MUATAN TITIK DAN MEDAN LISTRIK
Muatan titik
atau kadang-kadang disebut pula sebagai titik
muatan adalah sebuah obyek bermuatan listrik
yang berukuran cukup kecil dibandingkan dengan sesuatu sehingga dimensinya bisa
diabaikan. Dengan kata lain, titik muatan adalah suatu muatan hipotetis yang
terletak pada suatu titik tunggal dalam ruang. Elekton dalam hal ini, pada
berbagai penggunaan, dapat dianggap sebagai suatu titik muatan, yang ukurannya
diberikan oleh suatu skala ukuran panjang yang dikenal sebagai jari-jari atom.
Seringkali suatu obyek bermuatan yang berukuran cukup besar juga dapat dianggap
sebagai muatan titik (obyek memiliki simetri bola, misalnya) apabila dalam
pembahasannya hanya dititikberatkan pada perubahan-perubahan yang terkait
dengan titik pusat massanya, dan tidak pada perubahan orientasi atau posisi
bagian muatan darinya. Akan tetapi dengan mendefinisikan suatu sistem sebagai
titik muatan, energi dan momentum
total suatu sistem mekanik-elektromagnetik yang dianggap sebagai konsep kunci,
yang umumnya berlaku untuk sistem kontinu, tidak dapat diterapkan pada sistem
ini dikarenakan tensor elektromagnetik momentum-energi ortodoks medan
memberikan nilai energi diri tak hingga. Suatu modifikasi perlu dilakukan untuk
itu. Bila obyek bermassa akan selalu mengalami gaya gravitasi
dalam suatu medan gravitasi, maka obyek bermuatan juga akan
selalu mengalami gaya listrik dalam suatu medan listrik.
Pada suatu muatan titik yang bergerak dengan kecepatan tetap, medan listrik dan
magnetnya dapat langsung dihitung dengan atau tanpa menggunakan persamaan
relativistik.
Medan listrik adalah efek
yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik
memiliki satuan N/C atau dibaca Newton/coulomb. Medan listrik
umumnya dipelajari dalam bidang fisika dan bidang-bidang terkait, dan secara tak langsung
juga di bidang elektronika yang telah
memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat konduktor (kabel).
Muatan listrik dapat bernilai
negatif, nol (tidak terdapat muatan atau jumlah satuan muatan positif dan
negatif sama) dan negatif. Nilai muatan ini akan memengaruhi perhitungan medan
listrik dalam hal tandanya, yaitu positif atau negatif (atau nol). Apabila pada
setiap titik di sekitar sebuah (atau beberapa) muatan dihitung medan listriknya
dan digambarkan vektor-vektornya, akan terlihat garis-garis yang saling
berhubungan, yang disebut sebagai garis-garis medan listrik. Tanda muatan
menentukan apakah garis-garis medan listrik yang disebabkannya berasal darinya
atau menuju darinya. Telah ditentukan (berdasarkan gaya yang dialami oleh
muatan uji positif), bahwa
- muatan positif (+) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah dari padanya menuju keluar,
- muatan negatif ( - ) akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah menuju masuk padanya.
- muatan nol ( ) tidak menyebabkan adanya garis-garis medan listrik
Gambar Tanda Mutan Listrik.
Medan listrik dapat digambarkan
dengan garis-garis gaya listrik yang menjauh (keluar) dari muatan positif dan
masuk muatan negatif. Garis-garis digambar simetris, meninggalkan atau masuk ke
muatan. Jumlah garis yang masuk/meninggalkan muatan sebanding dengan besar
muatan. Kerapatan garis-garis pada sebuah titik sebanding dengan besar medan
listrik di titik itu. Gari-garis gaya itu, tidak ada yang berpotongan.
Garis-garis medan listrik di dekat tiap muatan hampir radial. Garis-garis medan
listrik yang sangat rapat di dekat setiap muatan menunjukkan medan listrik yang
kuat di sekitar daerah ini. Jika medan listrik di suatu titik itu disebabkan
oleh banyak muatan, maka kuat medan listrik E adalah merupakan jumlah vektor
medan oleh masing-masing muatan itu.
Garis gaya medan listrik bukanlah
besaran nyata melainkan suatu abstraksi atau angan–angan atau gambaran yang
menyatakan arah medan listrik di berbagai tempat di dalam ruang bermedan
listrik, yakni yang polanya menyatakan distribusi arah medan listrik .Arah medan
listrik setempat, yaitu pada arah garis gaya di tempat itu, sudah tentu
menyinggung garis gaya ditempat tersebut. Pada hakikatnya memang setiap titik
pasti dilalui suatu garis gaya, sehingga garis–garis gaya akan memenuhi seluruh
ruangan. Tetapi seandainya semua garis gaya kita gambarkan, maka sistem pola
garis dari gaya itu tidak akan tampak. Oleh sebab itu banyak garis gaya yang
dilukis harus dibatasi, misalnya sebanyak muatan yang memancarkannya; artinya,
banyak garis gaya yang digambarkan, yang memancar dari titik muatan listrik q
adalah juga sebanya q saja, agar pola sistem garis gaya itu tampak dan memiliki
makna, yang kecuali menyatakan distribusi arah medan listrik juga
memperlihatkan distribusi kuat medan listrik dimana yang bagian garis gayanya
rapat, medan listriknya juga rapat. Untuk medan listrik oleh titik muatan q,
menurut hukum coulomb, kuat medan listriknya berbanding terbalik dengan kuadrat
jaraknya. Tetapi dengan melukis sebanyak q garis gaya yang memancarkan radial
merata dari titik muatan q, suatu permukaan bola berjari–jari r yang berpusat
di q akan ditembus tegak lurus leh flux garis gaya
yang sebanyak q, yakni
sama dengan q, sehingga rapat garis gaya yang
didefinisikan sebagai banyaknya garis gaya yang menembus suatu satuan luas permukaan
tegak lurus pada permukaan bola itu diberikan oleh:
dengan
D yang disebut induksi elektrik. Jadi induksi elektrik setempat diberikan oleh
rapat flux garis gaya medan listrik ditempat itu yaitu :
Yang
berarti kuat medan listrik setempat sebanding dengan rapat flux garis gaya
medan listrik ditempat itu. Dengan definisi serta pengertian garis gaya medan
listrik seperti yang diutarakan di atas, maka garis gaya tersebut memiliki
sifat–sifat sebagai berikut :
a.
Tidak berpotongan satu sama lain, sebab arah medan listrik setempat adalah
pasti.
b. Kontinyu, sebab medan listrik ada di setiap
titik di dalam ruang.
c.
Seolah–olah ditolak oleh muatan positif dan sebaliknya ditarik oleh muatan
negatif.
d.
Dipotong tegak lurus oleh bidang–bidang equipotensialsebab usaha yang dilakukan
satu satuan muatan listrik dari sutu titik ketitik lain di bidang equipotensial
adalah nol karena tidak ada perubahan tenaga potensial, yang harus berarti arah
gaya medannya, yaitu arah garis gaya medannya, selalu tegak lurus bidang
equipotensial tersebut .
SUMBER :
Tidak ada komentar:
Posting Komentar