Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Menguasai Hukum Kekekalan Energi Ppt Download

Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik

Hukum kekekalan energi mekanik berlaku pada partikel bermuatan seperti proton maupun elektron yang bergerak dalam medan listrik jika pada partikel tersebut tidak ada gaya lain yang bekerja selain gaya Coulomb. 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 : \begin{aligned} Ep_1 + Ek_1 = Ep_2 + Ek_2

\end{aligned}

atau \begin{aligned} qV_1 + \frac{1}{2}mv_1^2 = qV_2 + \frac{1}{2}mv_2^2

\end{aligned}

Mengingat energi potensial listrik Ep = qV dan energi mekanik \(Ek = \frac{1}{2}mv^2 \) jika kecepatan awal partikel v₁ = 0, maka persamaan di atas menjadi : \begin{aligned} q\Delta V =\frac{1}{2}mv^2 \end{aligned}

Persamaan di atas menunjukkan hubungan energi potensial listrik menjadi energi kinetik.

Contoh Soal : Perhatikan gambar berikut:

Beda potensial di antara dua pelat sejajar di atas adalah 150 V. Sebuah proton awalnya di keping A. Jika di antara kedua pelat hampa udara, hitung kecepatan proton sebelum menyentuh keping B. Massa proton m = 1,6 x 10^-27 kg; muatan proton q = 1,6 x 10^-19 C.

Jawab : Melalui hukum kekekalan energi mekanik dalam medan listrik diperoleh: \begin{aligned} Em_A &= Em_B \\ qV_A + \frac{1}{2}mv_A^2 &= qV_B + \frac{1}{2}mv_B^2 \\ 1,6 \times 10^{-19}\cdot 150 + \frac{1}{2}m\cdot 0^2 &= 1,6 \times 10^{-19}\cdot 0 + \frac{1}{2}\cdot 1,6 \times 10^{-27}\cdot v_B^2 \\ 1,6 \times 10^{-19}\cdot 150 + 0 &= 0 + \frac{1}{2}\cdot 1,6 \times 10^{-27}\cdot v_B^2 \\ 1,6 \times 10^{-19}\cdot 150 &= \frac{1}{2}\cdot 1,6 \times 10^{-27}\cdot v_B^2 \\ 2\cdot 150 \times 10^8 &= v_B^2 \\ v_B^2 &= 300 \times 10^8 \\ v_B &= \sqrt{300 \times 10^8} \\ &=10\sqrt{3} \times 10^4 \quad \textrm{m/s} \end{aligned}

Jadi kecepatan proton sebelum menyentuh pelat B adalah \(10\sqrt{3} \times 10^4\) m/s