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