Medan Listrik dan Kuat Medan Listrik

89 Fisika SMAMA XII 2. Dua muatan listrik q 1 = +8 x 10 -9 C dan q 2 = + 16 x 10 -9 C terpisah pada jarak 12 cm. Tentukan di mana muatan q 3 harus diletakkan agar gaya Coulomb pada muatan q 3 sama dengan nol 3. Sebuah segitiga sama sisi ABC mempunyai panjang sisi 6 cm. Apabila pada masing-masing titik sudut segitiga berturut-turut terdapat muatan listrik sebesar q A = +8 C, q B = -9 C, dan q C = +3 C, tentukan besarnya gaya Cou- lomb pada titik sudut C a Muatan negatif b Muatan positif Gambar 3.3 Garis-garis gaya listrik c Antara muatan positif dan muatan negatif

B. Medan Listrik dan Kuat Medan Listrik

Medan listrik didefinisikan sebagai ruangan di sekitar benda bermuatan listrik, di mana jika sebuah benda bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut akan mendapat gaya listrik gaya Coulomb. Medan listrik termasuk medan vektor, sehingga untuk menyatakan arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami oleh muatan positif jika berada dalam sembarang tempat di dalam medan tersebut. Arah medan listrik yang ditimbulkan oleh benda bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan listrik yang ditimbulkan oleh benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda. Untuk menggambarkan medan listrik digunakan garis- garis gaya listrik. Garis-garis gaya listrik yaitu garis lengkung yang dibayangkan merupakan lintasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik. Garis gaya listrik tidak mungkin akan berpotongan, sebab garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif. Gambar 3.3 menggambarkan garis-garis gaya listrik di sekitar benda bermuatan listrik. Di unduh dari : Bukupaket.com Fisika SMAMA XII 90 Kuat medan listrik di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di titik itu. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Untuk menyatakan kuat medan di suatu titik dalam medan listrik perhatikan Gambar 3.4, menggambarkan suatu benda bermuatan q yang menimbulkan medan listrik di sekitarnya. Kita tinjau suatu titik P yang berada pada jarak r dari q. Untuk menentukan kuat medan listrik di titik P, kita letakkan sebuah muatan penguji sebesar q’. Besarnya kuat medan di titik P dapat dituliskan : = = .... 3.4 di mana : = kuat medan di titik P NewtonCoulomb k = Konstanta = 9.10 9 N m 2 C -2 q = muatan listrik penimbul medan C r = jarak antara titik P ke muatan q m Demikian juga medan listrik termasuk besaran vektor, seperti halnya gaya listrik. Apabila pada suatu titik dipengaruh oleh medan listrik yang ditimbulkan oleh lebih dari satu benda bemuatan, maka kuat medan listrik di tempat itu sama dengan jumlah vektor dari masing-masing kuat medan. Apabila letak benda berada dalam satu garis lurus, maka kuat medan listrik pada titik C ada- lah : E C = E A + E B = .... 3.5 Jika letak benda tidak dalam satu garis lurus. Gambar 3.4 Kuat medan listrik yang ditimbulkan muatan positif +q r 1 r 2 Di unduh dari : Bukupaket.com 91 Fisika SMAMA XII Maka kuat medan listrik di titik C adalah : E C = E A + E B E C = .... 3.6 di mana sudut yang diapit antara dan adalah D. 1. Hitunglah kuat medan listrik di titik P yang berjarak 3 cm dari muatan +8 × 10 -9 C Pnyelesaian : = 8 × 10 4 NC -1 Jadi, besarnya kuat medan listrik di titik P adalah 8 × 10 4 NC -1 . 2. Dua buah benda A dan B mempunyai muatan listrik masing- masing +4 × 10 -8 C, dan +16 × 10 -8 C terpisah pada jarak 6 cm. Tentukan letak titik P yang mempunyai kuat medan listrik = 0 Penyelesaian : Letak titik P berada di antara kedua muatan tersebut, tidak mungkin berada di luar kedua benda tersebut. Sebab bila di antara kedua benda tersebut, arah medan listrik titik P berlawanan arah, sehingga resultannya bisa akan menjadi nol, sedangkan di luar kedua benda arah medan listriknya searah, sehingga tidak mungkin akan sama dengan nol. Misal titik P terletak pada jarak x dari A, maka : = – = 0 = Contoh Soal Di unduh dari : Bukupaket.com Fisika SMAMA XII 92 36 - 12 x + x 2 = 4 x 2 3 x 2 +12x - 36 = 0 x + 6 x – 2 = 0 x = -6 dan x = 2 Jadi letak titik P berada 2 cm di sebelah kanan A atau 4 cm di sebelah kiri B. Untuk mendapat medan listrik atau potensial listrik yang cukup tinggi pada elektrostatis dapat digunakan suatu alat yang disebut generator Van de Graf atau generator elektrostatis yang secara komersial dapat digunakan untuk mempercepat proton sampai mencapai energi sebesar 10 MeV. Proton berenergi tinggi ini dapat digunakan untuk menembah inti atom stabil sehingga menjadi inti atom radioisotop. Cobalah kalian cari dari literatur atau dari internet tentang generator Van De Graf Generator elektrostatis mengenai bagian-bagian dan prinsip kerja dari alat tersebut Soal Latihan : 1. Hitunglah kuat medan listrik di titik P yang berjarak 30 cm dari sebuah muatan titik sebesar 5 × 10 -9 C 2. Sebuah segitiga ABC sama sisi dengan panjang sisi 20 cm. Apabila pada masing-masing titik sudut segitiga ABC terdapat muatan berturut-turut +2 PC, +3 PC, dan +4 PC. Tentukan besarnya medan listrik pada titik C 3. Dua buah muatan listrik masing-masing besarnya +3 PC dan -5 PC terpisah pada jarak 40 cm. Di manakah letak titik P yang mempunyai kuat medan listrik sama dengan nol Keingintahuan : Mencari Informasi Di unduh dari : Bukupaket.com 93 Fisika SMAMA XII

C. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik