Potensial listrik

Pengertian potensial listrik
Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial listrik per satuan muatan listrik. Misalkan ketika berada pada titik a, muatan q mempunyai energi potensial listrik sebesar EPa , maka potensial listrik pada titik a dirumuskan sebagai berikut :

Potensial listrik 1

Keterangan : V = potensial listrik, EP = energi potensial listrik, q = muatan listrik.

Potensial listrik tidak hanya ada di titik a tetapi juga pada semua titik dalam medan listrik. Titik a digunakan sebagai contoh. Sebagaimana akan dijelaskan kemudian, potensial listrik tidak bergantung pada muatan q.

Energi potensial listrik dan muatan listrik merupakan besaran skalar sehingga potensial listrik juga termasuk besaran skalar. Satuan sistem internasional energi potensial listrik adalah Joule dan satuan sistem internasional muatan listrik adalah Coulomb, sehingga satuan sistem internasional potensial listrik adalah Joule per Coulomb (J/C). Nama lain J/C adalah Volt, berasal dari nama ilmuwan Italia dan penemu baterai listrik, Alessandro Volta (1745-1827).

Beda potensial listrik
Potensial listrik di suatu titik misalnya potensial listrik di titik a yakni Va, tidak dapat diketahui nilainya karena yang bermakna adalah perubahan potensial listrik. Perubahan potensial listrik dapat diketahui nilainya baik melalui perhitungan maupun pengukuran. Potensial listrik berubah ketika muatan q bergerak dari satu titik ke titik lainnya. Misalkan muatan q bergerak dari titik a ke titik b maka perubahan potensial listrik adalah :

Potensial listrik 2

Vab adalah beda potensial listrik antara dua titik dalam medan listrik, misalnya titik a dan b. Beda potensial listrik antara titik a dan b (Vab) sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya listrik pada muatan listrik ketika bergerak dari titik a ke titik b, per satuan muatan (Wab/q). Perlu diketahui bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya listrik pada muatan q ketika bergerak dari titik a ke titik b (Wab) sama dengan perubahan energi potensial listrik muatan q (ΔEP). Karenanya pada persamaan di atas ΔEP bisa diganti dengan Wab.

Ketika suatu benda berada pada ketinggian tertentu di atas permukaan tanah maka benda itu mempunyai energi potensial gravitasi, di mana permukaan tanah digunakan sebagai titik acuan. Dalam hal ini ketinggian permukaan tanah dan energi potensial gravitasi tepat di permukaan tanah ditetapkan bernilai nol. Serupa dengan energi potensial gravitasi, ketika kita menyatakan suatu titik mempunyai potensial listrik tertentu maka harus adalah titik lain yang digunakan sebagai titik acuan, mengingat hanya perbedaan potensial listrik yang dapat dihitung nilainya. Biasanya tanah (ground) atau konduktor listrik yang dihubungkan ke tanah dipilih sebagai titik acuan, di mana potensial listrik pada konduktor itu atau potensial listrik di dalam tanah, ditetapkan bernilai nol. Jadi apabila suatu titik mempunyai potensial listrik senilai 12 Volt maka beda potensial listrik antara titik tersebut dengan tanah adalah 12 Volt. Pada baterai 6 Volt, beda potensial listrik antara terminal positif dengan terminal negatif adalah 6 Volt. Karena satuan beda potensial listrik adalah Volt maka beda potensial listrik di antara dua titik biasanya disebut sebagai tegangan listrik (voltage).
Persamaan beda potensial listrik di atas dapat ditulis lagi seperti di bawah ini :

Potensial listrik 3Apabila muatan q melewati beda potensial listrik Vab maka energi potensialnya berubah sebesar ΔEP. Misalnya muatan 2 Coulomb melewati beda potensial listrik sebesar 12 Volt maka energi potensial listriknya berubah sebesar (2 C)(12 V) = 24 Joule. Demikian juga bila muatan 4 Coulomb melewati beda potensial listrik sebesar 24 Volt maka energi potensial listriknya berubah sebesar (4 C)(24 V) = 96 Joule.

Jadi perubahan energi potensial listrik (ΔEP) sebanding dengan muatan (q) dan tegangan listrik (Vab). Semakin besar muatan listrik dan/atau tegangan listrik, semakin besar perubahan energi potensial listrik. Energi potensial berkaitan dengan kemampuan melakukan usaha sehingga jika perubahan energi potensial listrik besar maka kemampuan melakukan usaha juga besar.

Persamaan beda potensial listrik di atas masih bersifat umum. Untuk mendapatkan persamaan potensial listrik yang lebih detail maka tinjau beda potensial listrik di dalam medan listrik homogen dan beda potensial listrik yang ditimbulkan oleh sebuah muatan tunggal.

Potensial listrik dalam medan listrik homogen
Beda potensial listrik antara dua titik di dalam medan listrik homogen, misalnya titik a dan titik b, dapat dihitung menggunakan persamaan di bawah :

Potensial listrik 4

Keterangan : Vab = beda potensial listrik antara dua titik, E = medan listrik dan s = jarak antara dua titik.

Potensial listrik yang ditimbulkan oleh muatan tunggal
Potensial listrik pada suatu titik akibat adanya muatan tunggal yang menghasilkan medan listrik, dapat dihitung menggunakan persamaan :

Potensial listrik 5

Keterangan : Vab = beda potensial listrik antara dua titik, k = konstanta Coulomb, Q = muatan tunggal yang menimbulkan medan listrik, r = jarak antara muatan Q dan titik di mana potensial listrik dihitung.

Hubungan antara medan listrik dan potensial listrik
Medan listrik merupakan besaran vektor sedangkan potensial listrik merupakan besaran skalar. Besaran vektor melibatkan arah sehingga lebih sulit dihitung dibandingkan dengan menghitung besaran skalar. Untuk mempermudah perhitungan medan listrik maka digunakan persamaan yang menyatakan hubungan antara medan listrik dengan potensial listrik.
Persamaan beda potensial yang telah dijelaskan sebelumnya ditulis kembali seperti di bawah :

Potensial listrik 6

Secara matematis, usaha merupakan hasil kali gaya dengan perpindahan, di mana gaya merupakan hasil kali muatan dan medan listrik. Hubungan antara usaha, gaya dan perpindahan dinyatakan melalui persamaan di bawah :

Potensial listrik 7Jika kedua persamaan di atas disatukan maka dihasilkan persamaan baru seperti di bawah :

Potensial listrik 8

Keterangan : E = Medan listrik, Vab= beda potensial listrik antara dua titik misalnya titik a dan b, d = jarak antara dua titik.

Satuan beda potensial adalah Volt dan satuan jarak adalah meter sehingga medan listrik dapat dinyatakan dalam satuan Volt per meter (V/m).
Persamaan ini dapat digunakan untuk menentukan medan listrik (homogen) jika diketahui beda potensial antara dua titik dan jarak antara kedua titik. Berdasarkan persamaan, medan listrik sebanding dengan potensial listrik dan berbanding terbalik dengan jarak. Ini artinya semakin besar potensial listrik maka semakin besar medan listrik dan semakin besar jarak maka semakin kecil medan listrik.

(Ukuran kertas : F4, Jumlah halaman : 36)

Materi Pembelajaran :

  1. Muatan Listrik
  2. Hukum Coulomb
  3. Medan Listrik
  4. Fluks Listrik
  5. Hukum Gauss
  6. Energi Potensial Listrik
  7. Potensial Listrik
  8. Kapasitor
Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung

error: