Medan Listrik

Untuk memudahkan pemahaman mengenai gaya listrik yang dapat bekerja dari jarak tertentu maka dimunculkan konsep medan. Konsep medan listrik dikembangkan oleh ilmuwan Inggris Michael Faraday (1791-1867).

Pengertian

Andaikan sebatang kaca pada mulanya netral secara kelistrikan. Setelah digosok dengan kain, batang kaca menjadi bermuatan listrik. Ketika batang kaca mempunyai muatan listrik, pada saat yang sama muncul medan di sekitar batang kaca tersebut. Jika batang kaca berubah menjadi netral maka pada saat yang sama medan menghilang dari ruang tersebut. Jadi keberadaan medan tidak terlepas dari keberadaan muatan listrik. Medan listrik bukan sejenis zat seperti udara dan bukan sejenis gelombang seperti gelombang elektromagnetik tetapi merupakan sesuatu yang ditimbulkan oleh muatan listrik dan mempengaruhi ruang di sekitar muatan listrik di mana pengaruhnya hanya dirasakan oleh muatan listrik lainnya.

Untuk menguji apakah ada medan dalam suatu ruang maka diandaikan terdapat sebuah muatan uji dalam ruang itu. Muatan uji adalah muatan (Q) yang amat sangat kecil sehingga muatan tersebut menghasilkan medan yang amat sangat kecil pula karenanya dapat diabaikan. Walaupun demikian, muatan uji dapat merasakan pengaruh medan yang ditimbulkan muatan listrik lainnya. Muatan uji dihadirkan hanya untuk menyelidiki apakah terdapat medan listrik. Jika ada maka muatan uji pasti mengalami pengaruh berupa gaya listrik sebaliknya apabila tidak ada maka muatan uji tidak mengalami gaya listrik.

Medan listrik 1Cermati gambar di samping.
Pada gambar 1, muatan +q1 dan muatan +q2 menghasilkan medan listrik pada ruang di sekitarnya. Ketika ditempatkan muatan uji +qo pada salah satu titik dalam ruang, muatan uji +qo mengalami gaya listrik. F1 adalah gaya listrik yang dikerjakan oleh muatan +q1 pada muatan uji +qo dan F2 adalah gaya listrik yang dikerjakan oleh muatan +q2 pada muatan uji +qo. Pada gambar 2, ketika muatan uji dihilangkan, medan tetap ada dan tidak hilang dari titik tersebut. E1 adalah medan yang dihasilkan oleh muatan listrik +q1 dan E2 adalah medan yang dihasilkan oleh muatan listrik +q2.

Kuat medan

Medan listrik merupakan besaran vektor, mempunyai nilai dan arah. Kuat medan pada suatu titik didefinisikan sebagai gaya listrik yang dikerjakan oleh muatan listrik pada suatu muatan uji positif yang ditempatkan pada titik tersebut, dibagi besar muatan uji tersebut.
Medan listrik
Keterangan :
E = kuat medan
F = gaya listrik
q = besar muatan uji
Medan listrik 3Keterangan :
Q = muatan listrik
r = jarak antara muatan listrik dan muatan uji
(baca : epsilon nol) = permitivitas ruang hampa = 8,854 x 10-12 C2/N.m2
k = konstanta Coulomb = 9 x 109 N.m2/C2

Satuan gaya listrik adalah Newton dan satuan muatan listrik adalah Coulomb sehingga satuan medan adalah Newton/Coulomb, disingkat N/C.

Arah

 
Arah medan listrikPerhatikan gambar di samping
Pada gambar 1a, muatan listrik positif (+Q) mengerjakan gaya listrik pada muatan uji positif (+q), di mana arah gaya listrik (F) menjauhi muatan +Q.
Pada gambar 1b, ketika muatan uji dihilangkan maka pada titik tersebut terdapat medan (E) yang arahnya menjauhi muatan listrik Q.
Pada gambar 2a, muatan listrik negatif (-Q) mengerjakan gaya listrik pada muatan uji positif (+q), di mana arah gaya listrik (F) mendekati muatan -Q.
Pada gambar 2b, ketika muatan uji dihilangkan maka pada titik tersebut terdapat medan (E) yang arahnya mendekati muatan listrik -Q.
Berdasarkan gambar dan penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa arah medan menjauhi muatan listrik positif dan mendekati muatan listrik negatif.

Contoh soal

1. Titik A berada di dalam medan listrik. Kuat medan listrik di titik A = 0,4 N/C. Jika pada titik A diletakkan benda bermuatan listrik 0,2 C maka pada benda tersebut bekerja gaya Coulomb sebesar …
A. 0,2 N
B. 0,4 N
C. 0,6 N
D. 0,7 N
E. 0,8 N
Pembahasan :
Diketahui :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
Ditanya :
Gaya listrik ?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Jawaban yang benar adalah E.

2. Sebuah titik bermuatan q berada pada titik A di dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan (+) sehingga mengalami gaya sebesar 0,1 N dalam arah menuju muatan q. Jika kuat medan di titik A adalah 0,02 N/C, maka besar dan jenis muatan q adalah …
A. 5,0 C, positif
B. 5,0 C, negatif
C. 4,0 C, positif
D. 2,5 C, negatif
E. 2,5 C, positif
Pembahasan :
Diketahui :
F = 0,1 N
E = 0,02 N/C
Ditanya :
Besar dan arah muatan q ?
Jawab :
Besar muatan q :
F = q E
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Jenis muatan q :
Arah gaya Coulomb menuju muatan q sehingga muatan q harus bernilai positif.

close

Daftar untuk dapat ebook fisika

We don’t spam! Read our privacy policy for more info.