Medan Listrik

Medan Listrik, Fluks Medan Listrik, Hukum Gaus, Dipol Listrik di ruang bermedan Listrik  

MateriBelajar.Co.id

Pengertian Medan Listrik

Medan listrik, adalah efek yang ditimbulkan oleh adanya muatan listrik, seperti elektron, ion atau proton dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C (dibaca Newton/Coulomb).

Medan listrik sering kali dipelajari dalam bidang fisika dan bidang terkait dan secara tidak langsung juga di bidang Elektronika yang telah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat Konduktor (kabel).

Sedangkan pengertian yang lain, medan listrik adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik, di mana jika suatu benda bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut akan mendapat gaya listrik (Gaya Coulomb).

Medan listrik ini juga termasuk medan Vektor, sehingga untuk menyatakan arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami oleh muatan positif jika berada dalam sembarang tempat di dalam medan tersebut.

Adapun arah medan listrik yang ditimbulkan benda bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan listrik yang ditimbulkan benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda.

Untuk menggambarkan medan listrik digunakan garis-garis gaya listrik, yaitu garis lengkung yang dibayangkan sebagai intasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik Dan Garis gaya listrik tidak mungkin berpotongan, Karena garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif. Gambar berikut ini menggambarkan garis-garis gaya listrik di sekitar benda bermuatan listrik.

MateriBelajar.Co.id

Kuat Medan Listrik

Kuat medan listrik yang berada di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di titik tersebut. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Kuat medan listrik ini karena dipengaruhi oleh besarnya muatan sumber dan jarak benda (muatan yang diuji).

Lalu, Kuat medan listrik di rumuskan sebagai besarnya gaya Coulomb untuk setiap satuan muatan. Secara matematis rumus medan listrik yaitu:

Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (F)
q = muatan uji (C)

Dari arah kuat medan listrik yang dialami muatan uji bergantung pada jenis muatan uji dan muatan sumber. Jika positif dan negatif bertemu maka akan tarik menarik namun jika jenis muatannya sama akan tolak menolak. Berikut ilustrasi selengkapnya:

MateriBelajar.Co.id

Rumus Medan Listrik

Apabila Diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dengan muatan uji q adalah:

Maka rumus medan listrik menjadi:

Maka rumus medan listrik menjadi:

Keterangan
E = kuat mendan litrik (N/C)
Q = muatan sumber (C)
r = . Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)

FLUKS LISTRIK DAN HUKUM GAUSS

·        Fluks Listrik

Fluks Listrik didefinisikan sebagai perkalian medan listrik (E) dengan luasan yang dilaluinya (A) : 

Φ = E . A

dengan:

Φ = fluks listrik (N m²/C)

E = medan listrik

A = luasan (m²)

Apabila garis-garis medan listrik yang menembus suatu bidang memiliki sudut maka rumus fluks listriknya adalah sebagai berikut :

kita dapat menggeneralisasi definisi fluks ini terhadap permukaan lengkung yang medan listriknya dapat memiliki besar serta arah yang berubah-ubah dengan membagi permukaan tersebut menjadi sejumlah besar elemen yang sangat kecil. Jika ukurannya cukup kecil, maka masing-masing elemen tersebut dapat dianggap sebagai bidang, variasi nilai medan listrik antara elemen-elemen tersebut dapat diabaikan.

Misal ń_i adalah vektor satuan yang tegak lurus terhadap elemen ke- i dan ∆Ai adalah luasnya. Fluks untuk medan listrik yang melewati elemen ini adalah:

∆Φ_i = E . ń_i ΔA_i

fluks total yang melewati permukaan ini adalah jumlah dari ∆Φ_i terhadap senua elemen tersebut. Dalam bentuk limitnya begitu jumlah eemen ini mendekati tak hingga dan luas setiap elemennya mendekati nol, maka jumlah ini akan menjadi sebuah integral.

Definisi umum fluks listrik ini dengan demikian akan menjadi:

_Φ = lim ∑ E .ńΔA_i = ⌡ E . ń dA

_ΔAi→0

Fluks berkaitan dengan besaran medan yang “menembus” dalam arah yang tegak lurus suatu permukaan tertentu. Fluks listrik menyatakan medan listrik yang menembus dalam arah tegak lurus suatu permukaan. Ilustrasinya akan lebih mudah dengan menggunakan deskripsi visual untuk medan listrik (yaitu penggambaran medan listrik sebagai garis-garis). Dengan penggambaran medan seperti itu (garis), maka fluks listrik dapat digambarkan sebagai banyaknya “garis” medan yang menembus suatu permukaan. Perhatikan gambar di bawah:

Fluks Listrik yang menembus suatu permukaan

·        Hukum Gauss

Hukum Gauss adalah hukum yang menentukan besarnya sebuah fluks listrik yang melalui sebuah bidang. Hukum Gauss 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.

Hukum ini dirumuskan oleh Carl Friedrich Gauss (1777-1855). Beliau adalah salah seorang matematikawan terbesar sepanjang masa. Banyak bidang hukum matematika yang dipengaruhinya dan dia membuat kontribusi yang sama pentingnya untuk fisika teoritis.

Hukum Gauss berbunyi "bahwa fluks listrik total yang melalui sembarang permukaan tertutup (sebuah permukaan yang mencakup volume tertentu) sebanding dengan muatan lisfiik (netto) total di dalam permukaan itu" atau juga "Jumlah garis medan yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut" dan di rumuskan sebagai berikut:

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung medan listrik dari sistem yang mempunyai kesimetrian yang tinggi (misalnya simetri bola, silinder, atau kotak). Untuk menggunakan hukum gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup (permukaan gauss). Bentuk permukaan tertutup tersebut dapat sembarang

 Hukum Gauss ini didasarkan pada konsep garis-garis medan listrik yang mempunyai arah atau anak panah seperti pada gambar di bawah :

  Gambar garis-garis medan listrik di sekitar muatan positif

Medan Listrik oleh Sebuah Dipol Listrik

Dua buah muatan yang besarnya sama dan berlawanan tandanya, � q, terpisah pada jarak a, akan membentuk sebuah dipol listrik. Momen dipol listrik p mempunyai besar � aq dan menunjuk dari muatan negatif ke muatan positif.

Gambar 4.1.15

Berapakah medan E yang ditimbulkan oleh muatan-muatan ini pada titik P sejarak r sepanjang garis pembagi tegak lurus dari garis yang menghubungkan muatan-muatan tersebut ? Anggaplah r >> a.

Dengan menggunakan persamaan 4.1.4, maka diperoleh :
E = E₁ + E₂
Dengan E₁ = E₂ =
Jumlah vektor dari E₁ dan E₂ mengarah secara vertikal ke bawah dan mempunyai besar :

E = 2E₁cos ?

Sumber Refereensi

https://materibelajar.co.id/listrik-dinamis/

http://siskamahabbahislam.blogspot.com/2014/03/fliks-listrik-dan-hukum-gauss.html

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=136:gerak-partikel-bermuatan-di-dalam-medan-listrik&catid=14:listrik-statis&Itemid=193