Setelah pembahasan tentang muatan listrik, kini kita akan membahas soal medan listrik. Kira-kira, kamu tahu perbedaan antara keduanya? Sama seperti pembahasan sebelumnya, medan listrik pun termasuk dalam materi Fisika. Nah, supaya kamu tidak salah definisi antara muatan listrik dan medan listrik, kita bahas secara lebih jauh, yuk!
Contents
Pengertian Medan Listrik
Hal pertama yang akan kita bahas adalah pengertian medan listrik. Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik, efek yang ditimbulkan karena adanya proton, elektron, atau ion dalam ruangan tersebut. Medan listrik termasuk ke dalam medan vektor dimana arahnya dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami benda muatan.
Satuan medan listrik ini sendiri adalah N/C atau Newton/Coloumb. Umumnya, medan listrik dipelajari dalam bidang ilmu Fisika atau bidang-bidang terkait lainnya, salah satunya adalah elektronika. Lantas, dari manakah asal medan listrik?
Medan listrik dapat diturunkan lewat Hukum Coloumb dengan rumus seperti yang telah kita bahas sebelumnya. Berdasarkan dari rumus tersebut, gaya pada salah satu titik benda bermuatan listrik berbanding lurus dengan besar muatannya sendiri.
Bisa dibilang medan listrik bergantung pada posisi. Artinya, medan listrik bisa juga disebut sebagai vektor yang bergantung terhadap vektor lainnya. Ia juga bisa dianggap sebagai gradien dari potensial listrik. Untuk mengetahui besaran medan listrik pada suatu titik, dibutuhkan rumus khusus yang akan juga akan kita bahas dalam artikel kali ini.
Muatan listrik bisa bernilai positif dan negatif yang akan mempengaruhi perhitungan medan listrik dalam hal tandanya. Jika kamu menghitung setiap titik yang terdapat di sekitar muatan, maka akan terlihat garis medan listrik yang saling berhubungan satu sama lain.
Muatan positif pada medan listrik akan menyebabkan garis medan dengan arah menuju keluar, sedangkan muatan negatif akan menghasilkan garis medan menuju ke dalam, dan muatan nol tidak akan menghasilkan garis medan listrik.
Untuk mengetahui medan listrik, diperankan oleh garis-garis gaya listrik yang bisa dibilang sebagai garis imajiner yang dibentuk oleh muatan positif. Nah, garis gaya listrik ini berasal dari medan bermuatan positif dan berakhir pada muatan negatif.
Konsep Medan Listrik
Nah, medan listrik ini dapat ditimbulkan oleh beberapa muatan listrik, seperti kumpulan titik-titik muatan, cakram tipis dan inin, pelat lebar berhingga ataupun tak berhingga, lingkaran kawat, dan lain sebagainya.
Pada titik-titik muatan yang berjumlah tidak terlalu banyak dan tersebar dapat dihitung medan listriknya dengan menjumlahkan vektor medan listrik di titik tersebut. Sedangkan pada kawat panjang lurus, penghitungan muatan tergantung pada jarak dari kawat itu sendiri. Bila panjangnya tak terhingga, maka penghitungan muatan bisa lebih mudah.
Ciri-ciri Medan Listrik
Setelah mengetahui apa itu medan listrik dan konsepnya, kini kita akan membahas ciri-ciri medan listrik. Setidaknya ada lima ciri medan listrik yang perlu kamu ketahui, yakni:
1. Garis gaya listrik muatan positif mengarah ke luar
Ciri yang pertama terletak pada arah medan listrik. Arah medan listrik biasanya dipengaruhi oleh jenis muatan listriknya, jika bermuatan positif maka garis gaya yang dihasilkan selalu mengarah ke luar atau menjauhi muatannya.
Apabila muatan listriknya bernilai negatif, maka garis gaya listrik yang dihasilkan adalah tegak lurus dengan arah menuju ke dalam. Dengan kata lain, garis gaya listrik mendekati pusat medannya.
Sementara pada muatan positif yang tunggal, garis pada gambar medan listrik akan berawal di muatan positif dengan akhir yang tak terhingga.
2. Muatan berlawanan saling tarik-menarik
Sifat yang kedua dari medan listrik adalah muatan yang berlawanan atau berbeda jenis akan saling tarik-menarik. Hal ini juga berlaku dengan garis gaya listrik pada muatan tersebut. Garis gaya listrik pada muatan yang berlawanan akan mengarah ke luar dari pusat muatan positif dan masuk ke pusat muatan negatif. Namun, untuk dua muatan sejenis yang saling berdekatan, garis gaya listrik yang dihasilkan akan saling tolak-menolak, sehingga arahnya saling menjauhi.
3. Semakin tinggi kerapatan garis, semakin kuat medan listriknya
Kerapatan garis per satuan luas pada medan listrik berbanding lurus dengan kekuatan medan listriknya, sehingga semakin rapat garisnya muatan yang dimiliki oleh medan listrik tersebut semakin kuat pula. Begitu pun sebaliknya, garis medan listrik yang lebih renggang menandakan bahwa medan listriknya lemah.
4. Medan listrik dapat bersatu dengan medan magnet
Ciri yang terakhir adalah medan listrik dan medan magnet dapat bersatu. Gaya listrik selalu memiliki garis tegak lurus dan garis magnet yang membentuk gelombang elektromagnetik. Arah gelombang elektromagnetik ini berdasarkan pada kaidah tangan kanan.
Sifat-sifat Medan Listrik
Selain mengenal ciri-ciri medan listrik, kamu perlu mengetahui sifat medan listrik. Nah, berikut ini sifat-sifat medan listrik yang perlu kamu ketahui.
- Garis gaya listrik pada medan liistrik tidak pernah berpotongan alias saling terhubung.
- Garis gaya listrik pada medan listrik sering kali menuju radial ke luar dari muatan positif dan bertemu di muatan negatif.
- Gaya listrik yang bertambah rapat pada suatu tempat menandakan bahwa medan listrik di tempat tersebut semakin kuat. Begitu pula sebaliknya, semakin renggang gaya listrik, maka semakin rendah pula muatan listriknya.
Persamaan Medan Listrik
Berbicara soal persamaan medan listrik, sebenarnya sudah sempat disinggung di awal. Jika ditelaah lagi, persamaan medan listrik ini terletak pada satuan medan listrik, bidang ilmu yang mempelajarinya, dan rumus matematika yang digunakan adalah turunan dari Hukum Coloumb.
Persamaan inilah yang menyebabkan gaya pada sebuah titik muatan berbanding lurus dengan besarnya muatan. Nah, medan listrik ini didefinisikan sebagai konstan perbandingan antara gaya dan muatan.
Contoh penerapan dari medan listrik sebenarnya dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu penerapannya pada generator van de graff. Gesekan yang terjadi pada bagian pita karet dan roda pemutar dalam printer laser mengakibatkan pita karet bermuatan listrik yang nantinya muatan tersebut akan ditampung pada bola logam.
Selain itu, contoh penerapannya dapat kamu lihat pada printer laser. Drum pada printer laser yang bermuatan postif akan melintasi permukaan yang tidak bermuatan. Laser printer akan menggambar pada kertas tersebut melalui fuser, sehingga kertas mengalami pemanasan.
Contoh yang lebih sederhana dari medan listrik di kehidupan sehari-hari adalah pada cat semprot. Butiran cat menjadi bermuatan saat bergesekan dengan mulut pipa dan udara. Apabila benda yang kamu cat diberikan muatan yang berlawanan, secara otomatis, butiran cat akan tertarik ke badan benda yang bermuatan tadi.
Rumus Medan Listrik
Untuk mengukur kuat medan listrik, maka kamu harus menggunakan rumus yang diturunkan dari Hukum Coloumb. Rumus tersebut adalah sebagai berikut.
F=k (q1.q2)/(|r^2 |) r ̀
Dari persamaan tersebut dapat kita ketahui bahwa gaya pada salah satu titik muatan berlawanan arus dengan besarnya muatan listrik. Nah, medan listrik ini juga dinyatakan secara konstan persamaan antara muatan dan gaya dengan rumus sebagai berikut:
F = qE
E = 1/4πε0 (q1.q2)/(|r^2 |) r ̀
Contoh Soal Pembahasan Medan Listrik
Setelah mengetahui pengertian dari medan listrik, sifat, ciri, persamaan, hingga rumus medan listrik, kamu perlu mencoba menyelesaikan soal pembahasan medan listrik agar lebih paham implementasinya. Berikut ini contoh soal pembahasan terkait medan listrik.
Contoh soal:
Terdapat dua buah titik dengan jarak 4 meter yang masing-masing bermuatan +q1 dan +q2. Hitunglah berapa perbandingan antara q1 dan q2 jika medan listrik pada titik yang berjarak 1 meter dari q1 bernilai 0.
Pembahasan:
Pada titik A medan listriknya sama dengan nol, maka rumus yang digunakan adalah E1-E2 = 0, E1 = E2
Persamaan yang diperoleh adalah sebagai berikut:
EA = EA
k Q1/〖r1〗^2 = k Q1/〖r1〗^2
Q1/1^2 = Q1/1^2 - Q2 = 9Q1
Demikian tadi penjelasan dari pengertian medan listrik, konsep, sifat, jenis-jenis medan listrik, rumus, dan contoh soalnya. Seperti yang sudah disinggung sebelumnya, bahwa medan listrik tak hanya berada dalam ranah ilmu Fisika. Medan listrik juga terdapat pada bidang keilmuan lain yang berkaitan dan dapat kamu temukan dalam kehidupan sehari-hari, seperti yang telah dicontohkan di atas. Setelah membaca ulasan di atas, kamu jadi makin paham dengan materi medan listrik kan?