Pengertian Energi Potensial Listrik, Rumus, Teladan Soal, Bola Konduktor Bermuatan, Keping Sejajar, Jawaban, Fisika
Pengertian Energi Potensial Listrik, Rumus, Contoh Soal, Bola Konduktor Bermuatan, Keping Sejajar, Jawaban, Fisika.
1. Energi Potensial Listrik
Pada Gambar 1. menawarkan sebuah muatan listrik +q' di dalam medan listrik homogen yang ditimbulkan oleh muatan listrik +q, dipindahkan dari titik a ke b dengan lintasan Δs.
Untuk memindahkan muatan dari titik a ke b dibutuhkan perjuangan (W ). Usaha yang dibutuhkan oleh muatan untuk berpindah sepanjang Δs yakni ΔW . Apabila posisi a adalah ra dan posisi b yakni rb, besar perjuangan yang dilakukan sanggup dirumuskan sebagai berikut:
 |
| Gambar 1. Muatan q' dipindahkan di dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan q. |
Fa adalah (gaya elektrostatis pada titik a)
Fb adalah (gaya elektrostatis pada titik b)
Untuk Δs yang kecil ( Δs mendekati nol) lintasan perpindahan muatan +q' sanggup dianggap lurus, dan gaya elektrostatis rata-rata selama muatan +q' dipindahkan sanggup dinyatakan:
Untuk memindahkan muatan q' dari a ke b tanpa kecepatan, dibutuhkan gaya F yang besarnya sama dengan Fc, tetapi arahnya berlawanan.
Jadi,
Apabila arah gaya F terhadap arah perpindahan muatan +q' bersudut α , maka perjuangan perpindahan muatan +q' dari a ke b adalah:
ΔW = F . Δs .cos α
ΔW = -Fc. Δs .cos α ............................................ (1)
Usaha pemindahan muatan +q' dari a ke b sama dengan beda energi potensial listrik di titik a dan b.
ΔEp = ΔW
ΔEp = -Fc cos α .................................................... (2)
persamaan di atas, besar perjuangan untuk memindahkan suatu muatan dari titik a ke titik b sanggup ditentukan dengan persamaan berikut ini.
Berdasarkan persamaan (3) diketahui bahwa perjuangan tidak bergantung pada panjang lintasan yang ditempuh, tetapi hanya bergantung pada kedudukan awal dan simpulan saja. Medan gaya yang demikian dinamakan medan gaya konservatif.
Jika muatan +q' semula pada jarak tak terhingga (∼), besar energi potensialnya yakni nol. Dengan demikian, apabila muatan +q' dipindahkan dari daerah yang jauh tak terhingga ke suatu titik b, besar usahanya yakni sebagai berikut:
Jadi, untuk sembarang titik, besar energi potensialnya dirumuskan:
dengan:
Ep = energi potensial listrik (J)
r = jarak antara +q dan -q (m)
q,q' = muatan listrik (C)
k = konstanta pembanding (9 × 109 Nm2/C2) Contoh Soal 1 :
Sebuah muatan listrik dipindahkan dalam medan listrik homogen dengan gaya sebesar 
sejauh 20 cm. Jika arah gaya bersudut 30o terhadap perpindahan muatan listrik, berapa beda potensial listrik daerah kedudukan awal dan simpulan muatan listrik tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
F =
Δs = 20 cm = 2 × 10-1 m
α = 30o Ditanya: ΔEp = ... ?
Pembahasan :
Contoh Soal 2 :
Titik P, Q, dan R terletak pada satu garis dengan PQ = 2 m dan QR = 3 m. Pada masing-masing titik terdapat muatan 2 μC, 3 μC, dan -5 μC. Tentukan besarnya energi potensial muatan di Q!
Penyelesaian:
Diketahui:
PQ = 2 m
QR = 3 m
qP = 2 μC = 2 × 10-6 C
qQ = 3 μC = 3 × 10-6 C
qR = -5 μC = -5 × 10-6 C Ditanya: EpQ = ...?
Pembahasan :
Ep di Q = Ep1 + Ep2 (karena besaran skalar)
EpQ = (27 × 10-3) + (45 × 10-3) = 72 × 10-3 J = 7,2 × 10-2 J Potensial listrik yaitu energi potensial tiap satu satuan muatan positif.
Potensial listrik termasuk besaran skalar, dan secara matematis sanggup dirumuskan:
 |
| Gambar 2. Potensial listrik bergantung pada muatan q1, q2, dan q3.. |
V = Ep / q .......................................................... (6)
Beda potensial (tegangan) antara dua titik yang berada di dalam medan listrik homogen, yaitu:
Beda potensial kadang kala ditulis dengan persamaan ΔV = V1 – V2, untuk selanjutnya hanya ditulis V saja. Sesuai dengan batasan di atas, potensial listrik suatu titik sejauh r dari muatan q besarnya sanggup dinyatakan sebagai berikut:
dengan:
V = potensial listrik (volt)
q = muatan listrik (coulomb)
r = jarak (meter)
Jika terdiri atas beberapa muatan sumber, besarnya potensial listrik yakni jumlah aljabar biasa dari masing-masing potensial. Misalnya, kumpulan muatan sumber adalah q1, q2, dan q3, maka potensial listrik pada titik P adalah:
dengan r1 yakni jarak antara q1 ke P, r2 yakni jarak q2 ke P, dan r3 yakni jarak q3 ke P. Potensial listrik merupakan besaran skalar, sehingga dalam memasukkan tanda positif atau negatif pada muatan harus dengan benar.
Contoh Soal 3 :
Bola kecil bermuatan +2 μC , -2 μC , 3 μC , dan -6 μC diletakkan di titik-titik sudut sebuah persegi yang memiliki panjang diagonal 0,2 m. Hitung potensial listrik di titik sentra persegi!
Penyelesaian:
Diketahui:
q1 = +2 μC = 2 × 10-6 C
q2 = -2 μC = -2 × 10-6 C q3= 3 μC = 3 × 10-6 C
q4 = -6 μC = -6 × 10-6 C
Panjang diagonal = 2 × 10-1 m, sehingga jarak tiap-tiap muatan dari titik pusat
r1 = r2 = r3 = r4 = ½ (2×10-1)
r = 10-1 m
Pembahasan :
3. Potensial Listrik oleh Bola Konduktor Bermuatan
Potensial listrik di sekitar atau di dalam bola konduktor bermuatan sanggup ditentukan dengan cara menganggap muatan bola berada di sentra bola.
Selanjutnya, potensial listrik di titik-titik pada suatu bola bermuatan, menyerupai diperlihatkan pada gambar di samping sanggup ditentukan melalui persamaan (8), yaitu:
 |
| Gambar 3. Potensial listrik pada bola konduktor bermuatan. |
Dari persamaan-persamaan di atas sanggup disimpulkan bahwa potensial listrik di dalam bola sama dengan di permukaan bola, sehingga:
4. Potensial Listrik pada Keping Sejajar
Dua keping sejajar seluas A terpisah dengan jarak d masing-masing diberi muatan +q dan -q.
Rapat muatan listrik σ didefinisikan sebagai muatan listrik per satuan luas.
 |
| Gambar 4. Potensial listrik pada keping sejajar. |
σ = q / A
Potensial listrik:
- di antara dua keping
V = E.r .............................................................. (12)
- di luar keping
V = E.d .............................................................. (13)
Anda kini sudah mengetahui Gelombang. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.