservatif independen dari jalan.

2-9 HUBUNGAN MEDAN LISTRIK BARIS DAN KONTUR EKIPOTENSIAL; ORTHOGONALITY

Sebuah garis lapangan menunjukkan arah gaya pada biaya tes positif diperkenalkan ke lapangan. Jika biaya tes dirilis, bergerak ke arah line• bidang bidang uniforrn, garis Lapangan busur paralel, seperti di Fig. 2-1 1. Garis tunggal ficld tak memberikan informasi mengenai intensitas dari figld. Ini menunjukkan hanya arah. Namun, dengan mengukur kerja per coulomb diperlukan untuk memindahkan muatan positif tes sepanjang jalur bidang potensi perbedaan sepanjang garis dapat ditentukan. Semakin besar potensi diffcrencc betwccn dua poin unit jarak terpisah, semakin kuat bidang. Bidang seragam ada potensi perubahan per satuan panjang konstan, sehingga garis equipoteutial (yang ortogonal garis lapangan) sama-sama spasi. Dalam contoh dari Fig. 2-11, intensitas medan listrik adalah 0.2 V mm, sehingga Ekipotensial kontur interval-V paralel baris spasi 5 mm terpisah. Salah satu jalur sewenang-wenang diambil sebagai memiliki potensi nol sehingga potensi ditunjukkan relatif terhadap baris ini.

Pertimbangkan sekarang bidang nonuniform kasus ofa seperti ada di sekitar muatan positif Q di Fig. 2-12. Jika tes positif charge dirilis dalam bidang ini, bergerak radial pergi frorn Q, sehingga bidang garis radial. Intensitas medan bervariasi terbalik sebagai alun-alun jarak. Di gambar 2-12 ini disarankan oleh fakta bahwa garis Lapangan menjadi lebih luas dipisahkan sebagai jarak dari Q meningkat. Absolutc potensial berbanding terbalik dengan jarak [rom Q. Jika Q = 10 PC, kontur equtpotential untuk 20, 10, 5, dan 3 V yang kemudian seperti yang ditunjukkan oleh lingkaran konsentris di Fig. 2-12.

10

v

10

Hal ini perlu dicatat bahwa u potensi peningkatan selalu dalam arah yang berlawanan ke E.

Bidang gambar 2-11. jalur (padat) dan jalur equipotenliat (berlari) dari 50 mm clectric bidang.

Gambar 2-12 Fjcld baris (padat) dan equ•potential baris (berlari) dari atom medan lsitrik.

 

 

2-10 BIDANG DUA SAMA TITIK MUATAN SEBERANG TANDA-TANDA DAN TANDA SAMA

Bidang clcctric di titik P karena biaya dua titik + Q dan — Q sama dengan jumlah vektor ladang di karena masing-masing dari tuduhan sendirian. Ini diilustrasikan pada gambar 2-13. P PPN potensi sama dengan sujn aljabar potensi di P karena setiap biaya sendiri.

Inap bidang baris (padat) dan Ekipotensial kontur (berlari) ditampilkan dalam Fig. 2-13 untuk biaya titik + Q dan — Q dipisahkan oleh 127 tnm. Kontur equipotentral diberikan dalam volt q = 140 PC. Biaya konfigurasi dalam Fig. 2-13 merupakan dipol listrik dengan pemisahan biaya 127 mm.

Berbeda dengan diatas Mari kita mempertimbangkan dua titik sama tuduhan tanda yang sama (positif) seperti di Fig. 2-14. Peta garis lapangan (padat) dan equipotentral kontur (berlari) ditampilkan untuk pemisahan biaya 127 mm. Kontur Ekipotensial diberi jn volt q = 140 PC. Satu-satunya perbedaan antara biaya konfigurasi dari Fig. 2-14 dan dalam Fig. 2-13 adalah bahwa biaya rendah positif.

Dekat setiap biaya efek biaya lainnya kecil, dan equipotentials adalah lingkaran seperti orang-orang di sekitar muatan titik terisolasi. Untuk jarak menengah

Gambar 2-1 J Electrjc lapangan dan potenttal varjauon di sekitar dipol listrik yang terdiri dari biaya postlive dan negatif dari 140 PC dipisahkan oleh 127 mm. Garis yang solid adalah baris bidang. dan ltnes berlari cquipotcnual conlours. Dengan indicatcd tingkat mereka potensi di Volt.

 

equipotentials memiliki bentuk yang ditampilkan dalam Fig. 2.14. Yang menarik adalah gambar-delapan berbentuk Ekipotensial (V = 39.5 V) yang melintasi sendiri di titik P, mana E O. Titik ini disebut titik tunggal. Pada suatu titik, bidang dan jalur Ekipotensial yang tidak tegak lurus.

Diketahui bahwa dalam tiga dimensi garis Ekipotensial (putus) permukaan yang dihasilkan oleh berputar rajah -rajah 2-13 dan 2-14 tentang sumbu (vertikal) melalui tuduhan.

0

Medan listrik gambar 2-14 dan potenual variasi sekitar dua sama dengan tuduhan postltve 140 PC scparatcd oleh i 27 mm. Garis yang solid adalah baris bidang. dan garis putus kontur Ekipotensial, dengan tingkat potensi mereka ditunjukkan dalam Volt.

 

2-11 BIAYA KEPADATAN DAN BERKESINAMBUNGAN DISTRIBUSI BIAYA

P kepadatan biaya listrik (rata-rata) sama dengan total biaya Q di v volume dibagi dengan volume. Dengan demikian,

Sumber

Makalah Mr. Budi