99
Listrik Statis
Agar resultan gaya Coulomb pada q
3
sama dengan nol maka gaya Coulomb pada q
3
, oleh q
1
harus sama dengan besar gaya Coulomb pada q
3
oleh q
2
.
Jadi, agar resultan gaya Colulomb pada q
3
sama dengan bolmaka muatan q
3
diletakkan 0,3 m dari q
1
.
B. Kuat Medan Listrik
Gaya antara dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan suatu jarak tertentu tanpa kontak antara keduanya disebut
action at adistance . Cara pandang lain dalam melihat gaya
listrik yaitu dengan menggunakan konsep medan. Medan adalah ruang di sekitar benda yang setiap titik dalam ruang
tersebut akan terpenagruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh benda.Oleh karena partikel akan menghasilkan gaya listrik,
medan di sekitar partikel itu disebut medan listrik.
Medan listrik adalah besaran vektor yang arahnya pada suatu titik tertentu didefinisikan oleh Michael Faraday
sebagai arah gaya yang dialami oleh suatu benda ber- muatan positif. Medan listrik dapat digambarkan dengan
garis-garis gaya listrik yang menjauhi keluar dari muatan positif dan mendekati masuk ke muatan negatif.
b a
Gambar 2.5
a Garis-garis gaya listrik untuk sebuah bola bermuatan positif
b Garis-garis gaya listrik untuk sebuah bola bermuatan negatif
Di unduh dari : Bukupaket.com
100
Fisika untuk SMAMA kelas XII
Kerapatan garis-garis gaya lsitrik menggambarkan besarnya kuat medan listrik. Apabila dalam suatu ruang
terdapat dua buah benda bermuatan lsitrik yang sama be- sar, garis-garis gaya listriknya dapat digambarkan sebagai
berikut.
Di sekitar muatan sumber q terdapat medan listrik sehinggamuatan q yang diletakkan dalam pengaruh me-
dan listrik ini mendapat gaya Coulomb. Muatan lain q
2
yang diletakkan dalam pengaruh medan listrik ini juga mendapat gaya Coulomb. Gaya Coulomb yang dialami
oleh partikel bermuatan bergantung pada muatan partikel dan muatan sumber q. Oleh karena itu, untuk mengetahui
efek medan listrik dari muatan sumber q, kita meletak- kan suatu muatan uji dalam ruang di seitar medan listrik
tersebut. Kuat medan listri E didefinisikan sebagai hasil bagi gaya Coulomb yang bekerja pada muatan uji dengan
besar muatan uji tersebut q’ Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
dengan: E
= kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan sumber NC atau NC
-1
F = gaya Coulomb N
q ’ = muatan uji C
Persamaan kedua di atas menunjukkan muatan uji positif, vektor gaya Coulomb F searah dengan vektor kuat
medan listrik E, dan untuk muatan uji negatif, vektor gaya Coulomb F berlawanan arah dengan vektor kuat medan
listrik E.
1. Kuat Medan Listrik Akibat Sebuah Mua- tan Titik
Berikut ini penurunan persamaan untuk menghiutng kuat medan listrik di suatu sumber pada jarak tertentu dari
sebuah sumber q. Besar gaya Coulomb antara muatan sumber q dan muatan uji q’ adalah:
2
. q q
F k
r =
Kuat medan listrik adalah hasil bagi gaya Coulomb dengan muatan uji
Gambar 2.6
Garis-garis gaya listrik untuk a dua ,muatan positif;
b muatan positif dan negatif
T
M F
Gambar 2.7
Di unduh dari : Bukupaket.com
101
Listrik Statis
2
q E
k r
= atau dapat ditulis
2
1 4
q E
r PE
= ×
dengan: r
= jarak titik terhdap muatan sumber m q
= muatan sumber C E
= besar kuat medan listrik NC Berikut ini adalah hal-hal yang perlu diperhatikan untuk
menggambar vektor kuat medan listrik di suatu titik ada- lah:
a. vektor
E menjauhi muatan sumber positif dan
mendekati sumber negatif; b. vektor
E memiliki garis kerja sepanjang garis hubung
antara muatan sumber dengan titik yang akan dilukis vektor kuat medannya.
Vektor kuat medan listrik menjauhi muatan sumber positif
Vektor kuat medan listrik mendekati muatan sumber negatif
Kuat medan listrik diukur dalam NC atau Vm 1 NC = 1 Vm, akan dibuktikan kemudian. Kuat medan listrik
dan medan magnet ukuran radiasi elektromagnetik yang melebihi ambang batas dapat membahayakan keehatan
manusia. Rekomendasi badan kesehatan dunia WHO pada 1987 menyebutkan bahwa kuat medan listrik sampai 10
4
Vm atau 10
4
Nm tidak membahayakan kesehatan manu- sia.Sebagai pertimbangan utnuk Anda mengetahui mana
sumber medan listrik yang membahayakan kesehatan.
E E
F F
m
1
m
2
Gambar 2.8
Perhatikan arah gaya oulomg F dan luat medan E pada
gabar. a Untuk muatan uji positif,
gaya couloumb F searah den- gan kuat medan listrik E
b Adapun untuk muatanuji negatif gaya couloumb F
berlawanan arah dengan kuat medan listrik E
Gambar 2.9
Gambar vektor kuat medan listrik
a menjauhi muatan sumber positif;
b mendekati muatan sumber negatif
Kawat dalam rangkaian 120 V AC 10
-2
Pada permukaan bumi 10
2
Dalam tabung gambar TV 10
5
Diperlukan untuk membuat percikan 3 × 10
6
listri di udara Pada orbit elektron dalam atom hidrogen
5 × 10
11
Nilai NC Medan Listrik
Tabel 2.1 Nilai Pendekatan Kuat Medan Listrik
q q
r r
E E
Di unduh dari : Bukupaket.com
102
Fisika untuk SMAMA kelas XII
Kuat medan listrik oleh muatan sumber titik Hitung kuat medan listrik pada jarak 1 cm dari sebuah muatan
positif 10
-6
coulomb. Penyelesaian:
Diketahui: Muatan sumber q = 10
-6
C Jarak titik A ke muatan sumber r = 1 cm = 10
-2
m Tetapan
9
9 10 k = ×
Nm
2
C
-2
+ A
E a
r
Arah kuat medan listrik E adalah menjauhi muatan sumber q. Besar kuat medan listrik dihitung dengan persamaan
2
q E
k r
=
2
q E
k r
=
6 9
7 2
2
10 9 10
9 10 10
E
− −
= ×
= ×
NC Kuat medan listrik dan gaya Coulomb
Sebuah muatan uji
5
3 10
−
×
C diletakkan dalam suatu medan listrik. Gaya yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,45 N pada
sudut 20
o
terhadap x positif. Berapa besar kuat medan listrik dan arahnya pada lokasi muatan uji?
Penyelesaian: Diketahui:
muatan uji q’ =
5
3 10
−
×
C F
= 0,45 N pada 20
o
Kuat medan listrik E dihitung dengan persamaan
5
0, 45 3 10
F E
q E
−
= =
×
Contoh Soal 2.4
Di unduh dari : Bukupaket.com
103
Listrik Statis
4
1, 5 10 E =
×
NC pada 20
o
Jika muatan uji negatif, kuat medan listrik akan memiliki arah yang berlawanan yaitu
4
1, 5 10 E =
×
NC pada 20
o
2. Kuat Medan Listrik Di Suatu Titik Akibat Beberapa Muatan
Kuat medan listrik termasuk besaran vektor.Oleh karena itu, seperti halnya Coulomb yang telah dibahas. Kuat me-
dan listrik di suatu titik akibat beberapa muatan sumber adalah jumlah vektor resultan dari vektor-vektor kuat
medan listrik yang dihasilkan oleh setiap muatan sumber pada titik tersebut. Misalkan ada tiga buah muatan sumber
q
1
, q
2
, dan q
3
masing-masing menghasilkan kuat medan listrik E
1
, E
2
, dan E
3
pada titik P maka kuat medan listrik di titik P diberi lambang E
p
adalah resultan dari ketiga vektor medan listrik.
Secara matematis persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.
1 2
3 P
E E
E E
= +
+
C. Hukum Gauss
