Langsung ke konten utama

Medan Listrik akibat Distribusi Muatan Berbentuk Lingkaran

Andaikan di ruang R3 ada muatan berdistribusi sebuah lingkaran dengan rapat muatan λ∈R, yaitu
S1(R):={R(cosϕ′,sinϕ′,0) | Ï•â€²âˆˆ{0}∪(0,2Ï€)}
di mana R∈R+ adalah jari-jari lingkaran tersebut.

Posisi titik pada S1(R) tentu saja adalah
→r′:=ˆxRcosϕ′+ˆyRsinϕ′
di mana ϕ′∈{0}∪(0,2π), ˆx:=(1,0,0), dan ˆy:=(0,1,0).

Posisi sebarang titik di ruang R3 tentu saja adalah
→r:=ˆxlcosϕ+ˆylsinϕ+ˆzz
di mana ˆz:=(0,0,1), l∈R+, ϕ∈{0}∪(0,2π), dan z∈R.

Tentu saja,
→r−→r′=ˆx(lcosϕ−Rcosϕ′)+ˆy(lsinϕ−Rsinϕ′)+ˆzz
sehingga
|→r−→r′|2=l2+R2−2lRcos(ϕ−ϕ′)+z2.
Medan listrik di titik →r tentu saja adalah
→E=λR4πϵ0∫2π0→r−→r′|→r−→r′|3dϕ′
alias
→E=λR4πϵ0∫2π0ˆx(lcosϕ−Rcosϕ′)+ˆy(lsinϕ−Rsinϕ′)+ˆzz[l2+R2−2lRcos(ϕ−ϕ′)+z2]3/2dϕ′.
di mana ϵ0 adalah permitivitas listrik di ruang hampa.

Untuk mempermudah analisa, kita ambil kasus khusus, yaitu l=0, sehingga
→E=λR4πϵ0∫2π0−ˆxRcosϕ′−ˆyRsinϕ′+ˆzz(R2+z2)3/2dϕ′=ˆxEx+ˆyEy+ˆzEz.
Ex=−λR24πϵ0(R2+z2)3/2∫2π0cosϕ′dϕ′=0=Ey.
Ez=λRz4πϵ02π(R2+z2)3/2=λRz2ϵ0(R2+z2)3/2.
Apabila z=0, maka Ez=0, sesuai yang diharapkan.

Komentar

Postingan populer dari blog ini

Fungsi Homogen Berderajat Sebarang

Diketahui ada kuantitas  f:=∑ri1,…,in=1Mi1⋯inxi1⋯xin, sehingga ∂f∂xi=r∑i1,…,inn∑k=1Mi1⋯inxi1⋯xik−1δiikxik+1⋯xin, ∂f∂xi=n∑k=1r∑i1,…,ik−1,ik+1,…,in=1Mi1⋯ik−1iik+1⋯inxi1⋯xik−1xik+1⋯xin, r∑i=1xi∂f∂xi=n∑k=1r∑i,i1,…,ik−1,ik+1,…,in=1Mi1⋯ik−1iik+1⋯inxi1⋯xik−1xixik+1⋯xin. Karena Mi1⋯ik−1iik+1⋯inxi=∑rik=1δiikMi1⋯ik−1ikik+1⋯inxik, maka r∑i=1xi∂f∂xi=n∑k=1r∑i,i1,…,in=1Mi1⋯inxi1⋯xinδiik. Ka...

Turunan Waktu Vektor Posisi yang Berotasi

Misalkan di ruang R3 ada vektor sudut rotasi →θ:=θˆn yang berpangkal di titik →0, di mana θ merupakan sudut rotasi yang bergantung pada waktu t, serta ˆn merupakan vektor satuan arah orientasi rotasi yang konstan terhadap t.  Vektor posisi mula-mula →r0 yang berotasi oleh →θ tersebut pada waktu t akan berpindah ke posisi →r=(ˆn⋅→r0)ˆn+(ˆn×→r0)׈ncosθ+ˆn×→r0sinθ. Turunan →r terhadap t tentu saja adalah →v:=d→rdt=−(ˆn×→r0)׈ndθdtsinθ+ˆn×→r0dθdtcosθ, sehingga →v=→ω×(ˆn×→r0sinθ+→r0cosθ), di mana →ω:=d→θ/dt. Karena (ˆn×→r0)׈n=→r0−(ˆn⋅→r0)ˆn dan...

Turunan Vektor Basis Satuan Azimutal terhadap Koordinat Azimutal

∂ˆϕ/∂ϕ=(∂/∂ϕ)(→eϕ/|→eϕ|). →eϕ=∂→r/∂ϕ. →r=ˆxrsinθcosϕ+ˆyrsinθsinϕ+ˆzrcosθ. →eϕ=−ˆxrsinθsinϕ+ˆyrsinθcosϕ. |→eϕ|=rsinθ. ˆϕ=→eϕ/|→eϕ|=−ˆxsinϕ+ˆycosϕ. ∂ˆϕ/∂ϕ=−(ˆxcosϕ+ˆysinϕ). ˆr=ˆxsinθcosϕ+ˆysinθsinϕ+ˆzcosθ. ˆθ=→eθ/|→eθ|. →eθ=∂→r/∂θ=ˆxrcosθcosϕ+ˆyrcosθsinϕ−ˆzrsinθ. |→eθ|=r. ˆθ=ˆxcosθcosϕ+ˆycosθsinϕ−ˆzsinθ. \[ \begin{pmatrix}\hat{r} \\ \hat{\theta} \\ \hat{\phi}\end{pma...