Listrik Statis: Medan Listrik

          Pada tulisan sebelumnya, penulis telah membahas tentang gaya listrik (gaya Coulomb). Jika kita perhatikan, gaya Coulomb mirip dengan gaya gravitasi, yang disebabkan oleh medan gravitasi. Bedanya, sumber medan gravitasi adalah massa sedangkan sumber medan listrik adalah muatan. Oleh karena itu, medan listrik didefinisikan sebagai ruang di sekitar suatu muatan listrik sumber di mana muatan listrik lainnya dalam ruang akan mengalami gaya Coulomb atau gaya listrik (tarik atau tolak).

sumber gambar: MateriBelajar.co.id

          Benda bermatan yang menghasilkan medan listrik dibamakan muatan sumber. Muatan lain yang ditaruh dalam pengaruh medan listrik muatan sumber disebut muatan uji. Jika muatan uji berbeda jenis dengan muatan sumber, maka muatan sumber akan menarik muatan uji. Sebaliknya, jika muatan uji sama jenis dengan muatan sumber, maka muatan sumber akan menolak muatan uji.

 

https://rumusrumus.com/wp-content/uploads/2018/08/medan-listrik.jpg

Kuat medan listrik pada lokasi di mana muatan uji berada didefinisikan sebagai besar gaya Coulomb (gaya listrik) yang bekerja pada muatan uji itu dibagi dengan besar muatan uji. Sehingga rumus kuat medan listrik adalah

sumber gambar: blog.ub.ac.id
dengan
E = kuat medan listrik (NC-1)
F = gaya listrik yang bekerja pada q (N)
q = muatan uji (C)
k = 9 x 102 Nm2C-2
Rumus di atas dapat diturunkan menjadi seperti di bawah ini. 

https://rumushitung.com/wp-content/uploads/2014/06/rumus-2.png

Sehingga rumus kuat medan listrik yang baru adalah

https://tienkartina.files.wordpress.com/2010/10/rumus-kuat-medan-listrik-1.jpg
dengan
Q = muatan sumber (C) 
r = jarak kedua muatan (m) 

Medan Listrik Nol
Medan listrik nol berarti medan listrik yang terjadi pada dua buah muatan listrik sama besar sehingga resultan gaya medan listrik yang bekerja pada kedua muatan sama dengan nol.
Dua muatan sama tanda 
Jika terdapat muatan (+) dengan (+) atau muatan (−) dengan (−), maka daerah medan listrik nol berada di antara kedua muatan. Daerah medan listrik nol lebih dekat ke muatan yang memiliki nilai lebih kecil.

Dua muatan beda tanda
Jika terdapat muatan (+) dengan muatan (−) atau muatan (−) dengan (+), daerah nol akan di kiri A atau di kanan B, seperti tadi, akan dekat ke muatan yang nilainya lebih kecil (tanpa melihat plus minusnya).

sumber gambar: fisikastudycenter.com

Rumus kuat medan listrik nol adalah

Ea = Eb

Contoh soal:

1. Bola bermassa 1 gram dan bermuatan 10-6 C, dilepaskan pada ketinggian 20 m di atas permukaan        Bumi dalam medan listrik seragam E = 3 x 104 N/C yang berarah ke atas. Anggaplah percepatan          gravitasi 10m/s2. Setelah bergerak sejauh 10 m dari keadaan diam, bola tersebut akan bergerak              dengan kecepatan....m/s
    Dik: E = 3 x 104 N/C
           m = 10-3 
           q = 10-6 C
           g = 10 m/s2
           s = 10 m
    Dit: v = ?
    Jawaban:
    (1) Gaya berat w = mg berarah vertikal ke bawah.
    (2) Gaya Coulomb pada bola bermuatan q akibat medan listrik E, yaitu F = qE, berarah ke atas                      searah dengan E karena q > 0.
     
     ∑F = ma
      +Fq - mg = ma
      qE - mg = ma
     (10-6)(3 x 104) - (10-3)(10) = 10-3a
     (3 x 10-2) - (10-2) = 10-3a
      2 x 10-2 = 10-3a
      a = 2 x 101 = 20 m/s2
      v2 = v02+ 2as
      v2 = 0 + 2(20)(10) = 400
      v = 20 m/s arahnya ke atas.

2. 2 buah muatan terpisah sejauh 20 cm. Muatan A bermuatan +20 dan muatan B bermuatan +40.              Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak....cm.
     Diketahui :

Ditanya : kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak…
Jawab :
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A pada titik P :

Muatan A positif sehingga arah medan listrik yang ditimbulkan muatan A pada titik P adalah menjauhi muatan A (ke kanan).
Medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan B pada titik P :

Muatan B positif sehingga arah medan listrik yang ditimbulkan muatan B pada titik P adalah menjauhi muatan B (ke kiri).
Resultan medan listrik pada titik P = 0 :
E_A dan E_B berlawanan arah.
E_A – E_B = 0
E_A = E_B

Gunakan rumus ABC untuk menentukan nilai a.

Kuat medan listrik nol terletak pada titik yang berjarak 8 cm dari muatan A atau 12 cm dari muatan B.
 

Info singkat ilmuwan

Sumber gambar: en.wikipwdia.org
          Michael Faraday (lahir di Newington Butts, Inggris, 22 September 1791 – meninggal di Pengadilan Hampton, Middlesex, Inggris, 25 Agustus 1867 pada umur 75 tahun) ialah ilmuwan Inggris yang mendapat julukan “Bapak Listrik”, karena berkat usahanya di bidang listrik yang menjadi teknologi yang banyak gunanya. Faraday membuat terobosan baru ketika ia melilitkan dua kumparan kabel yang terpisah dan menemukan bahwa kumparan pertma akan dilalui oleh arus, sedangkan kumparan kedua dimasukan dimasukan arus. Inilah yang saat ini dikenal sebagai induksi timbal-balik. Hasil percobaan ini menghasilkan bahwa “perubahan pada medan magnet dapat menghasilkan medan listrik” yang kemudian dibuat model matematikanya oleh James Clerk Maxwell dan dikenal sebagai Hukum Faraday.

Penerapan medan listrik dalam kehidupan sehari-hari

http://blog.ub.ac.id/louisarthurnoel/files/2014/09/pengendap.png
Salah satu aplikasi penting dari pelepasan muatan dalam gas adalah electrostatic precipitator . Alat ini menghilangkan material tertentu dari pembakaran gas, sehingga dapat mengurangi polusi udara. Alat ini secara khusus digunakan di daerah yang menggunakan bahan bakar minyak dan industri-industri yang menimbulkan banyak asap. Sistem terbaru dari alat ini mampu menghilangkan lebih dari 99% abu dari asap Beda potensial yang tinggi (sekitar 40 – 100 kV) dipasang di antara seutas kawat yang membentang ke bawah melalui pusat dan dinding pipa yang ditanahkan. Kawat tersebut dipasang pada potensial listrik negatif terhadap dinding pipa sehingga medan listriknya mengarah ke kawat. Besar medan listrik di dekat kawat menjadi cukup tinggi untuk menimbulkan daerah tak bermuatan di sekitar kawat; udara di dekat kawat mengandung ion positif, elektron, dan, dan ion negatif seperti O²_–. Udara yang akan dibersihkan memasuki pipa dan bergerak di dekat kawat. Ketika elektron dan ion negatif yang terbentuk mengalami percepatan menuju dinding luar karena adanya medan listrik, maka partikel-partikel kotor yang ada di udara tersebut menjadi bermuatan melalui tumbukan dan penangkapan ion. Oleh karena sebagian besar partikel kotor tersebut bermuatan negatif, maka partikel-partikel tersebut juga ditarik ke dinding pipa oleh medan listrik. Ketika pipa digerak-gerakan secara periodik, partikel-partikel kotor tersebut jatuh dan berkumpul di dasar pipa. Sebagai tambahan untuk mengurangi jumlah butiran material di atmosfir, electrostatic precipitator memulihkan kembali material-material berharga dalam bentuk oksida logam.

Pada elektroskop

Elektroskop adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui jenis muatan suatu benda.

Cara kerja elektroskop adalah seperti berikut.

sumber gambar: idschool.net

Kesimpulan:

• Setelah saya mengikuti pelajaran fisika di sekolah tentang medan listrik, saya belajar bahwa ilmu Fisika tentang medan listrik memiliki penerapan yang penting dalam kehidupan sehari-hari. Oleh karena itu saya bertekad untuk lebih serius dalam mempelajari fisika.
• Perspektif alkitab dari medan listrik adalah Tuhan memberi manusia mandat budaya untuk mengusahakan bumi seperti yang tertulis dalam kej. 2:15. Oleh sebab itu, sebagai umat Allah, manusia harus mengusahakan semua yang Ia percayakan seperti medan listrik. Dengan mempelajari medan listrik dan menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari manusia turut serta dalam menjalankan mandat budaya. 

Latihan Soal

Dua muatan listrik terpisah sejauh 40 cm dengan muatan A sebesar -2 x 10-6 C dan muatan B sebesar +4 x 10-6 C. Kuat medan listrik dan arah medan listrik pada titik yang terletak di tengah-tengah kedua muatan adalah…

Kunci jawaban: E = 13,5 x 10⁵ N/C menuju muatan A.

Penulis: Janitra Nelly Primasanti

Referensi
http://fisikastudycenter.com/reviews/217-listrik-statis-menentukan-letak-titik-kuat-medan-listrik-nol
http://blog.ub.ac.id/louisarthurnoel/2014/09/29/contoh-penerapan-medan-elektrostatis/
http://himatro.ee.unila.ac.id/michael-faraday/
https://gurumuda.net/contoh-soal-medan-listrik.htm
Buku fisika kelas XII SMA