Bab 4

MEDAN DAN POTENSIAL LISTRIK

A.Ringkasan Materi

1.      Interaksi Elektrostatik antara Dua Muatan Listrik

a.      Pengertian Listrik Statik

Listrik statik adalah muatan listrik yang berada dalam keadaan diam. Gejala listrik statik dapat diamati pada penggaris plastik yang digosok-gosokkan pada rambut yang menarik potongan-potongan kertas kecil.

b.      Sifat-sifat Muatan Listrik

1)      Muatan listrik dibagi dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif.

2)      Muatan istrik sejenis tolak menolak dan muatan listrik tak sejenis tarik menarik.

c.       Terjadinya muatan listrik

Suatu karakteristik penting dari muatan listrik adalah bahwa muatan listrik selalu kekal dengan kata lain muatan tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Benda-benda menjadi bermuatan karena muatan negatif (elektron) dipindahkan dari satu benda ke benda lain. Muatan elementer e adalah 1e = 1,60 . 10^-19 C. Muatan listrik dirumuskan :   

q = muatan benda (C)

                                                            n = bilangan bulat

                                                            e = muatan elektron

d.      Hukum Coulomb

Gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua bola bermuatan dan sebanding dengan muatan-muatannya

Bila medium bukan vakum atau udara,maka besar gaya coulomb antara muatan Q₁ dan Q₂ adalah:

                                                Dengan ε = ε_r . ε_o

                                                F_c = gaya coullomb (N)

Q₁ x Q₂ = besar muatan masing-masing (C=Coulomb)

r  = jarak kedua muatan (m)

ε₀ = permivitasvakum atau udara

   = 8,85 . 10^-12 C² N^-1 m^-2

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin jauh jarak antar dua muatan, maka gaya elektrostatiknya juga akan semakin melemah/kecil.

2.      Kuat Medan Listrik pada Suatu Titik Muatan

a.      Pengertian Medan Listrik

Kuat medan listrik adalah besar gaya coulomb (gaya listrik) yang berkerja pada muatan uji dibagi dengan besar muatan uji.

                                Dengan :

                                E  = kuat medan listrik (N/C)

                                F_c = gaya coulomb (N)

                                q_o = muatan uji (C)

Arah kuat medan listrik E pada suatu titik didefinisikan sebagai arah gaya listrik yang akan dikerjakan pada suatu muatan uji positif yang diletakan pada titik tersebut.

Kuat medan listrik pada suatu titik:

 

b.      Garis-garis Medan Listrik

Tiga hal yang perlu diperhatikan tentang garis-garis medan listrik, yaitu:

1)      Garis-garis medan tidak pernah berpotongan.

2)      Garis-garis selalu mengarah radial keluar menjauhi muatan positif dan radial kedalam mendekati muatan negatif.

3)      Garis-garis medan rapat menyatakan medan listrik yang kuat, sebaliknya garis-garis medan renggang menyatakan medan listrik yang lemah.

c.       Fluks Listrik

Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus suatu luasan tertentu.

                                                Dengan:

                                                Φ = fluks listrik (N.m².C^-1)

                                                A = luas permukaan bidang (m²⁾

                                                θ = sudut antara E dengan normal n

d.      Hukum Gauss

Bunyi hukum Gauss: “jumlah garis-garis medan listrik (fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup dibagi dengan permivitas udara.”

 

                  

e.       Kuat Medan Listrik untuk Konduktor dua keping sejajar

Rapat muatan Listrik :

Kuat medan listrik E yang menembus keping secara tegak lurus adalah:

                                   

                                    σ = rapat muatan keping (C/m²)

f.        Kuat medan listrik untuk konduktor bola berongga

Di dalam bola

Di kulit luar bola

3.      Potensial Listrik

a.       Konsep Potensial Listrik

Potensial listrik didefinisikan sebagai perubahan energi potensial tiap sesuatu muatan ketika sebuah muatan uji q₀ dipindahkan dari suatu titik yang lain yang potensialnya berbeda.

 

                                                                                                              

b.      Energi Potensial Listrik

Muatan uji q₀ digerakkan menjauhi muatan sumber –q menentang gaya coulomb F yang memerlukan usaha W dan terjadi pertambahan energi potensial

 

            Dengan:

q₀ = muatan uji

q  = muatan sumber

r₁  = jarak awal muatan uji ke muatan sumber

r₂ = jarak akhir muatan uji ke muatan sumber

 

Beda potensial listrik:

                                                                                                             

            Potensial muatan oleh sumber titik:    

4.      Hubungan Potensial Listrik dan Muatan Listrik

a.      Konduktor Dua Keping Sejajar

                                   

                        Dengan: V_AB = beda potensial keping A dan B

                                      d      = jarak antara keping A dan B

1)      Di antara dua keping

2)      Di luar keping

b.      Konduktor Bola Berongga

Potensial di dalam dan di luar  bola

 

                       

            Potensial diliar bola

Sehingga potensial di dalam bila sama dengan potensial di permukaan bola dan semakin jauh suatu titik dari permukaan bola potensialnya juga akan semakin kecil.

D