Tugas Medan Listrik Statis

“Medan Listrik Statis”

Kehidupan manusia sering terhubung dengan listrik. Dapatkah anda bayangkan, bagaimana kehidupan di bumi jika tidak ada listrik ? Dari manakah listrik ini berasal ? Listrik yang kita gunakan sehari-hari adalah listrik yang mengalir (dinamis).

Listrik statis membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik. Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif.

Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan electron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda. Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.

1. Electrical charges  

Listrik berasal dari kata Yunani elektron, yang berarti ambar. Ambar adalah damar pohon yang telah membantu. Orang zaman dahulu mengetahui jika batu ambar digosok dengan kain, batu ambar tersebut akan menarik daun-daun kecil atu debu. Hal yang sama jika menggosok plastik yang keras, batang kaca atau penggaris plastik yang digosok pada kain. Plastik yang keras, batang kaca atau penggaris plastik tersebut menarik potongan-potongan kertas kecil. Gejala ini disebut dengan "efek ambar" yang kemudian deiberi istilah listrik statis. 

Berdasarkan teori elektron, ketika penggaris digosok dengan kain wol akan terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke penggaris. Dengan demikian, penggaris plastik kelebihan elektron menjadi bermuatan negatif. Sebaliknya, jika batang kaca digosok ke kain sutra, elektron dari kaca akan pindah ke kain sutra. Akibatnya, batang kaca kekurangan elektron dan menjadi bermuatan positif.

Suatu muatan listrik menurut sistem internasional (SI) adalah coulomb dan diberi notasi C yang diambil dari nama seorang ahli fisika Perancis, Charles Agustin de Coulomb (1736-1806). Muatan satu coulomb (1 C) adalah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan oleh kuat arus listrik sebesar satu ampere (1 A) selama satu detik. Satu coulomb merupakan muatan dari 6,25 x 10⁸ elektron atau proton. Muatan pada satu elektron atau satu proton 1,6 x 10^-19 C.

2. Hukum coulomb  

Hukum Coulomb adalah hukyang menjelaskan hubungan antara gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu. Dirumuskan:  
 Keterangan:
F : Gaya Coulomb (N)
k : Konstanta Coulomb =
            q1 : besar muatan pertama (C)

q2 : besar muatan kedua (C) r : jarak antar muatan (m)

Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar keduanya.
Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masing-masing muatan. Muatan sejenis (bertanda sama) akan tolak-menolak. Sedangkan muatan yang berbeda jenis akan tarik menarik
Dalam notasi vektor, Hukum Coulomb dapat dituliskan sebagai:

3. Medan elektronika  

Medan elektromagnetik adalah bidang yang memiliki sifat magnetik dan listrik dan mengelilingi benda dengan muatan listrik. Bidang ini juga berinteraksi dengan benda bermuatan dalam medan. Medan elektromagnetik yang hadir pada tingkat dasar di seluruh alam semesta, dalam berbagai tingkat kekuatan. Bumi, misalnya, dikelilingi oleh medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh gerakan elektron dalam bumi, dan bidang ini mengambil keuntungan dari setiap hari ketika orang menggunakan kompas untuk menyesuaikan diri. Perilaku bidang seperti ditentukan oleh panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan frekuensi osilasi mereka. Panjang gelombang panjang berosilasi pada frekuensi rendah, sedangkan panjang gelombang pendek berosilasi pada frekuensi tinggi.

Setiap kali tegangan hadir, merupakan bentuk medan listrik. Dalam contoh sederhana, ketika cahaya yang dicolokkan ke soket tapi tidak diaktifkan, medan listrik kecil yang dihasilkan. Ketika cahaya dihidupkan, menyebabkan aliran arus, gerakan elektron menciptakan medan magnet. Medan listrik masih ada, sehingga medan elektromagnetik yang dihasilkan. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan aktivitas magnetik, sementara perubahan dalam medan magnet dapat menghasilkan aktivitas listrik.

4. Hukum Gauss

Setelah anda mengetahui cara menentukan kuat medan listrik akibat partikel-partikel bermuatan, bagaimanakah cara menentukan kuat medan listrik akibat suatu distribusi muatan yang tersebar dalam suatu benda? Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu, anda dapat menggunakanHukum Gauss. Hokum Gauss dinyatakan dalam banyaknya garis medan yang keluar dari suatu permukaan tertutup.

1.   Fluks Listrik

Apabila terdapat garis-garis gaya listrik dari suatu medan listrik homogeny yang menembus tegak lurus suatu bidang luas A, jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus tegak lurus bidang tersebut didefinisikan sama dengan perkalian antara E dean A.

2.  Kuat Medan Listrik pada Pelat Konduktor

Dalam suatu konduktor ada banyak sekali partikek-partikelbermuatan, yang didistribusinya tersebar didalan konduktor sehingga untuk menentukan kuat medannya dapat digunakan Hukum Gauss. Untuk menghitung kuat medan listrik pada suatu jarak tertentu, gunakan konsep Hukum Gauss sehingga harus dibuat terlebih dahulusuatu permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang memudahkan perhitungan untuk kasus ini adalah berbentuk slinder.

3.  Kuat Medan Listrik pada Bola Konduktor Berongga

Jika sebuah bola konduktor berongga atau kulit bola yang berjari-jari diberi muatan listrik, maka muatan tersebut akan menyebar merata di permukaan bola sehinnga di dalam bola tidak terdapat muatan.

5. Energi potensial  

Penjelasan mengenai energy potensial listrik serupa dengan penjelasan mengenai energy potensial akibat adanya medan gravitas. Energy potensial listrik akan timbul jika subuah muatan  uji didekatkan pada subuah muatan. Besarnya energy potensial yang timbul pada muatan sebanding denagn usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb. Perubahan energy potensial yang terjadi sama dengan isaha yang dilakukan oleh gaya coulomb untuk berpindah dan dapat dinyatakan dengan persamaan