Pengertian Potensial Listrik : Rumus dan Contoh Soal

Apa itu potensial listrik? Mungkin Anda sudah familiar dengan istilah ini, tetapi Anda tidak begitu paham dengan materi potensial listrik. Artikel kali ini akan membagikan penjelasan tentang potensial listrik yang dapat menambah wawasan anda. Oleh karena itu, kamu bisa simak penjelasan di bawah ini untuk memahami pengertian, contoh aplikasi, hingga contoh soal potensial listrik.

Pengertian potensial listrik

Potensial listrik dapat didefinisikan sebagai perubahan energi potensial per satuan muatan ketika muatan uji dipindahkan antara dua titik. Potensial listrik ini termasuk dalam besaran skalar.

Secara matematis, potensial listrik didefinisikan oleh Vdimana jika ada muatan uji positif (Q) dalam medan listrik memiliki energi potensial listrik (EP), maka potensial listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

Rumus potensial listrik V = Eps / Q

Beda potensial listrik dan energi potensial listrik

Potensial listrik dan energi potensial listrik memiliki sebutan yang hampir sama, sehingga kedua hal ini sering dianggap sama walaupun memiliki arti yang berbeda. Apa perbedaan antara potensial listrik dan energi potensial listrik?

Menurut definisi, potensial listrik adalah perubahan energi potensial listrik per satuan muatan ketika muatan uji diterapkan di antara dua titik.

Energi potensial listrik sangat penting dalam kinerja per satuan muatan untuk membawa partikel bermuatan tak terhingga ke titik tertentu. Sementara itu, potensial listrik mentransfer muatan tak terhingga ke sumbernya.

Selain itu, energi potensial bergantung pada ukuran dua partikel bermuatan. Kemudian untuk potensial listrik tergantung pada satu muatan yang ditempatkan pada dua titik yang berbeda.

Hubungan antara potensial listrik dan medan listrik

Hubungan antara potensial listrik dan medan listrik dapat dilihat pada konduktor dan pelat sejajar serta pada konduktor bola berongga. Berikut penjelasan lebih lengkapnya:

Dalam konduktor, kedua pelat sejajar

Konduktor dua pelat paralel adalah dua pelat logam yang diposisikan sejajar dan dihubungkan ke baterai sebagai sumber listrik. Hal ini membuat dua pelat sejajar mendapatkan muatan yang sama tetapi berlawanan tanda (salah satu pelat bermuatan positif, yang lain bermuatan negatif).

Medan listrik dalam konduktor ini disebut medan listrik homogen. Dimana pada muatan positif (Q) gaya kerja F = qE ke arah muatan negatif. Jadi, untuk memindahkan muatan positif (Q) berlawanan arah dengan gaya (F’) sama dengan gaya (F), dalam hal ini disimbolkan dari arah A ke B.

Usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan ke arah yang berlawanan (dari A ke B) adalah:

W_AB = F d

dengan F’ = F = qE

Jadi W_AB = qEd

Jadi, hubungan antara potensial listrik dan medan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

W_AB = 𝛥EP_AB = q 𝛥V_AB = q(V_B – V_A) 𝛥EP_AB = Ed e = 𝛥EP_AB / D

Deskripsi Rumus

𝛥V_AB = beda potensial antara dua pelat (volt)

E = kuat medan listrik homogen (volt/m)

d = jarak antara dua buah (m)

Pada konduktor bola berongga

Muatan pada bola logam berongga di permukaannya. Ini karena tidak ada muatan di dalam bola. Dengan demikian, potensial listrik pada bola berongga bermuatan dapat dirumuskan sebagai berikut:

Gambar bola logam berongga dengan muatan q pada permukaan dan jari-jari R (Sumber: Modul Pembelajaran Fisika SMA Kemendikbud)

Rumusnya ada di dalam dan di cangkang bola berongga

V_D = V_C =kq/R

Rumus di luar bola (r > R)

V_B = kq/r

Perbedaan antara potensial listrik dan medan listrik

Setelah mempelajari hubungan antara potensial listrik dan medan listrik, Anda juga harus mengetahui perbedaan antara potensial listrik dan medan listrik. Medan listrik dan potensial listrik adalah dua kondisi berbeda di mana dua muatan listrik saling berdekatan.

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik. Medan listrik umumnya berbentuk seperti garis-garis yang disebut garis gaya listrik, dimana muatan positif bergerak ke luar dan muatan negatif bergerak ke dalam.

Sedangkan potensial listrik adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik lain per muatan.

Contoh penerapan potensial listrik dalam kehidupan sehari-hari

Contoh penerapan potensial listrik dalam kehidupan sehari-hari dapat kita temukan pada akumulator atau yang biasa disebut baterai. Di dalam baterai terdapat pelat timbal dioksida dan timbal murni yang disusun berdampingan atau sejajar dan membentuk sepasang sel akumulator yang berdekatan dan dipisahkan oleh bahan isolasi sebagai isolator.

Jika dalam satu sel akumulator terdapat beda potensial sebesar 2 volt, maka untuk menyalakan lampu sein depan dan belakang mobil diperlukan akumulator 12 volt, maka 6 sel akumulator harus disusun secara seri.

Dari contoh tersebut dapat disimpulkan bahwa potensial listrik berhubungan dengan medan listrik. Titik-titik muatan yang terdapat dalam medan listrik akan mengalami potensial listrik.

Contoh soal potensial listrik

Untuk memudahkan Anda memahami materi potensial listrik, berikut kami berikan beberapa contoh soal potensial listrik lengkap dengan penjelasannya.

Masalah 1

Sebuah bola dengan muatan + 4,00 x 10^-6 μC. Menghitung:

1. Potensial pada titik yang berjarak 0,2 meter dari muatan (titik A), dan titik yang berjarak 0,4 meter dari muatan (titik B).
2. Beda potensial antara titik A dan B.
3. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan adalah +1,6×10^-19 C dari A ke B .

Dikenal :

K = 9 x 10⁹ Nm²C^-2

q = +4,00 x 10^-6 C

Diskusi

Potensial listrik di titik A disebut rA = 0,2 meter.

V_A = kq/r_A

= (9 × 10⁹) (4×10^-6)/(0,2) = 1,8 x 10⁵ volt

Potensial listrik di titik B diketahui rB = 0,4 meter.

V_B =kq/r_B

= (9 × 10⁹) (4×10^-6)/(0,4) = 0,9 x 10⁵ volt

Beda potensial antara A dan B

V_AB = V_A – V_B = 0,9 x 10⁵ – 1,8×10⁵ = -900 x 10⁴volt

Kerja oleh gaya konservatif medan listrik berhubungan dengan beda energi potensial listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan +1,6×10-19 C dari A ke B.

W_AB = 𝛥EP_AB = q 𝛥V_AB = q(V_B– V_A ) = (1,6×10^-19) (-900 x 10⁴ ) = +1,44 x 10^-14 J

Outer W = – W konservatif, jadi -W_AB= -1,44 x 10^-14J

Itulah sedikit penjelasan tentang potensial listrik dalam pelajaran fisika SMA lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya.

Jika Anda masih membutuhkan penjelasan lebih lanjut mengenai materi ini atau pelajaran sekolah lainnya, Anda dapat bergabung dengan Bimbel Video Quipper Online