ELECTRICITY AND MAGNETISM: Medan Listrik

Medan Listrik

Definisi

Medan Listrik

Medan Listrik adalah efek dari adanya muatan listrik, seperti elektron, ion atau proton dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik juga bisa disebut sebagai daerah di sekitar muatan listrik di mana titik-titik bermuatan yang ada di dalamnya mengalami gaya elektrostatis (gaya listrik/gaya Coloumb).

Sebuah benda yang bermuatan memiliki medan listrik dan arah medan listrik tersebut dinayatakan sama dengan arah gaya yang dialami. Penggambaran medan listrik dilakukan dengan menggunakan garis-garis gaya listrik (garis-garis lengkung yang dianggap sebagai lintasan yang ditempuh oleh muatan dan tidak berpotongan).

Arah medan listrik benda yang bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan listrik benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda.

Kuat Medan Listrik

Kuat medan listrik pada suatu titik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik tersebut dan dinyatakan dengan lambang 'E'. Kuat medan lsitrik dipengaruhi oleh besarnya muatan dan jarak benda muatan yang diuji.

Kuat medan listrik dapat dirumuskan sebagai gaya Coulumb untuk setiap satuan muatan atau:

Keterangan:

E = kuat medan lsitrik (N/C)

F = gaya coulomb (F)

q = muatan uji (C)

Arah kuat medan listrik dari sebuah muatan bergantung pada jenis muatan dan sumbernya. Jika berlawanan jenis maka kedua muatan akan saling tarik-menarik, namun jika sejenis keduanya akan saling tolak-menolak.

Apabila diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dan muatan q, maka rumus medan listrik menjadi:

Keterangan:

E = kuat medan listrik (N/C)

Q = muatan sumber (C)

r = jarak muatan uji dengan dengan muatan sumber (m)

Apabila suatu muatan dipengaruhi oleh beberapa muatan listrik, muatan yang mempengaruhi muatan uji bisa segaris atau membentuk sudut (tidak segaris).

1. Medan Listrik yang Segaris

Apabila titik B terletak di antara Q1 dan Q2 dan ketiganya segaris, terdapat dua medan listrik yang timbul dari masing-masing muatan.

E1 merupakan kuat medan listrik yang merupakan pengaruh Q1 dan E2 meruapakan kuat medan listrik karena pengaruh muatan Q2. Keduanya dirumuskan sebagai berikut:

Besar kuat medan listrik yang dialami oleh B merupakan resultan medan listrik dari E1 dan E2 dan dirumuskan sebagai berikut:

Ketika menggunakan rumus di atas, kita harus memperhatikan jenis muatan sumber dan muatan uji. Kedua hal tersebut dapat menentukan jika medan listrik yang dialami tersebut (+) atau (-).

2. Medan Listrik yang Tidak Segaris

Seperti terlihat pada gambar, titik A dipengaruhi oleh medan listrik dari muatan Q1 dan Q2. Di antara Q1, Q2 dan A terbentuk sebuah sudut dengan nilai tertentu. Total kuat medan listrik dari titik A adalah resultan dari E1 dan E2. Besar kuat medan listrik tersebut ditentukan menggunakan rumus resultan yang terdapat di bawah.

Contoh Soal

Soal 1

Jika sebuah muatan uji +25.105 C diletakkan dalam sebuah medan listrik. Apabila gaya yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,5 N. Berapa besar medan listrik pada muatan uji tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

F = 0,5 N

q = +25.105 C

Ditanya:

E = ?

Jawab:

E = F/q

E = 0,5/+25.105 C

E = 5. 104 / 25 = 2000 N/C

Soal 2

Jika dua buah titik berjarak 4 meter bermuatan masing-masing +q1 dan +q2. Berapa perbandingan antara q1 dan q2 jika medan listrik pada titik yang berjarak 1 meter dari q1 bernilai nol.

Pembahasan:

Karena titik A memiliki medan lsitrik yang sama dengan nol maka E1 = E2.

Contoh Nyata

Cat Semprot

Butiran cat dari aerosol menjadi bermuatan ketika bergesekan dengan mulut pipa semprot dan udara. Bila benda yang dicat diberi mautan berlawanan, maka butiran cat akan tertarik ke badan benda.

Mesin Fotokopi

Mesin fotokopi menggunakan daya tarik muatan listrik berbeda. Suatu pola muatan positif pada pelat tadi, mencitrakan bidang hitam yang akan digandakan, menarik partikel bermuatan negatif dari bubuk hitam halus yang disebut toner, toner tersebut jadi bermuatan negatif karena berhubungan dengan butir-butir gelas kecil di baki pengembang. Pola toner dipindahkan ke atas secarik kertas kosong dan dipanggang di atasnya.

Michael Faraday

Michael Faraday terkenal sebagai penemu listrik dan dijuluki sebagai ‘Bapak Listrik’. Ia lahir pada tanggal 22 September 1791 di Inggris dan sangat berkontribusi pada bidang elektromagnetisme dan elektrokimia. Dalam biografinya, diketahui bahwa ia membuat sebuah alat yang menghasilkan ‘Rotasi Elektromagnetik’ yang merupakan cikal bakal penemuan listrik oleh Faraday. Alat yang diciptakan olehnya bernama Homopolar Motor dan kemudian menjadi dasar dari teknologi elektromagnetik saat ini.

Penemuan medan listrik oleh Faraday terjadi ketika ia melakukan percobaan di mana ia melilitkan dua kumparan kawat yang terpisah dan menemukan induksi timbal balik, magnet dilewati potongan kawat, maka aliran listrik masuk ke kawat, yang kemudian magnetnya berjalan. Setelah itu, ia mengambil kesimpulan bahwa ‘Perubahan pada medan magnet dapat menghasilkan medan listrik’. James Clerk Maxmel membuat rumus matematikanya dan rumus ini dikenal dengan nama Hukum Faraday. Michael Faraday meninggal pada tanggal 25 Agustus 1867 dan untuk mengenang jasnya di bidang fisika, namanya digunakan dalam satuan kapasistansi dengan simbol (F) atau Faraday.