Tugas Fisika Listrik & Magnet

• Mengapa terjadi Petir

Pada proses terjadinya petir, awan di angkasa ada yang bermuatan negatif dan ada yang bermuatan positif. Sedangkan pada permukaan bumi bermuatan netral. Karena ada perbedaan potensial antara bumi dan awan maka terdapat kemungkinan akan terjadi petir. Karena awan bergerak terus dengan bantuan angin, awan yang bermuatan positif akan berkumpul dengan awan muatan positif lainnya. Muatan positif di awan bisa berada di bagian atas atau bagian bawah awan. Begitu pula sebaliknya, jika muatan positif posisinya berada di atas, maka muatan negatif berada di bagain bawah awan.

Pada saat terjadi beda potensial yang tinggi antara awan dengan bumi, maka awan akan melepaskan muatan negatifnya agar terjadi kesetimbangan muatan. Elektron atau muatan negatif yang mengalir ke bumi itulah yang sebut dengan petir. Proses loncatan elektron tersebut melalui media udara. Suara petir berasal dari loncatan elektron yang menembus batas isolasi udara. Loncatan elektron yang berupa bunga api tersebut sangat besar dan sangat panas. Pada saat bunga api itu melewati udara, udara tersebut akan memuai. Pemuaian yang secara tiba-tiba atau dalam waktu yang singkat itulah yang menyebabkan suara petir.

Pada saat ion bebas yang memiliki muatan negatif dan muatan positif berkumpul di awan, awan yang bergerak oleh tiupan angin akan bergesakan dengan awan yang lainnya dan terjadinya ionisasi karena titik-titik air yang berubah menjadi gas karena mengalami penguapan atau bisa juga sebaliknya. Bisa terlihat dari awan yang bergerak, ada kumpulan awan yang besar dan kumpulan awan yang kecil.  Pada saat mereka bergerak dan bertemu akan terjadi beda potensial yang tinggi. Pada saat terjadi beda potensial yang sangat tinggi inilah elektron akan terlepas ke permukaan bumi untuk menyeimbangkan muatan sehingga terjadilah petir. Kesetimbangan jumlah muatan jika muatan negatif di awan dan muatan positf di bumi sama.

• Apakah yang dimaksud dengan Berbanding Lurus dan Berbanding Terbalik pada Hukum Coulomb?

Misalkan jika kita memiliki dua benda bermuatan, yang satu bermuatan positif dan satu lagi bermuatan negatif, maka mereka akan saling menarik jika mereka tetap pada jarak tertentu dari satu sama lain. Sekarang, jika kita meningkatkan muatan dari satu benda dan menjaga yang lainnya tidak berubah, gaya tarik jelas meningkat. Demikian pula jika kita meningkatkan muatan dari benda kedua dan menjaga benda pertama tidak berubah, tarik menarik antara mereka kembali meningkat. Oleh karena itu, gaya antara benda bermuatan sebanding dengan muatan baik dari salah satu benda atau keduanya. (Berbanding Lurus)

Sekarang, dengan menjaga muatan mereka tetap pada Q₁ dan Q₂, jika Anda membawa mereka lebih dekat satu sama lain gaya antara mereka meningkat dan jika Anda mengambil mereka dari satu sama lain gaya yang bekerja antara mereka menurun. Jika jarak antara dua benda muatan adalah d, dapat dibuktikan bahwa gaya yang bekerja pada mereka berbanding terbalik dengan d². (Berbanding Terbalik)

• Mengapa konstanta yang digunakan pada Hukum Coulomb adalah 9 × 10⁹ N·m²/C² ?

Konstanta Coulomb, gaya konstan listrik, atau konstanta elektrostatis (dilambangkan ke) adalah konstan yang proporsional dalam persamaan yang berkaitan dengan variabel listrik dan berukuran :

ke = 8.9875517873681764 × 10⁹ N·m²/C² (i.e. m/F)

Rumus ini dinamakan berdasarkan fisikawan Perancis Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) yang pertama kali menggunakan rumus ini dalam hukum Coulomb.

Nilai konstanta

Konstanta Coulomb dapat secara empiris diturunkan sebagai konstanta yang proporsional dalam hukum Coulomb,

di mana ê_r adalah vektor satuan dalam arah r. Namun, nilai teoritis dapat diturunkan dari hukum Gauss,  

S

Mengambil integral ini untuk sebuah bola dengan jari-jari r, sekitar titik muatan, tercatat bahwa poin medan listrik secara radial keluar setiap saat dan termasuk normal untuk elemen permukaan diferensial pada bola, serta ini adalah hal yang konstan untuk semua titik berjarak sama dari muatan titik .

S

Mencatat bahwa E = F/Q untuk beberapa muatan uji Q,

Nilai tepat dari konstanta Coulomb ke  berasal dari tiga hal fundamental, yaitu jumlah invarian yang mendefinisikan ruang bebas dalam sistem SI: kecepatan cahaya yaitu c0, magnet permeabilitas μ0, dan ε0 permitivitas listrik, terkait dengan Maxwell sebagai:

Karena cara SI sistem unit dasar membuat unit alami untuk elektromagnetisme, kecepatan cahaya di c0 vakum adalah 299.792.458 m⋅s-1, permeabilitas μ0 magnetik ruang bebas 4π · 4π·10⁻⁷ H m⁻¹, dan permitivitas ε0 listrik dari ruang bebas adalah 1 ⁄ (μ0 c20 ) ≈ 8.85418782×10^⁻¹² F m⁻¹,sehingga