Medan Listrik

Medan listrik: Hampir sama seperti besaran Hukum Coulomb yang membahas mengenai gaya electrostatic, medan listrik merupakan salah satu konsep dalam listrik statis yang merupakan vektor. Ini berarti selain mempunyai nilai juga mempunyai arah. Definisi medan listrik adalah gaya Coulomb permuatan satuan uji yang dirasakan di suatu titik. Medan listrik dipengaruhi oleh muatan sumber. Sedangkan arah medan listrik ini mempunyai arah radial keluar kesegala arah kalau muatan sumbernya positif dan mempunyai arah radial menuju muatan ketika muatannya negatif. Tidak melihat muatan sumber konduktor ataupun isolator, asalkan materi tersebut memiliki muatan akan muncul medan listrik (Electric Field). Besar medan listrik dalam bentuk persamaan matematika dituliskan sebagia berikut:

Dalam persamaan di atas, q adalah muatan uji dan Q adalah muatan sumber, serta r adalah jarak dari muatan sumber ke titik yang mengalami medan listrik. 

Partikel Bermuatan dalam Medan Listrik: Pengaruh medan listrik homogen  dalam suatu ruangan pada partikel bermuatan sangat dipengaruhi oleh jenis muatan itu sendiri. Dari definisi medan listrik di atas, muatan akan mengalami gaya Coulomb ketika berada dalam medan listrik. Jika muatan negatif dalam keadaan diam berada dalam medan listrik, muatan ini akan ditarik oleh gaya Coulomb melawan arah medan listrik. Hal sebaliknya akan terjadi pada muatan listrik positif.

Gambar di atas menunjukkan dua muatan yang merasakan gaya yang berbeda dikarenakan keduanya memiliki jenis muatan yang berbeda. Medan listrik mengerahkan gaya dengan arah yang berbeda pada muatan-muatan tersebut.

Dipol Listrik: Sebuah dipol listrik adalah sepasang muatan titik yang besarnya sama, berlawanan jenis dan terpisah pada jarak tertentu. Sebuah molekul air, dalam banyak hal berprilaku sebagai sebuah dipol listrik. Molekul air secara keseluruhan adalah netral dan digambarkan seperti model di bawah ini.

Gambar di atas memperlihatkan model sebuah molekul air. Ikatan kimia dalam molekul tersebut menyebabkan pergeseran muatan. Hasilnya adalah sebuah muatan negatif pada ujung oksigen dan sebuah muatan positif pada ujung hidrogen yang membentuk sebuah dipol listrik. Efek itu ekuivalen dengan dengan pergesearan satu elektron 0.4 A tetapi konsekuensi pergeseran ini sangat besar. Sebagai contoh, air adalah sebuah pelarut istimewa untuk zat ionik seperti garam dapur. Ketika garam dapur dilarutkan dalam air, garam akan terurai menjadi ion negatif Cl dan ion postif Na yang cenderung ditarik ke ujung postif dan negatif air, kejadian tersebut mempertahankan ion-ion itu tetap berada dalam larutan. Seandainya sebuah molekul air bukan dipol listrik, air akan menjadi pelarut yang kurang baik. Hal ini hampir sama terjadi dengan semua reaksi biokimia yang terjadi dalam semua kehidupan dibumi.

Kaji-1: Sebuah muatan sumber + 4 mC berada dalam suatu ruangan. Tentukanlah besar medan listrik akibat muatan sumber tersebut pada jarak 2 cm dan 4 cm dari muatan tersebut!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Besar medan listrik pada jarak 2 cm dan 4 cm dari muatan sumber adalah




Arah kedua medan listrik tersebut radial menjauhi muatan sumber.

Latih-1: Sebuah muatan sumber + 4 mC berada dalam suatu ruangan. Tentukanlah besar medan listrik akibat muatan sumber tersebut pada jarak 2 cm dan 4 cm dari muatan tersebut!

Kaji-2: Sebuah partikel uji yang mempunyai muatan 6 mikro Coulomb berada dalam sebuah ruangan yang memiliki medan listrik 200 N/C. Jika massa partikel tersebut adalah 4.10 pangkat -27 kg, tentukanlah jarak yang ditempuh partikel selama 2 detik!

Jawab:
Besaran yang diketahui.


Percepatan partikel akibat gaya Coulomb dapat dihitung menggunakan hukum II Newton.


Jarak partikel saat t =2s dari posisi awal dapat dihitung dengan GLBB.


Jarak yang luar biasa jauh, cek kecepatan benda pada saat yang sama (apakah melebihi laju cahaya?) Jika melebihi laju cahaya, sebuah soal yang berada diluar nalar.

Latih-2: Sebuah partikel uji yang mempunyai muatan 12 piko Coulomb berada dalam sebuah ruangan yang memiliki medan listrik 20 N/C. Jika massa partikel tersebut adalah 4.10 pangkat -27 kg, tentukanlah jarak yang ditempuh partikel selama 4 detik!