Medan Elektrik

Belajar juga Perbincangan Soalan Medan Elektrik dan Soalan Contoh Medan Elektrik

Untuk memudahkan pemahaman tentang daya elektrik yang boleh bertindak pada jarak yang jauh, konsep medan telah diperkenalkan. Konsep medan elektrik telah dibangunkan oleh saintis British Michael Faraday (1791–1867).

Kefahaman

Katakan rod kaca pada mulanya neutral secara elektrik. Selepas digosok dengan kain, rod kaca itu menjadi bercas elektrik. Apabila rod kaca itu telah cas elektrik, pada masa yang sama medan muncul di sekeliling rod kaca. Jika rod kaca menjadi neutral, medan itu hilang dari ruang. Jadi kewujudan medan tidak dapat dipisahkan daripada kehadiran cas elektrik. Medan elektrik bukanlah sejenis bahan seperti udara atau sejenis gelombang seperti gelombang elektromagnet, tetapi sebaliknya sesuatu yang dihasilkan oleh cas elektrik dan mempengaruhi ruang di sekeliling cas elektrik, di mana pengaruhnya hanya dirasai oleh cas elektrik lain.

Untuk menguji sama ada terdapat medan dalam sesuatu ruang, diandaikan terdapat satu beban ujian dalam ruang itu. Cas ujian ialah cas (Q) yang sangat kecil sehingga menghasilkan medan yang sangat kecil dan oleh itu boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, cas ujian boleh merasakan pengaruh medan yang dihasilkan oleh cas elektrik lain. Cas ujian hanya hadir untuk menyiasat sama ada medan elektrik wujud. Jika ada, cas ujian pasti akan mengalami pengaruh dalam bentuk daya elektrik sebaliknya, jika ia tiada di sana, cas ujian tidak akan dialami daya elektrik.

Lihat gambar di sebelah.
Dalam rajah 1, cas +q₁ dan cas +q₂ menghasilkan medan elektrik di ruang sekeliling. Apabila cas ujian +q diletakkan_o pada satu titik di angkasa, cas ujian +q_o mengalami daya elektrik. F₁ ialah daya elektrik yang dikenakan oleh cas +q₁ pada cas ujian +q_o dan F₂ ialah daya elektrik yang dikenakan oleh cas +q₂ pada cas ujian +q_oDalam rajah 2, apabila cas ujian dikeluarkan, medan kekal dan tidak hilang dari titik itu. E₁ ialah medan yang dihasilkan oleh cas elektrik +q₁ dan E₂ ialah medan yang dihasilkan oleh cas elektrik +q₂.

Kekuatan medan

Medan elektrik ialah kuantiti vektor, yang mempunyai magnitud dan arah. Kekuatan medan elektrik pada sesuatu titik ditakrifkan sebagai daya elektrik yang dikenakan oleh cas elektrik pada cas ujian positif yang diletakkan pada titik tersebut, dibahagikan dengan magnitud cas ujian.
Penerangan:
E = kekuatan medan
F = daya elektrik
q = magnitud cas ujian
Penerangan:
Q = cas elektrik
r = jarak antara cas elektrik dan cas ujian
(baca: epsilon sifar) = kebolehtelapan ruang kosong = 8,854 x 10^-12 C²/Nm²
k = Pemalar Coulomb = 9 x 10⁹ Nm²/C²

Unit daya elektrik ialah Newton dan unit cas elektrik ialah Coulomb jadi unit medan ialah Newton/Coulomb, disingkatkan N/C.

arah

 
Lihat gambar di sebelah
Dihidupkan Rajah 1a, cas elektrik positif (+Q) mengenakan daya elektrik ke atas cas ujian positif (+q), dengan arah daya elektrik (F) menjauhi cas +Q.
Dihidupkan Rajah 1b, apabila cas ujian disingkirkan, pada titik itu terdapat medan (E) yang arahnya menjauhi cas elektrik Q.
Dihidupkan Rajah 2a, cas elektrik negatif (-Q) mengenakan daya elektrik ke atas cas ujian positif (+q), dengan arah daya elektrik (F) menghampiri cas -Q.
Dihidupkan Rajah 2b, apabila cas ujian dikeluarkan, pada titik itu terdapat medan (E) yang arahnya hampir dengan cas elektrik -Q.
Berdasarkan imej dan penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahawa arah medan adalah menjauhi cas elektrik positif dan menuju ke cas elektrik negatif.

Contoh masalah

1. Titik A terletak dalam medan elektrik. Kekuatan medan elektrik pada titik A ialah 0,4 N/C. Jika objek dengan cas 0,2 C diletakkan di titik A, daya Coulomb sebanyak...
A. 0,2 U
B. 0,4 U
C. 0,6 U
D. 0,7 U
E. 0,8 U
Perbincangan:
Dikenali :
E = 0,4 N/C
q = 0,2 C
Ditanya :
Daya elektrik?
Jawab :
F = q E = (0,2 C)(4 N/C) = 0,8 N
Jawapan yang betul ialah E.

2. Titik bercas q berada pada titik A dalam medan elektrik yang dihasilkan oleh cas (+) supaya ia mengalami daya 0,1 N dalam arah menuju cas q. Jika kekuatan medan pada titik A ialah 0,02 N/C, maka magnitud dan jenis cas q ialah...
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
Perbincangan:
Dikenali :
F = 0,1N
E = 0,02 N/C
Ditanya :
Apakah magnitud dan arah cas q?
Jawab :
Magnitud cas q:
F = qE
q = F / E = 0,1 N : 0,02 N/C = 5C
Jenis cas q:
Arah daya Coulomb adalah ke arah cas q jadi cas q mestilah mempunyai nilai positif.