Définisi poténsial listrik
Poténsial listrik dihartikeun salaku énergi poténsial listrik per unit muatan. Anggap nalika aya di titik a, muatan q miboga énergi poténsial listrik sarua jeung EPa, maka poténsial listrik di titik a dirumuskeun sapertos kieu:
V = poténsial listrik, EP = énergi poténsial listrik, q = muatan listrik
V teu ngan ukur aya di titik a tapi ogé di sadaya titik dina medan listrik. Titik a dianggo salaku conto. Sakumaha anu bakal dijelaskeun engké, V henteu gumantung kana muatan q.
EP sareng muatan listrik mangrupikeun kuantitas skalar sahingga V ogé kalebet kuantitas skalar. Unit sistem internasional EP nyaéta Joule sareng unit sistem internasional muatan listrik nyaéta Coulomb sahingga unit sistem internasional V nyaéta Joule per Coulomb (J/C). Ngaran sanés pikeun J/C nyaéta Volt, dicandak tina nami élmuwan Italia sareng panemu batré listrik, Alessandro Volta (1745-1827).
Beda poténsial listrik
V dina titik sapertos V dina titik a, nyaéta, Va, teu bisa dipikanyaho sabab anu pangpentingna nyaéta parobahan poténsial listrik. Parobahan poténsial listrik bisa dipikanyaho ku nilaina, boh ngaliwatan itungan atawa pangukuran. V robah nalika muatan q pindah ti hiji titik ka titik séjén. Anggap muatan q pindah ti titik a ka titik b maka parobahan dina V nyaéta:
Vab nyaéta bédana V antara dua titik dina médan listrik, contona, titik a sareng b. Bédana V antara titik a sareng b (Vab) sami sareng padamelan anu dilakukeun ku gaya listrik dina muatan listrik nalika pindah ti titik a ka titik b, per unit muatan (Wab /q). Perlu dicatet yén padamelan dilakukeun ku gaya listrik tina muatan q nalika pindah ti titik a ka titik b (Wab) sarua jeung parobahan énergi poténsial listrik muatan q (ΔEP). Ku kituna, dina persamaan di luhur, ΔEP bisa diganti ku Wab.
Nalika hiji barang aya dina jangkungna anu tangtu di luhur beungeut taneuh, éta barang mibanda énergi poténsial gravitasi, dimana beungeut taneuh dipaké salaku titik rujukan. Dina hal ieu, jangkungna beungeut taneuh sareng énergi poténsial gravitasi pas di beungeut taneuh disetel ka nol. Sarupa jeung énergi poténsial gravitasi, nalika urang nyatakeun hiji titik mibanda poténsial listrik anu tangtu, éta kudu titik séjén anu dipaké salaku titik rujukan, ngan mertimbangkeun bédana poténsial listrik anu bisa diitung. Biasana, taneuh atawa konduktor listrik anu nyambung ka taneuh dipilih salaku titik rujukan, dimana poténsial listrik konduktor atawa poténsial listrik dina taneuh disetel ka nol. Janten upami hiji titik mibanda poténsial listrik 12 Volt, bédana poténsial listrik antara titik éta jeung taneuh nyaéta 12 Volt. Dina batré 6 Volt, bédana poténsial listrik antara terminal positif jeung terminal négatip nyaéta 6 Volt. Kusabab unit bédana poténsial listrik nyaéta Volt, bédana poténsial listrik antara dua titik biasana disebut tegangan.
Persamaan béda poténsial listrik di luhur tiasa ditulis deui sapertos kieu:
Upami muatan q ngaliwat béda poténsial listrik Vab, énergi poténsialna robah ku ΔEP. Contona, muatan 2 Coulomb ngaliwat béda poténsial listrik 12 Volt, énergi poténsial listrikna robah ku (2 C)(12 V) = 24 Joule. Kitu ogé, upami muatan 4 Coulomb ngaliwat béda poténsial listrik 24 Volt, énergi poténsial listrikna robah ku (4 C) (24 V) = 96 Joule.
Janten, parobahan énergi poténsial listrik (ΔEP) sabanding sareng muatan (q) sareng tegangan (Vab). Beuki luhur muatan listrik jeung teganganna, beuki luhur parobahan énergi poténsial listrikna. Énergi poténsial aya patalina jeung kamampuh pikeun ngalakukeun usaha, jadi lamun parobahan énergi poténsial listrik signifikan, mangka kamampuh pikeun ngalakukeun usaha ogé signifikan.
Persamaan bédana V di luhur masih umum. Pikeun kéngingkeun persamaan V anu langkung lengkep, tingali bédana poténsial listrik dina médan listrik homogen sareng bédana poténsial listrik anu dihasilkeun ku hiji muatan.
Poténsial listrik dina médan listrik homogen
Bédana V antara dua titik dina médan listrik homogen, contona, titik a sareng titik b, tiasa diitung nganggo persamaan di handap ieu:
Vab = bédana V antara dua titik, E = médan listrik, sareng d = jarak antara dua titik.
V dihasilkeun ku muatan tunggal
V dina hiji titik alatan hiji muatan anu ngahasilkeun médan listrik bisa diitung ngagunakeun persamaan:
Vab = bédana V antara dua titik, k = konstanta Coulomb, Q = muatan tunggal anu ngahasilkeun médan listrik, r = jarak antara muatan Q sareng titik dimana V diitung.
Hubungan antara medan listrik (E) jeung poténsial listrik (V)
Médan listrik E mangrupa kuantitas véktor, sedengkeun V mangrupa kuantitas skalar. Kuantitas véktor ngalibetkeun arah sahingga leuwih hésé diitung dibandingkeun jeung ngitung kuantitas skalar. Pikeun ngagampangkeun itungan médan listrik, anggo persamaan anu nyatakeun hubungan antara médan listrik jeung V.
Persamaan béda poténsial anu dijelaskeun sateuacanna ditulis ulang sapertos kieu:
Sacara matematis, usaha nyaéta hasil kali gaya jeung pamindahan, dimana gaya nyaéta hasil kali muatan jeung medan listrik. Hubungan antara usaha, gaya, jeung pamindahan dikedalkeun ngaliwatan persamaan di handap ieu:
Upami dua persamaan di luhur digabungkeun, maka persamaan anyar anu dihasilkeun sapertos kieu:
E = medan listrik, Vab = béda poténsial listrik antara dua titik sapertos titik a sareng b, d = jarak antara dua titik.
Unit béda poténsialna nyaéta Volt, sareng unit jarakna nyaéta méter supados médan listrik tiasa dinyatakeun dina unit Volt per méter (V/m).
Persamaan ieu tiasa dianggo pikeun nangtukeun medan listrik (homogen) anu dikenal salaku béda poténsial antara dua titik sareng jarak antara dua titik éta. Dumasar kana persamaan, medan listrik sabanding sareng V sareng sabanding tibalik sareng jarak. Ieu ngandung harti yén beuki luhur V, beuki luhur medan listrik sareng beuki luhur jarak, beuki alit medan listrik.
