LISTRIK STATIS

A.     MUATAN LISTRIK DAN GAYA COULOMB

Pernahkah saat kecil Anda memainkan sebuah penggaris bersama potongan kertas kecil hasil sobek-sobek kemudian menggosok-gosokan penggaris tersebut ke rambut atau kulit kemudian didekatkan ke potongan kertas kecil tadi? yang terjadi kertas kecil akan terangkat ke penggaris yang baru saja digosok-gosok. Kenapa bisa terjadi seperti itu? itu karena terdapat muatan listrik di kejadian tersebut, mari kita bahas pengertian, rumus, contoh soal, dan penerapannya.

Listrik statis adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tetap (statis), ketidakseimbangan muatan listrik di dalam atau permukaan benda. Muatan listrik akan tetap ada sampai benda kehilangan dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik.

Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat 2 muatan listrik yaitu muatan positif dan muatan negatif, dikatakan bermuatan positif apabila proton lebih banyak daripada jumlah elektron, dan begitupun sebaliknya. Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral.

Benda yang mempunyai muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak ketika didekatkan satu sama lain, sebaliknya benda yang mempunyai muatan yang berbeda akan saling tarik-menarik. Interaksi yang terjadi antar muatan listrik bisa dijelaskan dengan Gaya Coulomb

Rumus Hukum Coulomb

Secara matematis, persamaan Hukum Coulomb dapat dituliskan sebagai berikut :

Keterangan

·       F adalah gaya tarik menarik atau tolak menolak (N)

·       k adalah konstanta pembanding yang nilainya 9x10⁹ Nm²/C²

·       q₁ adalah muatan pertama (C)

·       q₂ adalah muatan kedua (C)

·       r adalah jarak antar muatan (m) 

B.    KUAT MEDAN LISTRIK DAN FLUKS LISTRIK

1.   MEDAN LISTRIK PADA BOLA KUNDUKTOR

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda yang bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik. Atau bisa disebut medan listrik adalah suatu daerah dimana gaya listrik masih bekerja. Medan listrik merupakan efek yang timbul oleh muatan listrik dalam suatu benda.

Arah medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik bisa digambarkan dengan garis-garis gaya listrik. Sebuah muatan positif mempunyai garis gaya listrik menjauhi (keluar) dari muatan tersebut. Dan sebuah muatan negatif mempunyai garis gaya listrik mendekati (masuk) muatan negatif.

Contoh Soal :

1.   Sebuah titik bermuatan q berada di titik P dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan (+) sehingga mengalami gaya sebesar 0,05 N dalam arah menuju muatan tersebut. Jika kuat medan di titik P besarnya 2 x 10 ^–2 NC ^–1, tentukan besar dan jenis muatan yang menimbulkan medan listrik tersebut !

Pembahasan

Diketahui :

Gaya listrik (F) = 0,05 N

Kuat medan listrik (E) = 2 x 10 ^–2 NC ^–1 = 0,02 NC ^–1

Ditanya : Besar dan jenis muatan yang menimbulkan medan

Jawab :

Muatan listrik dihitung menggunakan rumus yang menyatakan hubungan antara gaya listrik (F), medan listrik (E) dan muatan listrik (q) :

Muatan q mengalami gaya listrik dalam arah menuju muatan (+) yang menimbulkan medan listrik, sehingga muatan q bertanda negatif.

2.  Jarak dua muatan A dan B adalah 4 m. Titik C berada di antara kedua muatan berjarak 1 m dari A. Jika Q_A = –300 μC, Q_B = 600 μC. 1/4 π ε₀ = 9 × 10⁹ N m² C^–2 , tentukan kuat medan listrik di titik C pengaruh dari kedua muatan tersebut !

Pembahasan

Diketahui :

Jarak antara muatan A dan B (r_AB) = 4 meter

Jarak antara titik C dan muatan A (r_AC) = 1 meter

Jarak antara titik C dan muatan B (r_BC) = 3 meter

Muatan A (q_A) = –300 μC = -300 x 10^-6 C = -3 x 10^-4 Coulomb

Muatan B (q_B) = 600 μC = 600 x 10^-6 C = 6 x 10^-4 Coulomb

Konstanta (k) = 9 × 10⁹ N m² C^–2

Ditanya : kuat medan listrik di titik C

2. MEDAN LISTRIK PADA KEPING-KEPING SEJAJAR

   Pada dua keping sejajar yang mempunyai muatan listrik sama, tetapi berlawanan jenisnya, antara kedua keping tersebut terdapat medan listrik homogen. Di luar kedua keping juga terdapat medan listrik yang sangat kecil jika dibandingkan dengan medan listrik di antara kedua keping, sehingga dapat diabaikan, seperti pada Gambar 

  Jika luas keping A, masing-masing keping bermuatan +q dan -q, medan listrik dinyatakan oleh banyaknya garis- garis gaya, sedangkan garis-garis gaya dinyatakan sebagai jumlah muatan yang menimbulkan garis gaya tersebut (Hukum Gauss). Muatan listrik tiap satu satuan luas keping penghantar didefinisikan sebagai rapat muatan permukaan diberi lambang σ (sigma), yang diukur dalam C/m².

  Contoh  :

Sebuah bola kecil bermuatan listrik 10 μC berada di antara keping sejajar P dan Q dengan muatan yang berbeda jenis dengan rapat muatan 1,77 x 10-8 C/m². Jika g = 10 m/s² dan permitivitas udara adalah 8,85 × 10^-12 C² /Nm ², hitung massa bola tersebut!

 3 .   FLUKS LISTRIK

Pengertian Fluks Listrik

Kata fluks berasal dari kata bahasa latin, fluere, yang artinya mengalir. Secara harafiah, fluks listrik dapat diartikan sebagai aliran medan listrik. Kata aliran di sini tidak menunjukkan medan listrik mengalir seperti air mengalir, tetapi menjelaskan adanya medan listrik yang mengarah ke arah tertentu. Pada topik Garis-garis medan listrik telah dijelaskan bahwa medan listrik divisualisasikan atau digambarkan menggunakan garis-garis medan listrik karenanya fluks listrik juga digambarkan berupa garis-garis medan listrik. Jadi fluks listrik merupakan garis-garis medan listrik yang melewati suatu luas permukaan tertentu, sebagaimana dicontohkan pada gambar di bawah.

Rumus Fluks Listrik

Secara matematis, fluks listrik adalah hasil kali antara medan listrik (E), luas permukaan (A) dan cosinus sudut antara garis medan listrik dengan garis normal yang tegak lurus permukaan.