Bulan: Juni 2019

Anda telah mengetahui bahwa medan gravitasi dapat divisualisasikan dengan garis-garis medan. Garis-garis medan gravitasi adalah garis-garis bersambungan yang selalu berarah menuju ke massa sumber medan gravitasi. Semakin rapat garis-garis medan gravitasi di suatu tempat, semkain besar kuat medan gravitasi di tempat tersebut.

Hal ini juga sama dapat Anda jumpai dalam medan listrik, medan listrik juga dapat divisualisasikan dengan menggunakan garis-garis medan listrik. Benda yang bermuatan listrik dikelilingi sebuah daerah yang disebut medan listrik. Dalam medan ini, muatan listrik dapat dideteksi.

Berdasarkan gambar di atas, kita mendapatkan, (1) jumlah garis medan listrik yang meninggalkan muatan positif sama dengan jumlah garis medan listrik yang masuk ke muatan negatif. (2) garis-garis medan listrik di dekat tiap muatan hampir radial. (3) garis-garis medan yang sangat rapat di dekat setiap muatan menunjukkan medan listrik yang kuat di sekitar daerah ini.

Hukum Gauss  adalah hukum yang menentukan besarnya sebuah fluks listrik yang melalui sebuah bidang. Gauss menurunkan hukumnya berdasarkan konsep garis-garis medan listrik. Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang dan dapat dinyatakan sebagai berikut.

Berdasarkan konsep fluks listrik, Hukum Gauss dirumuskan oleh Carl Friedrich Gauss (1777-1855), menyatakan bahwa besar dari fluks listrik yang melalui sebuah bidang akan berbanding lurus dengan kuat medan listrik yang menembus bidang, berbanding lurus dengan area bidang dan berbanding lurus dengan cosinus sudut yang dibentuk fluks listrik terhadap garis normal. Atau dapat dinyatakan sebagai berikut.

“Jumlah garis-garis medan listrik yang menembus tegak lurus suatu permukaan tertutup (fluks listrik) sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagu dengan permitivitas udara ε₀”.

Potensial listrik didefinisikan sebagai perubahan  energi potensial per satuan muatan ketika sebuah muatan uji di pindahkan di antara dua titik. Secara umum, kita dapat mendefenisikan potensial listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan sumber q sebagai berikut.

Potensial listrik secara nyata merupakam potensial terhadap acuan nol. Ketika r bertambah besar, V akan bertambah kecil. Sehingga ketika r mendekati tak berhingga, V mendekati nol. Jadi, potensial listrik secara nyata adalah perubahan energi potensial per satuan muatan yang terjadi ketika sebuah muatan uji dipindahkan dari suatu titik yang tak berhingga jauhnya ke titik yang ditanyakan.

Untuk muatan uji q_A.

ΔV₁₂ adalah potensial akhir (V₂) dikurangi potensial awal (V₁) atau beda potensial saat jarak pisahnya dari titik 1 ke titik 2.

Berdasarkan persamaan tersebut, dapat didefinisikan potensial pada suatu titik yang berjarak r₂ dan r₁ dari muatan sumber q berturut – turut.

Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya konservatif berkaitan dengan perubahan energi potensial. Sebagai contoh, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada suatu benda bermassa mengubah energi potensial gravitasi benda bermassa tersebut. Demikian juga, usaha yang dilakukan oleh gaya listrik pada suatu muatan listrik mengubah energi potensial listrik muatan tersebut.

Gaya listrik merupakan gaya konservatif karenanya bentuk lintasan muatan tidak berpengaruh terhadap perubahan energi potensial listrik. Yang mempengaruhi nilai perubahan energi potensial listrik adalah posisi awal dan posisi akhir muatan. Muatan sumber positif q_B dan muatan uji yang akan kita pindahkan adalah muatan q_A. Gaya Coulomb yang dialami muatan uji q_A positif adalah berarag vertikal ke atas menjauhi pusat muatan sumber q_B.

Hitung usaha dari Gaya Coulomb muatan tersebut.

Jika integral di ruas paling kanan di selesaikan, hasilnya sebagai berikut.

Secara umum, energi potensial listrik (EP) yang dialami muatan uji q_A, yang berjarak r dari muatan sumber q_B (tanda muatan q_A dan q_B dimasukkan) adalah sebagai berikut.