potensial

Potensial Listrik

1 Beda Potensial Listrik

Bila gaya eksternal melakukan usaha Wab dalam memindahkan mu-

atan uji q0 dari titik A ke titik B dalam medan listrik, maka beda poten-

sial listrik antara kedua titik ini dapat dihitung dengan rumus

Vb − Vb = Wab

q0

Wab (dan juga VB - VA) nilainya tidak tergantung pada lintasan yang

diambil; lihat Gambar 26-1.

2 Potensial Listrik V; Volt

Titik A di atas sering dianggap sebagai titik acuan universal, yang ter-

letak di tak hingga, dan VA diberi nilai sebarang nol. Titik B karenanya

merupakan titik medan umum, yang potensial listriknya adalah VB

(atau V saja; lihat pers. 26-2). Satuan SI untuk potensial listrik adalah

volt, yang didefinisikan sebagai 1 joule/coulomb.

3 Permukaan Ekuipotensial

Permukaan ekuipotensial merupakan tempat kedudukan titik-titik yang

dengan potensial listrik yang sama. Usaha yang dilakukan untuk me-

mindahkan muatan dari satu permukaan ekuipotensial ke yang lain

tidak tergantung pada letak titik awal dan akhir pada permukaan ini

1atau pada sifat lintasan yang menghubungkannya; lihat Gambar 26-2.

Garis-garis gaya yang berhubungan dengan medan listrik selalu tegak

lurus dengan keluarga permukaan ekuipotensial ini; lihat Gambar 26-

15.

4 Menghitung V dari E

Bila medan listrik E diketahui di semua area tertentu, beda potensial

antara dua sebarang titik dalam area itu dihitung dengan

VB − VA = −

Z B

A

E . dl (2)

Di sini integral garis dilakukan sepanjang sebarang lintasan yang meng-

hubungkan A dan B. Penerapan persamaan ini dapat dilihat di contoh

1 dan 2.

5 Menghitung E dari V

Sebaliknya, bila potensial V (x, y, z) diketahui di semua daerah tertentu,

komponen Edapat ditemukan dengan pendiferensialan, atau

Ex = −∂V

∂x

, Ey = −∂V

∂z

, Ez = −∂V

∂z

(3)

Persamaan 2 dan 3 merupakan relasi timbal balik yang menghubung-

kan E dan V.

6 Potensial akibat muatan titik atau distribusi

muatan

Bila titik A dalam pers. 2 dipilih berada di tak hingga dan bila kita

menentukan VA = 0, potensial akibat satu muatan titik dapat dihitung

(dari pers. 2 dan pers. 24-4) dengan

V (= VB) = 1

4π²0

q

r

. (4)

Untuk distribusi muatan kontinyu ini dapat diperluas menjadi

2V = 1

4π²0

Z

dq

r

(5)

dengan integral dikerjakan pada seluruh muatan. Lihat Contoh 3, 4,

5, dan 6.

7 Dipol Listrik

Dua muatan sama besar tapi berlawanan ±q yang terpisah sejauh 2a

akan membentuk dipol listrik. Momen dipolnya p menunjuk dari mu-

atan negatif ke positif dan mempunyai besar 2qa. Potensial akibat dipol

adalah

V (r, θ) = 1

4π²0

p cos θ

r2 (untuk r À 2a) (6)

dengan r dan θ didefinisikan dari Gambar 26-9. Banyak molekul mem-

punyai momen dipol intrinsik (Gambar 26-11). SEperti diperlihatkan

Gambar 26-12, momen dipol dapat juga diimbaskan dari medan listrik

eksternal.

8 Energi potensial listrik

Energi potensial listrik dari sistem muatan titik didefinisikan sebagai

usaha yang diperlukan untuk merakit sistem itu, mulai dari muatan

diam dan berada di tak hingga satu sama lain. Untuk dua muatan,

energi dihitung dengan rumus

U(= W) = 1

4π²0

q1q2

r

. (7)

Pemakaian rumus lihat Contoh 7 dan 8.

9 Konduktor Bermuatan dan Generator Elek-

trostatis

Dari Pasal 25-6 diperlihatkan bahwa kelebihan muatan yang ditem-

patkan pada konduktor (bila sudah ekuilbrium) akan berada diper-

mukaan luarnya. Dengan kata lain kita katakan bahwa dalam pendis-

tribusian muatan, muatan itu menjadikan seluruh konduktor, terma-

suk kedua permukaan dan titik-titik di dalamnya, menuju ke potensial

3yang uniform. Gambar 26-17 menunjukkan V (r)–dan juga E(r)– un-

tuk bola penghantar bermuatan atau kulit sferis. Pemikiran seperti

ini bisa untuk menjelaskan cara kerja generator elektrosatis. Contoh

10 dan Gambar 26-18 menunjukkan prinsip kerjanya. Jelas bahwa

bila antara dua konduktor dihubungkan dalam gambar itu, muatan q

pada bola dalam seluruhnya akan berpindah ke kulit luar, tak peduli

berapapun jumlah muatan yang sudah ada di luar.

c ° 2001 Nurkhamid http://www.nurid.net paknurid@nurid.net