Sekilas tentang “Potensial Listrik”

Sebelum mempelajari hal ini, sangat penting sekali bagi kita untuk mengingat kembali tentang konsep energi. Terutama energi potensial.

Masih ingat besaran apa yang terkait dengan energi potensial gravitasi? Mereka adalah massa benda, percepatan gravitasi, dan ketinggian benda dari suatu titik acuan. Persamaan matematisnya:

dengan Ep adalah energi potensial (J), m adalah massa benda (kg) dan h adalah ketinggian (m).

Selain energi potensial, perlu juga kita mengingat lagi tentang gaya gravitasi. Ketika kedua benda yang memiliki massa yaitu m1 dan m2 dan mereka terpisah oleh suatu jarak maka sesungguhnya antara dua benda tersebut mengalami gaya tarik menarik, yaitu gaya gravitasi yang besarnya:

dengan F = gaya gravitasi (N)

G = konstanta = 6,67 × 10−11 N m2 kg−2.

m1 = massa benda 1 (kg)

m2 = massa benda 2 (kg)

r = jarak antara kedua benda (m)

Sudah ingat kan ya? Mari kita bandingkan dengan gaya Coulomb


dengan

F = gaya Coulomb (N)

q1, q2 = muatan setiap partikel (C)

r = jarak antara kedua muatan (m)

Ada kemiripan kan antara gaya gravitasi dan gaya Coulomb? keduanya sama-sama merupakan gaya interaksi antara 2 materi dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antaranya.

Bedanya, pada gaya gravitasi, dipengaruhi oleh massa kedua materi, sedangkan pada gaya Coulomb dipengaruhi oleh besarnya muatan. Gaya gravitasi sangat kecil bila dibandingkan dengan gaya Coulomb. Hal ini dapat dilihat dari konstanta yang terlibat. Pada gaya gravitasi konstanta G orde nya 10−11  sedangkan pada k orde nya 109 .

Karena kemiripannya tadi, Sekarang, kita akan menganalogikan Energi potensial listrik dengan energi potensial listrik

Coba deh perhatikan gambar yang sebelah kiri, Gaya yang bekerja adalah gaya gravitasi  dipengaruhi oleh medan gravitasi yang terjadi antara benda bermassa m dan bumi. Karena massa bumi jauh lebih besar daripada benda m, maka benda m akan tertarik menuju ke bumi. Perubahan ketinggian atau jarak antara bumi dan benda m adalah Δl. Saat berpindahnya posisi m maka terjadi perubahan energi potensial. Jika jaraknya semakin mendekat ke bumi maka energi potensialnya berkurang.

Nah, begitu juga pada gambar yang sebelah kanan. Gaya yang bekerja adalah gaya Coulomb dipengaruhi oleh medan listrik yang terjadi antara muatan positif dan muatan negatif. Medan listrik selalu keluar gari muatan positif dan menuju muatan negatif. Perubahan jarak juga mempengaruhi besarnya energi potensial listrik. Jika jaraknya semakin mendekat ke kutub negatif maka energi potensial listriknya akan berkurang.

Dengan menganalogikan dengan energi potensial gravitasi bumi ternyata mempermudah kita dalam memahami energi potensial listrik. Dari gambar di atas kita juga dapat mengamati bahwa garis-garis medan listrik menunjuk dalam arah potensial listrik yang lebih kecil.

Energi potensial listrik akan timbul jika sebuah muatan uji q’ didekatkan pada sebuah muatan q. Besarnya Energi potensial yang timbul pada muatan q’ sebanding dengan usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb Fc

Secara matematis dapat dituliskan perubahan energi potensial dari keadaan (1) ke keaaan (2) sebagai berikut:
Dengan F = gaya Coulomb (N)
dr = Δr = perpinahan muatan (m)
Perubahan Ep yang terjadi sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya Coulomb F untuk perpindahan Δr dan dapat dinyatakan dengan persamaan:

Dengan:

ΔEp  = perubahan energi potensial listrik antara kedudukan akhir (2) dan kedudukan awal (1)
W12   = usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan q’ dari kedudukan (1) ke kedudukan (2)
k   = konstanta Coulomb = 9.109 Nm2C-2
q’  = muatan uji (C)
q   = muatan sumber (C)
r2  = jarak antara muatan uji q’ dan muatan sumber q pada kedudukan akhir (2)
r1  = jarak antara muatan uji q’ dan muatan sumber q pada kedudukan awal (1)
jadi, Usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan uji q’ sama dengan perubahan energi potensial muatan tersebut, yaitu selisih antara energi potensial akhir (2) dan energi potensial awal (1)
Potensial listrik oleh Sebuah Muatan Titik
Potensial listrik: energi potensial listrik per satuan muatan
Beda potensial listrik antara (a) dan (b) adalah

Secara umum, potensial sebuah titik berjarak r dari muatan q adalah

Tanda muatan q harus disertakan.
Jika q positif, akan menimbulkan V bernilai positif
Jika q negatif, akan menimbulkan V bernilai negatif
Untuk r yang bertambah besar, V semakin kecil
Jika nilai r mendekati tak hingga, V mendekati nol
Jadi, acuan potensial nol adalah jarak tak hingga
Sehingga dapat didefinisikan:

Potensial listrik di suatu titik pada medan listrik adalah besarnya usaha yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan muatan listrik dari tak hingga ke titik tersebut


Potensial listrik oleh Beberapa Muatan Titik

Potensial listrik adalah besaran skalar  Potensial listrik total di suatu titik akibat beberapa muatan lainnya merupakan penjumlahan aljabar biasa dari potensial listrik setiap muatan tersebut
Secara matematis dituliskan:


Potensial listrik pada Bola Konduktor Berongga

Kuat medan listrik E di dalam bola sama dengan nol.  Proses pemindahan sebuah muatan q dari dalam bola (titik A) ke permukaan bola (titik B) terjadi perpindahan kecil:

Oleh karena kuat medan listrik di dalam bola sama dengan nol (E=0), maka sepanjang perpindahan dari A ke B, .  Sesuai dengan definisi beda potensial: .  Hal ini berarti potensial di dalam bola adalah konstan, atau potensial dalam bola berongga sama dengan potensial di permukaannya. Oleh karena potensial di seluruh ruang dalam bola konduktor berongga sama, dapat dikatakan bahwa bidang di dalam bola adalah bidang ekuipotensial. Bidang ekuipotensial adalah bidang yang setiap titik pada bidang tersebut memiliki potensial listrik yang sama

Gambar di samping adalah grafik potensial listrik terhadap r, yaitu jarak titik terhadap pusat bola dan R adalah jari-jari bola.

2 thoughts on “Sekilas tentang “Potensial Listrik”

  1. Dimas Wahyu Setiaji mengatakan:

    thanks yah , nice share ^_^

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s