Rumus Kuat Medan Listrik Pada Konduktor Berongga dan Keping Sejajar

3.9K

Hai Quipperian, tahukah kamu jika penggaris yang digosokkan ke rambut bisa menarik potongan kertas, lho. Kertas akan tertarik jika penggaris kamu dekatkan, ya. Jika posisi antara penggaris dan kertas terlalu jauh, maka kertas tidak akan tertarik.

Mengapa demikian? Hal itu karena adanya medan listrik di daerah penggaris. Semakin jauh jarak penggaris dan kertas, medan listriknya akan semakin kecil. Memangnya, apa yang dimaksud medan listrik itu? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!

Pengertian Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar muatan listrik yang masih mendapatkan pengaruh gaya listrik. Muatan yang menghasilkan medan listrik disebut sebagai muatan sumber.

Sementara muatan lain yang berada di daerah muatan sumber dan masih mendapatkan pengaruh gaya listrik disebut muatan uji. Setiap jenis muatan memiliki arah garis medan listrik yang berbeda.

Untuk muatan negatif, arah medan listriknya masuk. Sementara muatan positif, arah garis medan listriknya keluar. Perhatikan ilustrasi berikut.

Ilustrasi yang berwarna hijau menunjukkan arah medan listrik muatan negatif, di mana arah garis medan listriknya masuk ke dalam muatan. Sementara ilustrasi berwarna orange menunjukkan arah medan listrik muatan positif, di mana arah garis medan listriknya keluar muatan.

Itulah mengapa, jika muatan sejenis kamu dekatkan, akan terjadi gaya tolak menolak karena arah garis medan listrik kedua muatan sama.

Medan Listrik antara Muatan Sumber dan Muatan Uji

Saat muatan uji didekatkan pada muatan sumber, akan terjadi dua kemungkinan interaksi, yaitu interaksi tolak menolak atau tarik menarik. Perhatikan ilustrasi di bawah ini.

Ilustrasi di atas menggambarkan interaksi tarik menarik antara muatan sumber dan muatan uji karena jenis muatannya tidak sejenis. Lalu, bagaimana ilustrasi untuk muatan sejenis?

Sampai sini, Quipperian sudah paham kan mekanisme tarik menarik atau tolak menolak antar muatan?

Rumus Medan Listrik

Kuat lemahnya medan listrik bisa dinyatakan sebagai suatu besaran yang disebut kuat medan listrik. Besaran ini termasuk besaran vektor, sehingga arah harus diperhatikan. Kuat medan listrik dipengaruhi oleh nilai muatan sumber dan jaraknya terhadap muatan uji. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan Rumus

E = kuat medan listrik (N/C)

k = tetapan Coulomb yang nilainya 9 × 10⁹ Nm²/C²

Q =nilai muatan sumber (C)

r = jarak antara muatan sumber dan muatan uji (m)

Kuat Medan Listrik pada Konduktor Berongga

Konduktor berongga adalah suatu konduktor yang bagian dalamnya berisi udara atau tidak mengandung muatan. Perhatikan gambar konduktor berongga berikut ini.

Gambar di atas menunjukkan bahwa muatan hanya terdistribusi di bagian permukaan konduktor saja. Mengacu pada ketentuan tersebut, nilai kuat medan listrik pada bola konduktor berongga dibagi menjadi tiga kondisi seperti berikut.

Kuat Medan Listrik di dalam Konduktor

Kuat medan listrik di dalam konduktor (R < r) akan bernilai nol karena di dalam rongganya tidak terdapat muatan. Itu artinya, tidak terdapat muatan sumber.

Rumus : E (R

Kuat Medan Listrik di Permukaan Konduktor

Kuat medan listrik di permukaan konduktor berlaku jika R =r seperti berikut.

Rumus

Kuat Medan Listrik di Luar Bola Berongga

Kuat medan listrik di luar bola berongga berlaku jika R >r.

Rumus

Dengan

R = jarak antara permukaan konduktor titik di luar konduktor yang dimaksud.

Kuat Medan Listrik pada Keping Sejajar

Keping sejajar adalah dua keping yang memiliki perbedaan muatan. Keping sejajar ini telah dikembangkan menjadi komponen elektronik bernama kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan muatan. Secara matematis, kuat medan listrik antara keping sejajar dirumuskan sebagai berikut.

Rumus Kuat Medan Listrik pada Keping Sejajar

Keterangan Rumus

σ = rapat muatan (C/m2)

ε₀ = permitivitas ruang hampa yang nilainya (8,85 × 10^-12 C²/Nm²)

Oleh karena rapat muatan listrik σ = Q / A, maka persamaannya bisa diubah menjadi

Keterangan Rumus

Q = muatan listrik (C)

A = luas keping sejajar (m²)

Contoh Soal Medan Listrik

Untuk mengasah pemahamanmu, yuk simak contoh soal di bawah ini.

Contoh Soal Pertama

Suatu muatan uji diletakkan sejauh 40 cm dari muatan sumber. Jika nilai muatan sumber dan muatan ujinya berturut-turut adalah 3 μC dan 5 μC, tentukan kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji.

Diketahui

Q_S = 3 μC = 3 × 10^-6 C

Q_U = 5 μC = 5 × 10^-6 C

r = 40 cm = 0,4 m

Ditanya E =…?

Jawaban

Untuk mencari kuat medan listrik, gunakan persamaan berikut

Jadi, kuat medan listriknya adalah 0,169 N/C

Contoh Soal Kedua

Suatu bola konduktor berongga memiliki jari-jari 25 cm. Jika muatan di permukaan konduktor tersebut 15 μC, tentukan perbandingan kuat medan listrik di permukaan konduktor dan di titik berjarak 5 cm di luar konduktor!

Diketahui :

r = 25 cm

R = 5 + 25 = 30 cm (dari pusat bola)

Q = 15 μC = 15 × 10^-6 C

Ditanya: E_pemukaan : E_{di luar} =…?

Jawaban

Untuk menentukan perbandingannya, gunakan persamaan berikut.

Jadi, perbandingannya adalah 36 : 25.

Contoh Soal Ketiga

Suatu keping sejajar memiliki luas penampang 5 x 10^-4 m². Jika keping sejajar itu menyimpan muatan sebesar 1,2 μC, tentukan kuat medan listrik di antara keping tersebut!

Diketahui :

A = 5 x 10^-4 m²

Q = 1,2 μC = 1,2 × 10^-6 C

Ditanya: E =…?

Jawaban

Kuat medan listrik di antara keping sejajar tersebut dinyatakan sebagai berikut.

Jadi, kuat medan listrik di antara dua keping tersebut adalah 2,7 × 10⁸ N/C

Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, yuk buruan gabung Quipper Video. Salam Quipper!