Medan Listrik
Medan listrik adalah 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.
garis-garis gaya listrik di sekitar benda bermuatan listrik dapat digambarkan berikut
 |
| Arah medan listrik benda bermuatan positif |
 |
| Arah medan listrik benda bermuatan negatif |
 |
| Arah medan listrik benda bermuatan berlainan jenis |
 |
| Arah medan listrik benda bermuatan sejenis |
Kuat Medan Listrik
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.
Secara matematis Kuat medan listrik dituliskan:
Dengan F adalah gaya coulomb, sehingga rumus kuat medan magnet dapat dituliskan:
dengan:
E = kuat medan listrik (Newton/Coulomb)
k = Konstanta = 9.109 N m2 C-2
q = muatan listrik penyebab medan (C)
r = jarak antar muatan (m)
Resultan Kuat Medan Listrik
Medan listrik Merupakan besaran vektor. Oleh Karena itu penjumlahannya mengikuti aturan penjumlahan vektor. Kita dapat menggambarkan vektor-vektor medan listrik di sekitar muatan statis yang menunjukkan besar dan arah medan listrik pada titik-titik di sekitar muatan tersebut.
Rumus resultan kuat medan listrik dapat dituliskan:
dengan:
E = resultan medan listrik
E1 = resultan medan listrik dititik p akibat muatan q1
E2 = resultan medan listrik dititik p akibat muatan q2
Untuk menghitung resultan medan listrik dapat dilakukan dengan menggunakan vektor satuan (metode analisis) atau juga dengan menggunakan metode grafik. Metode grafik dapat dilakukan jika setiap medan listrik telah diketahui arah vektornya.
Hukum Gauss
Fluks adalah kuatitas yang menggambarkan berapa banyak vektor medan/garis-garis gaya yang menembus suatu perbukaan dalam arah tegak lurus. Konsep tentang fluks inilah yang menjadi dasar hukum Gauss. Jika terdapat garis-garis gaya dari suatu medan listrik homogen yang menembus tegak lurus suatu bidang seluas A, jumlah garis medan yang menembus tegak lurus bidang tersebut sama dengan perkalian kuat medan listrik dan luas bidang tersebut. Perkalian kuat medan listrik dan luas bidang inilah yang dimaksud fluks listrik.
Secara matematis fluks listrik dituliskan:
dengan:
F = fluks listrik (Nm2/C atau weber)
E = kuat medan listrik (N/C)
A = luas bidang yang ditembus medan listrik
Jika garis-garis gaya menembus bidang tidak secara tegak lurus, maka rumus fluk listriknya adalah:
dengan q adalah sudut antara vektor medan magnet dan luas permukaan yang ditembus medan listrik.
Berdasarkan konsep fluks listrik tersebut, Gauss mengemukakan hukumnya.
Bunyi Hukum Gauss:
Jumlah garis gaya yang keluar dari suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut.
Secara matematis hukum Gauss dituliskan sebagai berikut:
Rapat Muatan
Definisi rapat muatan adalah muatan per satuan luas. Secara matematis rapat muatan dituliskan:
dengan:
s = rapat muatan
q = muatan
A = luas
Medan Listrik pada keping sejajar
Untuk menghitung kuat medan listrik pada pelat sejajar dapat menggunakan rumus yang diturunkan dari konsep hukum Gauss.
Misal ada dua buah pelat keping sejaja yang memiliki luas A masing-masing diberi muatan yang sma tersebar merata, tetapi berlawanan jenis yaitu +q dan –q.
Kuat medan listrik oleh satu pelat konduktor dapat dihitung dengan persamaan:
Sehingga kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh dua pelat konduktor menjadi:
Kuat medan listrik pada bola konduktor berongga
Jika ke dalam konduktor bola berongga yang berjari-jari R diberi sejumlah muatan positif atau negatif, muatan tersebut akan tersebar merata hanya di permukaan bola. Adapun didalam bola tidak terdapat muatan listrik. Berdasarkan hukum Gauss dapat ditentukan besar medan listrik didalam maupun diluar bola, yang besarnya
Dibagian dalam bola dengan r<R, besarnya medan listrik adalah nol. Hal tersebut disebabkan besarnya muatan yang dilingkupi permukaan Gauss I, q = 0. Adapun untuk permukaan gauss II dengan r>R, besar muatan listrik yang dilingkupi permukaan Gauss II sama dengan jumlah muatan listrik pada bola tersebut, dengan demikian medan listrik E di permukaan II adalah
Kuat medan listrik di luar bola dapat diperoleh dengan menganggap bola sebagai muatan listrik yang terletak di pusat bola. Jadi, secara keseluruhan medan listrik disekitar bola berongga adalah
Kuat medan listrik di dalam bola, karena q = 0 maka
Kuat medan listrik di permukaan bola:
R = jari-jari bola berongga
Kuat medan listrik di luar permukaan bola:
r = jarak dari pusat bola ke titik tersebut
EmoticonEmoticon