Hai para Quipperian, tahukah kamu jika kamu menggosokkan penggaris ke rambutmu, itu bisa mengeluarkan sobekan kertas lho. Kertas akan tertarik jika didekatkan dengan penggaris, ya. Jika posisi antara penggaris dan kertas terlalu jauh, maka kertas tidak akan tertarik.
Mengapa demikian? Itu karena medan listrik di daerah penggaris. Semakin jauh penggaris dan kertas, semakin kecil medan listriknya. Memangnya apa yang dimaksud dengan medan listrik? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!
Pengertian Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Muatan yang menghasilkan medan listrik dikenal sebagai muatan sumber.
Sedangkan muatan lain yang berada di daerah muatan sumber dan masih dipengaruhi oleh gaya listrik disebut muatan uji. Setiap jenis muatan memiliki arah garis medan listrik yang berbeda.
Untuk muatan negatif, arah medan listriknya adalah ke dalam. Sementara muatannya positif, arah garis medan listriknya adalah ke luar. Perhatikan ilustrasi berikut.
Ilustrasi hijau menunjukkan arah medan listrik muatan negatif, dimana arah garis medan listrik masuk ke muatan. Sedangkan ilustrasi berwarna jingga menunjukkan arah medan listrik muatan positif, dimana arah garis medan listrik keluar muatan.
Itu sebabnya, jika muatan sejenis didekatkan, akan terjadi gaya tolak karena arah garis medan listrik kedua muatan itu sama.
Medan Listrik antara Muatan Sumber dan Muatan Uji
Ketika muatan uji didekatkan dengan muatan sumber, maka akan terjadi dua kemungkinan interaksi, yaitu interaksi tolakan atau tarikan. Lihatlah ilustrasi di bawah ini.
Ilustrasi di atas menggambarkan interaksi tarik menarik antara muatan sumber dan muatan uji karena jenis muatannya tidak sama. Lalu, bagaimana ilustrasi untuk beban serupa?
Sampai di sini, Quipperian sudah memahami mekanisme tarik-menarik atau tolak-menolak antar muatan?
Rumus Medan Listrik
Kuat dan lemahnya medan listrik dapat dinyatakan sebagai besaran yang disebut kuat medan listrik. Besaran ini merupakan besaran vektor, jadi arahnya harus diperhatikan. Kuat medan listrik dipengaruhi oleh nilai muatan sumber dan jarak ke muatan uji. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.
Deskripsi Rumus
E = kuat medan listrik (N/C)
k = konstanta Coulomb yang nilainya 9 × 109 Nm2/C2
Q = nilai muatan sumber (C)
r = jarak antara muatan sumber dan muatan uji (m)
Kuat Medan Listrik pada Konduktor Berongga
Konduktor berongga adalah konduktor yang berisi udara atau tidak bermuatan di dalamnya. Perhatikan gambar konduktor berongga berikut.
Gambar di atas menunjukkan bahwa muatan hanya terdistribusi pada permukaan konduktor. Mengacu pada ketentuan tersebut, nilai kuat medan listrik pada bola penghantar berongga dibagi menjadi tiga kondisi sebagai berikut.
Kuat Medan Listrik pada Konduktor
Kuat medan listrik di dalam konduktor (R < r) akan menjadi nol karena tidak ada muatan di dalam rongga. Artinya, tidak ada beban sumber.
Rumus : E (R
Kuat Medan Listrik pada Permukaan Konduktor
Kuat medan listrik pada permukaan konduktor berlaku jika R = r sebagai berikut.
Rumus
Kekuatan Medan Listrik Di Luar Bola Berongga
Kuat medan listrik di luar bola berongga berlaku jika R > r.
Rumus
Dengan
R = jarak antara permukaan titik konduktor di luar konduktor yang bersangkutan.
Kuat Medan Listrik pada Pelat Paralel
Pelat sejajar adalah dua pelat yang muatannya berbeda. Pelat-pelat sejajar ini telah dikembangkan menjadi komponen elektronik yang disebut kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan muatan. Secara matematis, kuat medan listrik antar pelat sejajar dirumuskan sebagai berikut.
Rumus Kuat Medan Listrik pada Pelat Paralel
Deskripsi Rumus
σ = kerapatan muatan (C/m2)
ε0 = permitivitas ruang hampa yang nilainya (8,85 × 10-12 C2/Nm2)
Karena kerapatan muatan listrik σ = Q / A, persamaan dapat diubah menjadi
Deskripsi Rumus
Q = muatan listrik (C)
A = luas pelat sejajar (m2)
Contoh Soal Medan Listrik
Untuk mengasah pemahaman Anda, mari kita lihat contoh soal di bawah ini.
Contoh Soal Pertama
Sebuah muatan uji ditempatkan 40 cm dari muatan sumber. Jika nilai muatan sumber dan muatan uji adalah 3 μC dan 5 μC, tentukan kuat medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji.
Dikenal
QS = 3µC = 3 × 10-6 C
Qkamu = 5µC = 5 × 10-6 C
r = 40 cm = 0,4 m
Ditanya E =…?
Menjawab
Untuk mencari kuat medan listrik, gunakan persamaan berikut
Jadi, kuat medan listriknya adalah 0,169 N/C
Contoh Soal Dua
Sebuah bola konduktor berongga memiliki jari-jari 25 cm. Jika muatan pada permukaan konduktor adalah 15 μC, tentukan perbandingan kuat medan listrik pada permukaan konduktor dan pada titik 5 cm di luar konduktor!
Dikenal :
r = 25 cm
R = 5 + 25 = 30 cm (dari pusat bola)
Q = 15µC = 15 × 10-6 C
Ditanya:Epermukaan :Edi luar =…?
Menjawab
Untuk menentukan perbandingan, gunakan persamaan berikut.
Jadi, perbandingannya adalah 36 : 25.
Contoh Soal Tiga
Sebuah pelat sejajar memiliki luas penampang 5 x 10-4 M2. Jika keping sejajar menyimpan muatan 1,2 µC, tentukan kuat medan listrik antar keping!
Dikenal :
A = 5 x 10-4 M2
Q = 1,2 µC = 1,2 × 10-6 C
Ditanya: E =…?
Menjawab
Kuat medan listrik antara pelat sejajar dinyatakan sebagai berikut.
Jadi, kuat medan listrik antara kedua pelat tersebut adalah 2,7 × 108 N/C
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, buruan gabung dengan Quipper Video. Salam Quippers!
