B. Potensial dan Energi Potensial Listrik
R
2
R
1
1. Energi Potensial
Setiap ada medan gaya maka akan melibatkan usaha dan energi. Usaha merupakan perubahan energi
potensial. W = Ep
........................... 4.4 Sedangkan usaha sendiri didefinisikan sebagai
perkalian titik vektor F dan R. dW = -F.dR
W = k Q
1
Q
2
= k Q
1
Q
2
= Dengan menggunakan konsep : W = E
P2
- E
P1
maka diperoleh perumusan energi potensial listrik seperti
berikut. Ep = k ........................................ 4.5
dengan : Ep = energi potensial listrik joule Q
1
, Q
2
= muatan listrik coulomb atau C R
= jarak dua muatan Energi potensial listrik merupakan besaran skalar
berarti tidak memiliki arah. Coba perhatikan contoh berikut.
CONTOH 4.5
Pada titik A dan B dari titik sudut segitiga ter- dapat muatan Q
A
= 8 μC = 8.10
-6
C dan Q
B
= -6 μC =
-6.10-
6
C seperti pada Gambar 4.11. Jika terdapat muatan lain sebesar q = 2
μC maka tentukan : a. energi potensial muatan q itu jika berada di titik C,
b. energi potensial muatan q itu jika di titik D, c. usaha untuk memindahkan muatan q dari C ke D
Penyelesaian
Q
A
= 8 μC = 8.10
-6
C Q
B
= -6 μC = -6.10
-6
C q = 2
μC = 2.10
-6
C a. Di titik C :
R
AC
= R
BC
= 4.10
-2
m E
PC
= E
PA
+ E
PB
4 cm 4 cm
2 cm 2 cm
-6 μC
8 μC
A B
C
D
Gambar 4.11
= k + k
= k
Fisika SMA Kelas XII
60
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
4 cm
3 cm +6
μC +3
μC +2
μC
B A
D C
- 5 μC
Gambar 4.12
Penting
Kalian telah belajar beberapa besaran, F
C
dan E yang meru- pakan besaran vektor dan Ep
dan V yang merupakan besa- ran sekalar.
Perbedaan penyelesaian ten- tang vektor dan sekalar dapat
kalian perhatikan pada tiap contoh soalnya.
= = 0,9 joule
b. Di titik D : R
AD
= R
BD
= 2.10
-2
m E
PD
= E
PA
+ E
PB
= k + k
= k =
= 1,8 joule c. Usaha yang dilakukan :
W = ΔEp = E
PD
− E
PC
= 1,8 − 0,9 = 0,9 joule
Empat muatan benda di titik-titik sudut persegi panjang seperti Gambar 4.12. Tentukan usaha yang
diperlukan untuk memindahkan muatan A ke titik jauh tak hingga.
2. Potensial Listrik
Kalian mungkin sudah sering mendengar tentang beda potensial, terutama pada bab listrik dinamis. Beda
potensial ini disebut juga tegangan. Apa sebenarnya po- tensial listrik itu? Potensial listrik didefinisikan sebagai
besarnya energi potensial yang dimiliki muatan 1 Cou- lomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan
sebagai berikut.
V = V = k
............................................... 4.5 dengan : V = potensial listrik volt
Q = muatan listrik C R = jarak titik dari muatan m
B
V =
Listrik Statis
61
Potensial listrik juga termasuk besaran skalar seperti energi potensial listrik, berarti tidak memiliki arah dan jenis
muatannya akan mempengaruhi besarnya.
CONTOH 4.6
Dua muatan titik Q
A
= -4 μC dan Q
B
= +8 μC berjarak
16 cm. Tentukan potensial listrik di suatu titik yang berada di tengah-tengah kedua muatan itu
Penyelesaian
Q
A
= -4 μC
Q
B
= +8 μC
R
A
= R
B
= 8 cm = 8.10
-2
m Titik C berada di tengah-tengah seperti diperlihat-
kan pada Gambar 4.13. karena besaran skalar maka potensial di titik C tersebut memenuhi :
V
C
= V
A
+ V
B
= k + k
= =
= 4,5.10
5
volt
Perhatikan muatan-muatan pada titik sudut segitiga sama kaki pada Gambar 4.14. Tentukan potensial
listrik di titik C
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
1. Pada sumbu X terdapat muatan −2
μC di x = 10 cm, muatan +5 μC di x = 15 cm dan muatan +4
μC di titik x = 30 cm. Tentukan :
a. potensial listrik pada titik x = -10 cm,
b. energi potensial yang dimiliki muatan q = -3
μC yang diletakkan di titik dengan x = -10 cm tersebut
Gambar 4.13
Gambar 4.14
4 cm
3 cm 10
μC B
A C
-8 μC
4 cm
2. Pada keempat sudut bujur sangkar sisi 25 cm diletakkan muatan
listrik. Tentukan : a. potensial listrik di titik pusat bujur
sangkar jika dua muatan yang bertetangga masing-masing +3
μC dan -3 μC b. energi potensial yang dimiliki oleh
salah satu muatan - 3 μC
Q
A
Q
B
R
A
= 8 cm R
B
= 8 cm C
LATIHAN 4.2
Fisika SMA Kelas XII
62
1. Hubungan Fluks Listrik dan Kuat Medan Lis- trik
Medan listrik sebagai besaran vektor digambarkan dengan garis-garis yang memiliki arah atau anak panah.
Contohnya medan listrik di sekitar muatan titik positif seperti pada Gambar 4.15. Jumlah garis-garis medan listrik
yang menembus secara tegak lurus pada suatu bidang dinamakan dengan fluks listrik
dan disimbolkan φ.
Bagaimana dengan medan listriknya? Besar medan listrik disebut dengan kuat medan listrik dapat didefinisikan
juga sebagai kerapatan garis-garis medan listrik. Dari dua pengertian di atas dapat dirumuskan
hubungan sebagai berikut. φ = E . A
atau .............................. 4.6 φ = E . A cos θ
dengan : φ = fluks listrik weber
E = kuat medan listrik NC A = luas bidang yang terbatas garis-garis gaya
m
2
θ = sudut antara E dengan normal bidang Dengan menggunakan definisi dua besaran di atas,
Gauss merumuskan hubungan antar besaran sebagai berikut.
“Jumlah garis medan fluks listrik yang menembus suatu permukaannya sebanding dengan jumlah
muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tersebut”
. Pernyataan di atas itulah yang dikenal sebagai
hukum Gauss dan dapat dirumuskan sebagai berikut
Faktor pembanding yang sesuai adalah . Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut.
φ ~ q
Perhatikan penerapan hukum Gauss tersebut pada bola konduktor dan keping sejajar seperti penjelasan
berikut. 2.
Bola Konduktor Bermuatan Bola konduktor berjari-jari R diberi muatan Q
maka muatan itu akan tersebar pada permukaan bola seperti pada Gambar 4.17. Bagaimana besaran-besaran
Video liên quan