Materi Fisika SMA Kelas 12 - Listrik Statis

Zsmart.id. Halo semua ! Pada artikel kali ini, kita akan membahas materi mengenai listrik statis. Listrik statis secara umum mempelajari interaksi antar muatan yang diam. Muatan bisa dalam bentuk elektron, proton dan sebagainya. Terkhusus untuk topik ini kita bagi atas dua jenis yakni muatan positif dan muatan negatif.

A. Hukum Coulomb

Pada dua atau lebih muatan baik berbeda atau sama jenis muatannya akan mengalami interaksi antar muatan-muatan tersebut. Besar interaksi yang dihasilkan sebanding dengan hasil kali antar muatan-muatan tersebut tapi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar kedua muatan itu. Secara matematis, persamaan tersebut dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan berikut :

di mana F merupakan gaya interaksi muatan (N), Q adalah muatan (C), r adalah jarak antar kedua muatan (m), ε₀ adalah permitivitas vakum dan εr adalah permitivitas relatif. Jika kedua buah muatan berada di udara sehingga nilai permitivitas relatif akan bernilai 1. Sehingga, gaya interaksi akan menjadi :

dengan nilai k sebesar 9 x 10⁹ Nm²/C². Perlu diketahui bahwa gaya ini merupakan besran vektor, sehingga perlu mempertimbangkan kaidah-kadiah vektor dalam menyelesaikan persoalan terkait interaksi elektrostatik. 

B. Medan Listrik

Medan listrik merupakan daerah yang masih mendapatkan pengaruh gaya listrik dari suatu muatan sumber Q. Misalkan sebuah muatan uji positif q terpisah jarak sejauh r dari muatan sumber Q, maka besar medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji q tersebut adalah :

dengan E merupakan medan listrik (N/C). Sama halnya dengan gaya Coulomb, medan listrik juga merupakan besaran vektor sehingga operasi-operasi vektor juga berlaku pada medan listrik. Sebagai contoh, kita ingin menentukan medan listrik dari suatu bola konduktor berongga berjari-jari R untuk setiap wilayah yakni di dalam bola (r<R), di kulit bola (r=R) dan di luar bola konduktor (r>R).

C. Potensial Listrik

Bayangkan dua buah plat bermuatan positif dan negatif terpisahkan jarak sejauh d dan menghasilkan medan listrik E. Kemudian di antara kedua lempeng tersebut diberi suatu muatan uji positif. Sehingga muatan uji tersebut akan bergerak dengan energi kinetik tertentu menuju plat negatif. Apabila kita ingin menyeimbangkan posisi muatan tersebut maka diperlukan suatu gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gaya muatan tersebut. Besar usaha yang diperlukan untuk membawa muatan tersebut dari plat negatif ke plat potif sebanding dengan energi potensial muatan tersebut yang dapat dituliskan :

dengan V merupakan potensial listrik yang memiliki satuan volt. Potensial listrik merupakan besaran skalar sehingga pengerjaannya cukup menggunakan teknik aljabar biasa. Aplikasinya pada bola konduktor berongga berjari-jari R adalah sebagai berikut : 

D. Kapasitor

Kapasitor merupakan dua buah lempeng yang diberi muatan negatif dan positif. Dalam aplikasinya, kapasitor dapat digunakan untuk menyimpan energi. Secara umum, persamaan kapasitor dapat ditulsikan ke dalam bentuk persamaan berikut :

dengan C merupakan kapasitansi kapasitor dalam satuan Farad. Adapun energi yang tersimpan pada kapasitor dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

dalam pengaplikasiannya, kapasitor dapat dirangkai secara seri maupun paralel dengan kapasitansi pengganti untuk rangkaian seri adalah 

dan untuk rangkaian paralel adalah :

dengan n merupakan banyaknya kapasitor yang tersusun baik secara seri ataupun paralel.

E. Latihan Soal

1. Dua buah muatan berinteraksi di udara terpisah jarak sejauh r memiliki gaya sebesar F. Jika kedua muatan tersebut berinteraksi di sebuah medium yang nilai permitivitas nya tiga kali udara dan jaran dijadikan sepertiga kali semula maka tentukan gaya yang dialami kedua muatan tersebut !

2. Sebuah bola konduktor berongga berjari-jari 12cm diberikan muatan. Tentukan besar medan listrik di jarak a) 5cm , b) 12 cm dan c) 14cm dari pusat bola konduktor berongga !

3). Sebuah bola konduktor berongga berjari-jari 12cm diberikan muatan. Tentukan potensial listrik di jarak a) 5cm , b) 12 cm dan c) 14cm dari pusat bola konduktor berongga !

4) Dua buah muatan 8μC dan -2μC terpisah jarak sejauh 6cm. Tentukan letak muatan ketiga (4μC) harus diletakkan agar total gaya yang dirasakan muatan tersebut bernilai nol !

Sekian informasi mengenai listrik statis. Semoga bermanfaat !

Share :