MATERI SINGKAT KUAT MEDAN LISTRIK
& ENERGI POTENSIAL LISTRIK
Pengertian medan listrik
Medan
listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik
memiliki satuan N/C atau dibaca Newton/coulomb. Medan listrik umumnya dipelajari dalam bidang fisika dan bidang-bidang terkait, dan secara tak langsung juga
di bidang elektronika yang telah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat
konduktor (kabel).(id.wikipedia.org)
Medan LIstrik – Apa itu medan
listrik? medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh adanya muatan listrik.
Agar lebih jelas simaklah penjelasan kami mengenai medan listrik mulai dari
Pengertian, Kuat Medan Listrik, Kuat Medan Listrik Oleh Beberapa Muatan Dan
Contoh soal Medan Listrik Beserta Penyelesaiannya, Berikut ini penjelasannya.(materi belajar.co.id)
Kerapatan
garis- garis gaya lsitrik menunjukkan besarnya kuat medan listrik.
Di sekitar muatan sumber q terdapat medan listrik sehingga
muatan q yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik ini
mendapat gaya Coulomb. ... Gaya Coulomb yang dialami oleh partikel bermuatan
bergantung pada muatan partikel dan muatan sumber q.27 Feb 2017 (adra.biz)
Medan Listrik Adalah: Pengertian,
Rumus, Contoh Soal
Medan LIstrik – Apa itu medan listrik? medan listrik
adalah efek yang ditimbulkan oleh adanya muatan listrik. Agar lebih jelas
simaklah penjelasan kami mengenai medan listrik mulai dari Pengertian, Kuat
Medan Listrik, Kuat Medan Listrik Oleh Beberapa Muatan Dan Contoh soal Medan
Listrik Beserta Penyelesaiannya, Berikut ini penjelasannya.
MEDAN LISTRIK
Daftar Menu Artikel
Pengertian Medan
Listrik
Medan listrik, medan listrik adalah efek yang ditimbulkan
oleh adanya muatan listrik, seperti elektron, ion atau proton dalam ruangan
yang ada di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C (dibaca
Newton/coulomb).
Medan listrik sering kali dipelajari dalam
bidang fisika dan bidang terkait dan secara tidak langsung juga di bidang
elektronika yang telah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat konduktor
(kabel).
Sedangkan pengertian yang lain, medan listrik
adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik, di mana jika suatu benda
bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut akan mendapat gaya listrik
(gaya Coulomb).
Medan listrik ini juga termasuk medan vektor,
sehingga untuk menyatakan arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya
yang dialami oleh muatan positif jika berada dalam sembarang tempat di dalam
medan tersebut.
Adapun arah medan listrik yang ditimbulkan
benda bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan
listrik yang ditimbulkan benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda.
Untuk menggambarkan medan listrik digunakan
garis-garis gaya listrik, yaitu garis lengkung yang dibayangkan sebagai intasan
yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik Dan Garis
gaya listrik tidak mungkin berpotongan, Karena garis gaya listrik merupakan
garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di
benda yang bermuatan negatif. Gambar berikut ini menggambarkan garis-garis gaya
listrik di sekitar benda bermuatan listrik.
Kuat Medan Listrik
Kuat medan listrik yang berada di suatu titik
dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di
titik tersebut. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Kuat medan
listrik ini karena dipengaruhi oleh besarnya muatan sumber dan jarak benda (muatan
yang diuji).
Lalu, Kuat medan listrik di rumuskan sebagai
besarnya gaya Coulomb untuk setiap satuan muatan. Secara matematis rumus medan
listrik yaitu:
Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (F)
q = muatan uji (C)
Dari
arah kuat medan listrik yang dialami muatan uji bergantung pada jenis muatan
uji dan muatan sumber. Jika positif dan negatif bertemu maka akan tarik menarik
namun jika jenis muatannya sama akan tolak menolak. Berikut ilustrasi
selengkapnya:
Rumus Medan Listrik
Apabila
Diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dengan muatan uji q adalah:
Maka rumus medan listrik menjadi:
Keterangan
E = kuat mendan litrik (N/C)
Q = muatan sumber (C)
r = . Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)
Kuat
Medan Listrik Oleh Beberapa Muatan
Apabila
suatu muatan uji ternyata dipengaruhi oleh beberapa muatan listrik, bagaimana
cara menghitung medan listrik total yang dialami oleh muatan uji tersebut?
yakni ada dua kemungkinan, muatan yang mempengaruhi muatan uji bisa segaris
atau membentuk sudut (tidak segaris).
·
Resultan Medan Litrik yang Segaris
Apabila
Titik B berada di antara muatan Q1 dan Q2 yang terletak segaris. Jadi ada dua
medan listik yang timbul masing-masing oleh Q1 dan Q2. E1 merupakan kuat medan
listrik karena pengaruh muatan Q1 dirumuskan:
E2 merupakan medan listrik karena pengaruh muatan Q2, dirumuskan:
Besar kuat medan listrik yang dialami oleh B adalah merupakan resultan vector
dari E1 dan E2, dirumuskan:
Hal
yang harus diperhatikan dalam menggunakan rumus diatas yaitu jenis muatan
sumber dan muatan uji. Hal tersebut dapat menentukan (+) dan (–) dari medan
listrik yang dialami.
·
Resultan
Medan Listrik yang Tidak Segaris
Dari
gambar di atas, titik A berada dalam pengaruh medan listrik dari muatan Q1 dan
Q2, sehingga antara titik Q1, A, dan Q2 membentuk sebuah sudut apit dengan
nilai tertentu. Kemudian Total kuat medan listrik yang dialami oleh titik A
adalah resultan dari vector E1 dan E2. Untuk menentukan besarnya digunakan
rumus resultan vektor.
Contoh
Soal Medan Listrik dan Penyelesaiannya
1.
Jika Sebuah muatan uji +25.105 C
diletakkan dalam sbuah medan listrik. Apabila gaya yang bekerja pada muatan uji
tersebut adalah 0,5 N. Berapa besar medan listrik pada muatan uji tersebut?
Pembahasan:
Diketahui:
F= 0,5 N
q = +25. 105 C
Ditanya: E ….?
Jawab :
E = F/q
E = 0,5/25. 105 C
E = 5. 104 /
25 = 2000 N/C
2.
Apabila dua buah titik berjarak 4 meter bermuatan masing-masing +q1 dan +q2.
Berapakah perbandingan antara q1 dan q2 jika medan listrik pada titik yang
berjarak 1 meter dari q1 bernilai nol.
Pembahasan:
Karena titik A memiliki medan listrik sama dengan nol maka E1-E2 = 0, E1 = E2.
Maka persamaan yang diperoleh yaitu:
Energi potensial;
listrik
Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (F)
q = muatan uji (C)
Dari
arah kuat medan listrik yang dialami muatan uji bergantung pada jenis muatan
uji dan muatan sumber. Jika positif dan negatif bertemu maka akan tarik menarik
namun jika jenis muatannya sama akan tolak menolak. Berikut ilustrasi
selengkapnya:
Rumus Medan Listrik
Apabila
Diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dengan muatan uji q adalah:
Maka rumus medan listrik menjadi:
Keterangan
E = kuat mendan litrik (N/C)
Q = muatan sumber (C)
r = . Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)
Kuat
Medan Listrik Oleh Beberapa Muatan
Apabila
suatu muatan uji ternyata dipengaruhi oleh beberapa muatan listrik, bagaimana
cara menghitung medan listrik total yang dialami oleh muatan uji tersebut?
yakni ada dua kemungkinan, muatan yang mempengaruhi muatan uji bisa segaris
atau membentuk sudut (tidak segaris).
·
Resultan Medan Litrik yang Segaris
Apabila
Titik B berada di antara muatan Q1 dan Q2 yang terletak segaris. Jadi ada dua
medan listik yang timbul masing-masing oleh Q1 dan Q2. E1 merupakan kuat medan
listrik karena pengaruh muatan Q1 dirumuskan:
E2 merupakan medan listrik karena pengaruh muatan Q2, dirumuskan:
Besar kuat medan listrik yang dialami oleh B adalah merupakan resultan vector
dari E1 dan E2, dirumuskan:
Hal
yang harus diperhatikan dalam menggunakan rumus diatas yaitu jenis muatan
sumber dan muatan uji. Hal tersebut dapat menentukan (+) dan (–) dari medan
listrik yang dialami.
·
Resultan
Medan Listrik yang Tidak Segaris
Dari
gambar di atas, titik A berada dalam pengaruh medan listrik dari muatan Q1 dan
Q2, sehingga antara titik Q1, A, dan Q2 membentuk sebuah sudut apit dengan
nilai tertentu. Kemudian Total kuat medan listrik yang dialami oleh titik A
adalah resultan dari vector E1 dan E2. Untuk menentukan besarnya digunakan
rumus resultan vektor.
Contoh
Soal Medan Listrik dan Penyelesaiannya
1.
Jika Sebuah muatan uji +25.105 C
diletakkan dalam sbuah medan listrik. Apabila gaya yang bekerja pada muatan uji
tersebut adalah 0,5 N. Berapa besar medan listrik pada muatan uji tersebut?
Pembahasan:
Diketahui:
F= 0,5 N
q = +25. 105 C
Ditanya: E ….?
Jawab :
E = F/q
E = 0,5/25. 105 C
E = 5. 104 /
25 = 2000 N/C
2.
Apabila dua buah titik berjarak 4 meter bermuatan masing-masing +q1 dan +q2.
Berapakah perbandingan antara q1 dan q2 jika medan listrik pada titik yang
berjarak 1 meter dari q1 bernilai nol.
Pembahasan:
Karena titik A memiliki medan listrik sama dengan nol maka E1-E2 = 0, E1 = E2.
Maka persamaan yang diperoleh yaitu:
Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (F)
q = muatan uji (C)
Dari
arah kuat medan listrik yang dialami muatan uji bergantung pada jenis muatan
uji dan muatan sumber. Jika positif dan negatif bertemu maka akan tarik menarik
namun jika jenis muatannya sama akan tolak menolak. Berikut ilustrasi
selengkapnya:
Rumus Medan Listrik
Apabila
Diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dengan muatan uji q adalah:
Maka rumus medan listrik menjadi:
Keterangan
E = kuat mendan litrik (N/C)
Q = muatan sumber (C)
r = . Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)
Kuat
Medan Listrik Oleh Beberapa Muatan
Apabila
suatu muatan uji ternyata dipengaruhi oleh beberapa muatan listrik, bagaimana
cara menghitung medan listrik total yang dialami oleh muatan uji tersebut?
yakni ada dua kemungkinan, muatan yang mempengaruhi muatan uji bisa segaris
atau membentuk sudut (tidak segaris).
·
Resultan Medan Litrik yang Segaris
Apabila
Titik B berada di antara muatan Q1 dan Q2 yang terletak segaris. Jadi ada dua
medan listik yang timbul masing-masing oleh Q1 dan Q2. E1 merupakan kuat medan
listrik karena pengaruh muatan Q1 dirumuskan:
E2 merupakan medan listrik karena pengaruh muatan Q2, dirumuskan:
Besar kuat medan listrik yang dialami oleh B adalah merupakan resultan vector
dari E1 dan E2, dirumuskan:
Hal
yang harus diperhatikan dalam menggunakan rumus diatas yaitu jenis muatan
sumber dan muatan uji. Hal tersebut dapat menentukan (+) dan (–) dari medan
listrik yang dialami.
·
Resultan
Medan Listrik yang Tidak Segaris
Dari
gambar di atas, titik A berada dalam pengaruh medan listrik dari muatan Q1 dan
Q2, sehingga antara titik Q1, A, dan Q2 membentuk sebuah sudut apit dengan
nilai tertentu. Kemudian Total kuat medan listrik yang dialami oleh titik A
adalah resultan dari vector E1 dan E2. Untuk menentukan besarnya digunakan
rumus resultan vektor.
Contoh
Soal Medan Listrik dan Penyelesaiannya
1.
Jika Sebuah muatan uji +25.105 C
diletakkan dalam sbuah medan listrik. Apabila gaya yang bekerja pada muatan uji
tersebut adalah 0,5 N. Berapa besar medan listrik pada muatan uji tersebut?
Pembahasan:
Diketahui:
F= 0,5 N
q = +25. 105 C
Ditanya: E ….?
Jawab :
E = F/q
E = 0,5/25. 105 C
E = 5. 104 /
25 = 2000 N/C
2.
Apabila dua buah titik berjarak 4 meter bermuatan masing-masing +q1 dan +q2.
Berapakah perbandingan antara q1 dan q2 jika medan listrik pada titik yang
berjarak 1 meter dari q1 bernilai nol.
Pembahasan:
Karena titik A memiliki medan listrik sama dengan nol maka E1-E2 = 0, E1 = E2.
Maka persamaan yang diperoleh yaitu:
Energi potensial listrik, atau energi potensialelektrostatik, adalah energi potensial (diukur dalam joule) yang dihasilkan dari gaya-gaya
Coulomb konservatif dan diasosiasikan dengan konfigurasi sejumlah muatan-muatan
titik dalam sebuah sistem yang didefinisikan.(id.wikipedia.org)
Pada Gambar 1. memperlihatkan sebuah muatan listrik +q' di dalam
medan listrik homogen yang ditimbulkan oleh muatan listrik +q, dipindahkan dari
titik a ke b dengan lintasan Δs.
|
|
Gambar
1. Muatan q' dipindahkan di dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh
muatan q.
|
Untuk memindahkan muatan dari titik a ke b diperlukan usaha (W
). Usaha yang diperlukan oleh muatan untuk berpindah sepanjang Δs adalah ΔW .
Apabila posisi a adalah ra dan
posisi b adalah rb, besar usaha yang
dilakukan dapat dirumuskan sebagai berikut:
Fa adalah (gaya
elektrostatis pada titik a)
Fb adalah (gaya
elektrostatis pada titik b)
Untuk Δs yang kecil ( Δs mendekati nol) lintasan perpindahan
muatan +q' dapat dianggap lurus, dan gaya elektrostatis rata-rata selama muatan
+q' dipindahkan dapat dinyatakan:
Untuk memindahkan muatan q' dari a ke b tanpa kecepatan,
diperlukan gaya F yang besarnya sama dengan Fc, tetapi arahnya berlawanan.
Jadi,
Apabila arah gaya F terhadap arah perpindahan muatan +q'
bersudut α , maka usaha perpindahan muatan +q' dari a ke b adalah:
ΔW = F . Δs .cos α
ΔW = -Fc. Δs .cos α ............................................
(1)
Usaha pemindahan muatan +q' dari a ke b sama dengan beda energi
potensial listrik di titik a dan b.
ΔEp = ΔW
ΔEp = -Fc cos α
.................................................... (2)
persamaan di atas, besar usaha untuk memindahkan suatu muatan
dari titik a ke titik b dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.
Berdasarkan persamaan (3) diketahui bahwa usaha tidak bergantung
pada panjang lintasan yang ditempuh, tetapi hanya bergantung pada kedudukan
awal dan akhir saja. Medan gaya yang demikian dinamakan medan gaya konservatif.
Jika muatan +q' semula pada jarak tak terhingga (∼), besar energi potensialnya adalah nol. Dengan demikian,
apabila muatan +q' dipindahkan dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu
titik b, besar usahanya adalah sebagai berikut:
Jadi, untuk sembarang titik, besar energi potensialnya
dirumuskan:
dengan:
Ep = energi potensial listrik (J)
r = jarak antara +q dan -q (m)
q,q' = muatan listrik (C)
k = konstanta pembanding (9 × 109 Nm2/C2)
Contoh Soal 1 :
Sebuah muatan listrik dipindahkan dalam medan listrik homogen
dengan gaya sebesar 
sejauh 20 cm. Jika arah gaya
bersudut 30o terhadap perpindahan muatan listrik, berapa beda potensial
listrik tempat kedudukan awal dan akhir muatan listrik tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
F =
Δs = 20 cm = 2 × 10-1 m
α = 30o
Ditanya: ΔEp = ... ?
Pembahasan :
Contoh Soal 2 :
Titik P, Q, dan R terletak pada satu garis dengan PQ = 2 m dan
QR = 3 m. Pada masing-masing titik terdapat muatan 2 μC, 3 μC, dan -5 μC.
Tentukan besarnya energi potensial muatan di Q!
Penyelesaian:
Diketahui:
PQ = 2 m
QR = 3 m
qP = 2 μC = 2 × 10-6 C
qQ = 3 μC = 3 × 10-6 C
qR = -5 μC = -5 × 10-6 C
Ditanya: EpQ = ...?
Pembahasan :
Ep di Q = Ep1 + Ep2 (karena besaran skalar)
EpQ = (27 × 10-3) + (45 × 10-3) = 72 × 10-3 J = 7,2 × 10-2 J
Potensial listrik yaitu energi potensial tiap satu satuan muatan
positif.
|
|
Gambar
2. Potensial listrik bergantung pada muatan q1, q2, dan q3..
|
Potensial listrik termasuk besaran skalar, dan secara matematis
dapat dirumuskan:
V = Ep / q
.......................................................... (6)
Beda potensial (tegangan) antara dua titik yang berada di dalam
medan listrik homogen, yaitu:
Beda potensial kadang-kadang ditulis dengan persamaan ΔV = V1 –
V2, untuk selanjutnya hanya ditulis V saja. Sesuai dengan batasan di atas,
potensial listrik suatu titik sejauh r dari muatan q besarnya dapat dinyatakan
sebagai berikut:
dengan:
V = potensial listrik (volt)
q = muatan listrik (coulomb)
r = jarak (meter)
Jika terdiri atas beberapa muatan sumber, besarnya potensial listrik
adalah jumlah aljabar biasa dari masing-masing potensial. Misalnya, kumpulan
muatan sumber adalah q1,
q2, dan q3, maka
potensial listrik pada titik P adalah:
dengan r1 adalah
jarak antara q1 ke P, r2 adalah jarak q2 ke
P, dan r3 adalah jarak q3ke P. Potensial listrik merupakan besaran skalar, sehingga dalam
memasukkan tanda positif atau negatif pada muatan harus dengan benar.
Contoh Soal 3 :
Bola kecil bermuatan +2 μC , -2 μC , 3 μC , dan -6 μC diletakkan
di titik-titik sudut sebuah persegi yang mempunyai panjang diagonal 0,2 m.
Hitung potensial listrik di titik pusat persegi!
Penyelesaian:
Diketahui:
q1 = +2 μC = 2
× 10-6 C
q2 = -2 μC = -2 × 10-6 C
q3= 3 μC = 3 × 10-6 C
q4 =
-6 μC = -6 × 10-6 C
Panjang diagonal = 2 ×
10-1 m, sehingga jarak tiap-tiap
muatan dari titik pusat
r1 = r2 = r3 = r4 =
½ (2×10-1)
r = 10-1 m
Ditanya: VP = ... ?
Pembahasan :
3. Potensial Listrik oleh Bola Konduktor
Bermuatan
Potensial listrik di sekitar atau di dalam bola konduktor
bermuatan dapat ditentukan dengan cara menganggap muatan bola berada di pusat
bola.
|
|
Gambar
3. Potensial listrik pada bola konduktor bermuatan.
|
Selanjutnya, potensial listrik di titik-titik pada suatu bola
bermuatan, seperti diperlihatkan pada gambar di samping dapat ditentukan
melalui persamaan (8), yaitu:
Dari persamaan-persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa
potensial listrik di dalam bola sama dengan di permukaan bola, sehingga:
4. Potensial Listrik pada Keping Sejajar
Dua keping sejajar seluas A terpisah dengan jarak d
masing-masing diberi muatan +q dan -q.
|
|
Gambar
4. Potensial listrik pada keping sejajar.
|
Rapat muatan listrik σ didefinisikan sebagai muatan listrik per
satuan luas.
σ = q / A
Potensial listrik:
- di antara dua keping
V = E.r
.............................................................. (12)
- di luar keping
V = E.d
.............................................................. (13)
Anda sekarang sudah mengetahui Gelombang.
Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat
Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.
SEMOGA BERMANFAAT
