ardra.biz

Pengertian Listrik Statis atau Elokrostatis . Pada dasarnya Listrik dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis berkaitan dengan muatan listrik dalam keadaan diam, tidak ada gerakan atau aliran muatan listrik. Sedangkan listrik dinamis berkaitan dengan muatan listrik dalam keadaan bergerak.

Listrik statis terbentuk akibat adanya interaksi antara partikel- partikel yang bermuatan listrik, elektron negatif, dan proton positif pada atom.

Sifat kelistrikan suatu benda ditunjukkan oleh adanya muatan listrik yang terdapat pada benda tersebut. Suatu benda dikatakan bermuatan listrik jika atom- atom benda tersebut kekurangan atau kelebihan elektron.

Besarnya muatan listrik tergantung pada seberapa banyak atom- atom tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Semakin banyak atom-atomnya kekurangan atau kelebihan elektron, maka semakin besar muatannya.

Ada dua jenis muatan listrik yaitu muatan positif dan negatif. Suatu benda dikatakan bermuatan positif jika kelebihan proton atau kekurangan elektron, dan sebaliknya benda akan bermuatan negatif jika kelebihan elektron atau kekurangan proton.

Cara Membuat Muatan Listrik Benda

Cara tradisional untuk membuat benda bermuatan listrik dapat dilakukan dengan gosokan. Jika dua benda.  Jika saling digosokan, maka elektron dari benda yang satu akan pindah ke benda yang lainnya.

Dengn demikian, benda yang kehilangan elektron akan bermuatan positif dan benda yang menerima pindahan electron akan bermuatan negatif.

Cara membuat benda bermuatan listrik selain dengan cara menggosok dapat juga dengan cara pemanasan dan cara induksi.

Sifat Muatan Listrik

Sifat-sifat yang dimiliki oleh muatan listrik adalah:

– Muatan listrik yang sejenis yaitu negatif dengan negatif atau positif dengan positif, jika didekatkan akan saling tolak menolak.

– Muatan listrik yang tidak sejenis yaotu negatif dengan positif, jika didekatkan akan saling tarik- menarik.

Satuan Muatan Listrik

Satuan muatan listrik dalam SI dinyatakan dengan Coulumb disingkat C, satuan tersebut diambill dari nama seorang fisikawan Perancis Charles Augustin Coulumb (1736-1806)

Hukum Coulomb

Hukum Coloumb adalah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masing masing muatan listrik.

Hukum Coulomb Menyatakan bahwa “Gaya listrik yaitu tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik”.

Secara matematis, Hukum Coloumb dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

F = k (q₁ x q₂)/r² atau

F = (1/4πε₀) x (q₁ x q₂)/r²

Dengan Keterangan:

F = gaya Coloumb (Newton = N)

q₁, q₂ = muatan listrik benda 1 dan 2 (Coloumb = C)

r = jarak antara dua muatan listrik (m)

k = konstanta pembanding = konstanta gaya Coloumb

k = (1/4πε₀)

k = 9 × 10⁹ Nm²C^-2

ε₀ = permitivitas ruang hampa

ε₀ = 8,854 × 10^-12 C² N^-1 m^-2

Contoh Soal Perhitungan Rumus Coulomb

Dua keping logam yang bermuatan listrik masing- masing +4 × 10^-9 C dan +6 × 10^-9 C terpisah sejauh 5 cm. Berapakah besar gaya tolak- menolak kedua keeping logam tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

q₁ = 4 × 10^-9 C

q₂ = 6 × 10^-9 C

r = 5 cm = 0,03 m

k = 9 × 10⁹ Nm² C^-2

Ditanya :

Gaya tolak menolak F

Jawab:

F = k (q₁ x q₂)/r² jadi

F = 9 x 10⁹ (4 × 10^-9 x 6 × 10^-9)/(0,05)²

F = 8,6 × 10^-5 N

Jadi, besar gaya tolak- menolak antara dua keping logam tersebut adalah 8,6 × 10^-5 N.

Soal Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik pada suatu benda.

Salah satu jenis elektroskop yang umun digunakan adalah elektroskop daun. Bagian penting elektroskop daun adalah sebuah tangkai logam dari bagian logam kuningan dengan ujung bawah berbentuk pipih.

Pada ujung ini ditempatkan dua helai logam sangat tipis yang terbuat dari bahan aluminium atau emas, biasa disebut dengan bagian daun.

Ujung atas berbentuk cakram atau bola yang berfungsi sebagai penghantar muatan dan kotak kaca.

Pengertian Medan Listrik

Medan listrik didefinisikan sebagai daerah atau ruangan di sekitar benda bermuatan listrik. Jadi ada daerah atau ruang yang mengelilingi benda yang bermuatan listrik. Ketika sebuah benda bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut, maka benda tersebut akan mendapat gaya listrik yang disebut dengan gaya eloktrostatis atau gaya Coulomb. Jadi sebenarnya, medan listrik merupakan tempat atau daerah yang masih dipengaruhi oleh gaya Coulomb.

Pengertian Garis Medan Listrik

Garis- garis gaya listrik yaitu garis lengkung yang menggambarkan lintasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik. Garis garis gaya listrik ini menunjukkan arah medan listrik pada setiap titik.

Garis gaya listrik tidak mungkin akan berpotongan, sebab garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif.

Garis medan listrik disebut juga sebagai garis gaya listrik, karena garis tersebut menunjukkan arah gaya pada suatu muatan.

Garis-garis gaya listrik pada muatan positif bergerak keluar dan pada muatan negatif menuju ke pusat. Garis-garis gaya berasal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif.

Pengertian Kuat Medan Listrik

Medan listrik dapat dinyatakan dengan kerapatan garis-garis gaya listrik. Medan listrik antara muatan negatif dan muatan positif terjadi sangat besar karena adanya kerapatan garis- garis gaya listrik.

Medan listrik yang terjadi antara muatan positif dengan muatan positif kecil karena tidak adanya kerapatan garis-garis gaya listrik. Jadi, makin banyak garis garis gaya listrik di suatu tempat antara dua muatan makin besar medan listriknya.

Kuat medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan yang ditempatkan pada suatu titik. Kuat medan listrik merupakan ukuran kekuatan dari medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan pada suatu titik, Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E.

Perhatikan gambar berikut.

Muatan q₂ terletak di posisi titip T dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan q₁.  Jarak muatan q₂ pada titik T dari muatan q₁ adalah r.

Besarnya Gaya Coulumb yang ditimbulkan oleh muatan q₁ dan q₂ dinyatakan dengan persamaan rumus berikut

F = k (q₁ x q₂)/r²

Sedangkan besarnya Kuat medan listrik di titip P yang dialami atau dirasakan oleh muatan q₂ dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

E = F/q₂

Substitusi kedua persamaan tersebut, sehingga kuat medan listrik yang dialami oleh muatan q₂ adalah:

E = k q₁/r²

Dengan Keterangan

E = kuat medan listrik di suatu titik T (N/C)

q₁ = muatan listrik sebagai sumber medan (coulomb)

q₂ = muatan listrik pada suatu titik (T) dalam medan listrik (coulomb)

r = jarak titik T dari muatan q₁ (m)

k = 9.10⁹ Nm²/C²

Kuat medan listrik di titik T yang dirasakan oleh muatan q2 merupakan kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan q₁. Jadi Kuat medan listrik ini bukanlah kuat medan listrik dari muatan q₂.

Dari persamaannya dapat dikatakan bahwa Kuat medan listrik di titik T dengan jarak r tidak tergantung pada besarnya muatan q₂

Contoh Soal Perhitungan Arah Kuat Medan Titik P

Sebuah titik P berada pada jarak 20 cm dari sebuah muatan q = 16 μC. Hitung besar dan arah medan lisrik di titik P.

Dan hitung percapatan awal jika sebuah muatan q = 5μC yang bermassa 3 gram dilepaskan dari titik P.

Diketahui:

q = 16 μC = 1,6 x 10^-5 C

r = 20 cm = 0,2 m

m = 3 gram

Menghitung Kuat Medan Di Titik P

E_p = k q/(r)²

E_P = 9×10⁹(1,6×10^-5)/(0,2)²

E_P = 3,6 x10⁶ N/C

Muatan q adalah positif, jadi Arah Medan Listriknya Menjauhi muatan q

Rumus Menghitung Percepatan Muatan Di Medan Listrik Titik P

Besarnya percepatan sebuah partikel yang berada dalam medan listrik di titik P dapat dihitung dengan Hukum Newton 2 seperti berikut:

F = m.a atau

a = F/m

a = percepatan awal partikel

m = massa partikel

F = Gaya  yang diterima partikel dalam medan listrik di titik P.

Menghitung Gaya Elektrostatik Partikel Dalam Medan Listrik Di Titik P

Besar gaya dalam medan listrik di titik P dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

F = q E_P

q = 5 μC = 5 x10^-6 C

Diketahui dari perhitungan di atas

E_P = 3,6 x10⁶ N/C

F_P = (5 x10^-6)(3,6 x10⁶)

F_P = 18 N

Maka Percepatan awal partikel adalah

a = F/m

m = 3 gram = 3 x 10^-3 kg

a = 18/(3 x10^-3)

a = 6 x10³ m/s²

Jadi, Ketika partikel berada dalam medan listrik di titik P, maka akan bergerak dengan percepatan awal 6 x10^-3  m/s².

Soal Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Hukum Gauss.

Hukum Gauss menyatakan bahwa bahwa jumlah aljabar garis-garis gaya magnet (fluks) listrik yang menembus permukaan tertutup sebanding dengan jumlah aljabar muatan listrik di dalam permukaan tersebut.

Fluks Listrik

Fluks listrik adalah Jumlah garis garis gaya medan listrik yang menembus suatu bidang dalam arah tegak lurus. Sedangkan Kuat medan listrik menunjukkan kerapatan garis garis medan listrik. Dari dua perngertian tersebut, Fluks listrik dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

φ = E. A

Jika terdapat garis garis gaya suatu medan listrik homogen yang memiliki kuat medan E dan menembus tegak lurus suatu bidang A, maka jumlah garis medan yang menembus tegak lurus bidang tersebut sama dengan perkalian E dan A.

Jika garis gaya menembus bidang tidak tegak lurus, maka fluks listriknya adalah:

φ = E . A cos q

Dengan keterangan:

φ = Fluks listrik (weber atau Nm²/C)

E = kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang ditembus garis garis gaya (m²)

θ = sudut antar E dengan norma bidang A

Contoh Soal Fluks Listrik Hukum Gauss

Hitunglah fluks lsitrik pada suatu bidang persegi yang berukuran 20 x 15 cm, jika kuat medan listrik homogen sebesar 150 N//C. Bila medan listrik sejajar dengan bidang dan tegak lurus terhadap bidangnya.

Besar Fluks Sejajar Bidang

Diketahui

A = 0,2 x 0,15 = 0,03m²

E = 150 N/C

cos θ = 90^o

Jawab

φ = E . A cos q

φ = 150 x 0,03 x cos 90

φ = 150 x 0,03 x 0

φ = 0

Besar Fluks Tegak Lurus bidang

φ = E . A cos q

φ = 150 x 0,03 x cos 0

φ = 150 x 0,03 x 1

φ = 4,5 Nm²/C

Energi Potensial Listrik

Besarnya energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan dalam medan listrik bergantung pada besar muatan yang dipindahkan dan jarak perpindahannya.

Perhatikan gambar berikut

Muatan q₂ terletak pada titik T dalam medan listrik yang dihasilkan oleh muatan q₁. Jarak antara titip T yang ditempai muatan q₁ dengan muatan q₂ adalah r.

Besarnya Energi potensial E_P yang dimiliki oleh muatan q₂ di titik T yang berjarak r dari muatan q₁ dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

E_P = k (q₁ x q₂)/r

Dengan keterangan:

E_P = energi potensial di suatu titik T dalam medan listrik (Joule)

k = Konstanta = 9 × 10⁹ N m²C^-2

q₁ = muatan listrik sebagai sumber medan listrik (Coulumb)

q₂ = muatan listrik di suatu titik T dalam medan lsitrik (Coulumb)

r = jarak titik T ke muatan q₁ (m)

Soal Soal Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Potensial Listrik

Energi potensial E_P per satuan muatan positif disebut potensial listrik, dan diberi lambang dengan huruf kapital V.

Perhatikan gambar berikut:

Potensial listrik pada suatu titik T dalam medan listrik yang berjarak r dari muatan q₁ dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

V_P = E_P/q₂

Substitusikan persamaan Energi potensial E_P ke persamaan potensial listrik V_P sehingga persamaan rumusnya menjadi seperti berikut:

V_P = k (1/q₂) x (q₁ x q₂)/r

Dengan demikian, potensial listrik V_P di titip T dapat dinyatakan dengan persamaan berikut

V_P = k (q₁/r)

Dengan keterangan:

V_P = potensial listrik di suatu titik T (Joule/Coulomb = volt)

Dari persamaannya diketahui bahwa potensial listrik V_P di titik T hanya tergantung pada muatan q₁ dan jarak r, tidak tergantung pada muatan q₂. Ini artinya potensial listrik di titik T adalah nilai potensial listrik dari muatau q₁, bukan potensial listrik dari muatan q₂.

Dengan demikian, Walaupun muatan q₂ diletakan tepat di titik T, namun nilai potensi listrik V_P dari muatan q₁ di titik T tidak akan terpengaruh.

Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan

Dua muatan q₁ = -2 μC dan q₂ = +4 μC berjarak 8 cm. Tentukan potensial listrik di suatu titik C yang berada tepat di tengah- tengah kedua muatan tersebut

q₁ = -2 μC

q₂ = +4 μC

r₁ = 4 cm

r₂ = 4 cm

Titik C berada di tengah-tengah seperti diperlihatkan pada Gambar berikut:

Karena potensial listrik merupakan besaran scalar, maka potensial listrik di titik C tersebut memenuhi persamaan berikut:

V_C = V₁ + V₂

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q₁ dapat dihitung seperti berikut:

V₁ = k q₁/r₁

V₁ = 9×10⁹(-2×10^-6)/(0,04)

V₁ = -4,5 x 10⁵ volt

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q₂ dapat dihitung dengan persamaan berikut

V₂ = k q₂/r₂

V₂ = 9×10⁹(4×10^-6)/(0,04)

V₂ = 9 x 10⁵ volt

Dengan demikian, potensial listrik di titik C oleh muatan q₁ dan q₂ dapat dihitung dengan persamaan berikut:

V_C = -4,5 x 10⁵ + 9 x 10⁵ volt

V_C = 4,5 volt

Soal Soal Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Jenis Listrik Statis 

Listrik statis dalam kehidupan sehari- hari dibagi menjadi dua jenis yaitu listrik statis alami, dan listrik statis buatan.

Listrik Statis Alami.

Terjadinya petir ketika hujan merupakan salah satu contoh adanya listrik statis yang terjadi secara alami. Petir merupakan peristiwa lepasnya muatan listrik statis yang terjadi secara alamiah.

Peristiwa ini akibat dari keluarnya muatan- muatan listrik dari awan, Petir terjadi akibat adanya dua awan bermuatan listrik sangat besar dan berbeda jenis yang bergerak saling mendekati.

Listrik Statis Buatan

Contoh listrik statis buatan di antaranya adalah listrik yang digunakan dalam proses pengecatan mobil dan pada mesin fotokopi.

1). Contoh Soal Ujian Hukum Coulomb Gaya Listrik Eletrostatik Dua Muatan

Dua buah muatan listrik masing- masing besarnya 3 × 10^-6 C dan 6 × 10^-6 C terpisah pada jarak 3 cm. Tentukan besarnya gaya listrik yang bekerja pada masing-masing muatan tersebut.

Diketahui

q₁ =3 × 10^-6 C

q₂ = 6 × 10^-6 C

k = 9 × 10⁹ Nm²C^-2

r = 3 cm = 0,03 m

Rumus Menghitung Gaya Elektrostatic Dua Muatan

F = k (q₁ x q₂)/r² atau

F = (9 ×10⁹)(3 ×10^-6 x 6 ×10^-6)/(0,03)²

F = 180 N

Jadi Gaya Listrik Yang Bekerja pada masing masing muatan adaah 1,8 x 10² N.

2).  Contoh Soal Perhitungan Gaya Coulomb Elektrostatik Tiga Benda Bermuatan

Dua muatan A dan B berjarak 11 cm satu dengan yang lain. q_A = +2,0 μC dan q_B = -3,6 μC. Jika muatan q_C = 2,5 μC diletakkan diantara A dan B berjarak 5 cm dari A maka tentukan gaya yang dialami oleh muatan q_C

Menghitung Gaya Coulomb Pada Benda Bermuatan,

Diketahui:

q_A = +2,0μC = 2,0.10^-6 C

q_B = −3,6μC = −3,6.10^-6 C

q_C = 2,5μC = 2,5 x10^-6 C

Posisi muatan q_C dan gaya yang bekerja dapat digambarkan seperti pada Gambar. Muatan C q_C dan muatan A q_A sejenis yaitu positif, sehingga tolak menolak dan arah gaya elektrostatik antara muatan A dan C yaitu F_CA ke kanan.

Muatan C q_C dan muatan B q_B berlawanan, sehingga Tarik menarik, dan gaya elektrostatik F_CB antara muatan C q_C dan muatan B q_B  arahnya ke kanan.

Kedua gaya elektrostatik yang dialami oleh muatan C yaitu F_CA dan F_CB memiliki arah yang sama yaitu ke kanan.

Menghitung Gaya Elektrostatik Pada Muatan C Diantara Muatan A dan Muatan B.

Sehingga total gaya elektrostatik yang dialami oleh muatan C dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

F_C = F_CA + F_CB

q_A = +2,0 μC = 2,0 x 10^-6 C

q_B = −3,6 μC = −3,6 x 10^–6 C

q_C = 2,5 μC = 2,5 x10^-6 C

k = 9 × 10⁹ Nm²C^-2

r_CA = 5 cm

Menghitung Gaya Elektrostatik Muatan C-A

F_CA = k (q_C q_A)/(r_CA)²

F_CA = (9 x10⁹)(2,5×10^–6 x 2,0×10^-6)/(5×10^-2)²

F_CA = 18 N

Menghitung Gaya Elektrostatik Muatan C-B

F_CB = k (q_C q_B)/(r_CB)²

F_CB = (9 x10⁹)(2,5×10^-6 x 3,6×10^-6)/(6×10^-2)²

F_CB = 22,5 N

Menghitung Gaya Elektrostatik Yang Dialami Muatan C

F_C = 18 + 22,5

F_C = 40,5N

3). Contoh Soal Perhitungan Gaya Coulomb Antara Tiga Muatan

Tiga buah pertikel bermuatan listrik yaitu q₁ = -8 μC, q₂ = +6 μC dan q₃ = -4μC terdapat pada garis lurus seperti tampak pada gambar. Hitunglah gaya Coulomb pada partikel  q₃ akibat dua muatan lainnya.

Diketahui:

q₁ = -8 μC,

q₂ = +6 μC

q₃ = -4μC

r₁ = 0,4 m

r₂ = 0,2 m

Partikel q₃ mendapat dua gaya. Gaya tolak oleh q₁ yaitu F₃₁ dan gaya Tarik oleh q₂ yaitu F₃₂

Menghitung Gaya Coulomb Pada Partikel

Besar gaya coulomb yang bekerja antara partikel q₃ dan parikel q₁ dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F₃₁ = k (q₃ xq₁)/(r₁+r₂)²

F₃₁ = (9×10⁹)(4×10^-6)(8×10^-6)/(0,6)²

F₃₁ = 0,8 N

Besar gaya coulomb yang timbul antara partikel q₃ dan parikel q₂ dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F₃₂ = k (q₃ xq₂)/(r₂)²

F₃₂ = (9×10⁹)(4×10^-6)(6×10^-6)/(0,2)²

F₃₂ = 5,4 N

Resultan Gaya Listrik Yang Dialami Partikel

Besar gaya coulomb yang bekerja pada partikel q₃ akibat pengaruh parikel q₁ dan q₂ dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F₃ = F₃₁ – F₃₂

F₃ = 0,8 – 5,4

F₃ = -3,6 N

Tanda negative pada F₃ menunjukkan arah resultan gaya coulomb ke kiri.  Jadi gaya coulomb yang bekerja pada q₃ adalah 3,6 N dengan arah ke kiri.

4). Contoh Soal Perhitungan Gaya Listrik Tiga Muatan Bentuk Segitiga

Tiga buah muatan tersusun membentuk segitiga seperti pada gambar. Jika Muatan A = +8 μC, muatan B = + 4 μC dan muatan C = + 6μC. Hitung gaya listrik yang dialami pada muatan A q_A yang ditimbulkan oleh dua muatan lainnya.

Diketahui:

q_A = + 8μC,

q_B = + 4μC

C = + 6μC

k = 9 × 10⁹ Nm²C^-2

Menghitung Gaya Listrik  Muatan A Dan Muatan B

F_AB = k (q_A q_B)/(r_AB)²

F_AB = (9×10⁹)(8×10^-6 x 4×10^-6)/(0,2)²

F_AB = 7,2 N

Menghitung Gaya Listrik Muatan A dan Muatan C

F_AC = k (q_A q_C)/(r_AC)²

F_AC =(9×10⁹)(8×10^-6 x 6×10^-6)/(0,2)²

F_AC = 10,8 N

Menghitung Gaya Listrik Resultan Di Antara Dua Muatan Bentuk Segitiga

Gaya listrik Muatan A pada arah sumbu x

F_Ax = F_AB cos 60⁰ – F_AC cos 60⁰

F_Ax = (7,2 – 10,8)(0,5)

F_Ax = -1,8 N

Gaya listrik pada arah sumbu x

Gaya listrik Muatan A pada arah sumbu y

F_Ay= F_AB sin 60⁰ + F_AC sin 60⁰

F_Ay = (7,2 + 10,8)(0,87)

F_Ay = 15,7 N

Menghitung Resultan Gaya Listrik Pada Muatan A

F_A = √[(F_Ax)²+(F_Ay)²] atau

\mathrm{F_{A}= \sqrt{(F_{Ax})^{2}+(F_{Ay})^{2}}}

\mathrm{F_{A}= \sqrt{(-1,8)^{2}+(15,7)^{2}}}

F_A = √[(-1,8)² + (15,7)²]

F_A = √[(3,2) + (246,5)]

F_A = √249,7

F_A = 15,8 N

Jadi Gaya Listrik Pada Muatan A = 15,8 N

5). Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan

Dua muatan q₁ = -2 μC dan q₂ = +4 μC berjarak 8 cm. Tentukan potensial listrik di suatu titik C yang berada tepat di tengah- tengah kedua muatan tersebut

q₁ = -2 μC

q₂ = +4 μC

r₁ = 4 cm

r₂ = 4 cm

Titik C berada di tengah-tengah seperti diperlihatkan pada Gambar berikut:

Karena potensial listrik merupakan besaran scalar, maka potensial listrik di titik C tersebut memenuhi persamaan berikut:

V_C = V₁ + V₂

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q₁ dapat dihitung seperti berikut:

V₁ = k q₁/r₁

V₁ = 9×10⁹(-2×10^-6)/(0,04)

V₁ = -4,5 x 10⁵ volt

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q₂ dapat dihitung dengan persamaan berikut

V₂ = k q₂/r₂

V₂ = 9×10⁹(4×10^-6)/(0,04)

V₂ = 9 x 10⁵ volt

Dengan demikian, potensial listrik di titik C oleh muatan q₁ dan q₂ dapat dihitung dengan persamaan berikut:

V_C = -4,5 x 10⁵ + 9 x 10⁵ volt

V_C = 4,5 volt

6). Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Benda Bermuatan

Titik P terletak pada jarak 15 cm dari muatan listrik 3 μC dan 20 cm dari muatan listrik -5 μC. Tentukan potensial listrik di titil P yang dihasilkan oleh kedua muatan tersebut:

Diketahui:

q₁ = 3 μC = 3 x 10^-6 C

Titil P 15 cm dari muatan listrik

r₁ = 15 cm = 0,15 m

q₂ = -5 μC = -5x 10^-6 C

r₂ = 20 cm = 0,20 m

Jawab:

Menghitung Potensial Listrik Di Titik P Oleh Partikel Muatan

Besar potensial listrik di titik P berjarak 15 cm dari partikel bermuatan q₁ dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

V₁ = k q₁/r₁

V₁ = 9 x10⁹(3×10^-6)/(0,15)

V₁ = 180 x10³ Volt

Besar potensial listrik di titik P berjarak 20 cm dari partikel muatan q₂

V₂ = k q₂/r₂

V₂ = 9 x10⁹(-5×10^-6)/(0,2)

V₂ = -225 x10³ Volt

Menghitung Listrik Di Titik P Oleh Dua Muatan Adalah:

Besar Potensial listrik di titik P oleh kedua muatan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

V_P = V₁ + V₂

V_P = 180x 10³ + (-225 x10³)

V_P = -45 x 10³ volt

7). Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Bola Konduktor Bermuatan

Sebuah bola konduktor berjari jari 15 cm dan bermuatan listrik  5 μC. Tentukan potensial listrik pada jarak 10 cm dan 20 cm dari pusat bola.

Diketahui:

q = 5 μC. = 5 x 10^-6 C

R = 15 cm = 0,15 m

r₁ = 10 cm

r₂ = 20 cm

Menghtiung Potenisial Listrik Di Dalam Bola Konduktor Bermuatan

Potensial listrik pada jarak 10 cm dari pusat bola akan sama dengan potensial listrik pada permukaan bola atau jari jari bola R. Dinyatakan dengan persamaan berikut:

V = k q/R

Jadi, jika r < R, maka jarak yang diambil adalah jari jari bola konduktor  R

V = 9 x 10⁹(5 x 10^-6)/(0,15)

V = 300 x 10³ volt

Menghitung Potensial Di Luar Permukaan Bola Konduktor Bermuatan

Potensial listrik pada jarak 20 cm dari pusat bola dapat dinyatakan denga persamaan berikut:

V = k q/r

Karena jarak ke titik pusat r > R, maka yang digunakan untuk perhitungan adalah jarak r.

V = 9 x 10⁹(5 x 10^-6)/(0,20)

V = 225 x 10³ volt

8). Contoh Soal Energi Potensial Listrik Pada Tiga Partikel Bermuatan

Tiga partikel bermuatan yaitu q₁ = 2x 10^-10C, q₂ = -2 x10^-10 dan satu partikel bermuatan q = -2 x 10^-10. Partikel q dianggap tidak mempengaruhi potensial listrik di titik D yang ditimbulkan oleh partikel q₁ dan q₂.

Ketika partikel membentuk segitiga ABC dengan titik siku siku di titik A. Panjang AB = 4 cm dan AC = 3 cm seperti pada gambar berikut:

Hitunglah Potensial di titik C, Di titik D dan Energi yang diperlukan untuk memindahkan partikel q dari titik C ke titik D.

Diketahui:

q_A = 2x 10^-10C,

q_B = -2 x10^-10 C

q = -2 x 10^-10 C

Menghitung Potensial Listrik Di Titik C Akibat Muatan q₁ dan q₂

Besarnya potensial listrik di titik C oleh q_A dan q_B  dapat dihitung dengan persamaan rumus berikut:

V_C = V_CA + V_CB

Menghitung Potensial listrik di titik C oleh oleh q_A

V_CA = k q_A/r_CA

V_CA = 9×10⁹(2x 10^-10)/(0,03)

V_CA = 60 volt

Menghitung Potensial listrik di titik C oleh oleh q_B

V_CB = k q_B/r_CB

V_CB = 9×10⁹(-2x 10^-10)/(0,05)

V_CB = -36 volt

Potensial Listrik Di Titik C oleh q_A dan q_B  adalah

V_C = V_CA + V_CB

V_C = 60 – 36

V_C = 24 volt

Menghitung Potensial Listrik Di Titik D Akibat Muatan q₁ dan q₂

Besarnya potensial listrik di titik Doleh q_A dan q_B  dapat dihitung dengan persamaan rumus berikut:

V_D = V_DA + V_DB

Menghitung Potensial listrik di titik D oleh oleh q_A

V_DA = k q_A/r_DA

V_DA = 9×10⁹(2x 10^-10)/(0,02)

V_DA = 90 volt

Menghitung Potensial listrik di titik D oleh oleh q_B

V_DB = k q_B/r_DB

V_DB= 9×10⁹(-2x 10^-10)/(0,02)

V_DA = -90 volt

Potensial Listrik Di Titik D oleh q_A dan q_B  adalah

V_D = V_DA + V_DB

V_D = -90 + 90

V_D = 0 volt

Menghtiung Energi Usaha Potensial Listrik Muatan Yang Bergerak Dari Titik C ke Titik D

Besar energi usaha yang diperlukan agar muatan q pindah dari titik C ke titik D dapat dinyataka dengan persamaan berikut:

W_CD = q(V_D – V_C)

W_CD = -2×10^-10 C (0V – 24V)

W_CD = 4,8 10^-9 J

9). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Pertikel Bermuatan

Pada titik A dan B dari titik sudut segitiga terdapat muatan q_A= 8 μC = 8 x10^-6 C dan q_B = -6 μC = -6 x10^-6 C seperti pada Gambar. Jika terdapat muatan lain sebesar q_C = 2 μC maka tentukan:

a). Energi potensial muatan q_C ketika berada di titik C,

b). Energi potensial muatan q_C ketika berada di titik D,

c). Wsaha untuk memindahkan muatan q_C dari C ke D

Diketahui:

q_A = 8 μC = 8 x10^-6 C

q_B = -6 μC = -6 x10^-6 C

q_C = 2 μC = 2 x10^-6 C

Energi Potensial Muatan q_C Di titik C :

r_AC = r_BC = 4.10^-2 m

E_PC = E_PA + E_PB

Menghitung Energi Potensial E_PA Muatan q_C Oleh Muatan q_A Pada Titik C

E_PA = k (q_A q_C)/r_AC

E_PA = 9 x10⁹(8 x10^-6 x 2 x10^-6)/(0,04)

E_PA = 3,6 J

Menghitung Energi Potensial E_PB Muatan q_C Oleh Muatan q_B Pada Titik C

E_PB = k (q_B q_C)/r_AB

E_PB = 9 x10⁹(-6 x10^-6 x 2 x10^-6)/(0,04)

E_PB = – 2,7 J

Resultan Energi Potensial Muatan q_C (E_PC) Akibat Muatan q_A dan q_C Pada Titik C

E_PC = E_PA + E_PB

E_PC = 3,6 – 2,7

E_PC = 0,9 J

Energi Potensial Muatan q_C Di titik D (E_PD)

r_AD = r_BD = 2×10^-2 m

E_PD = E_PA + E_PB

Menghitung Energi Potensial E_PA Muatan q_C Oleh Muatan q_A Pada Titik D

E_PA = k (q_A q_C)/r_AD

E_PA = 9 x10⁹(8 x10^-6 x 2 x10^-6)/(0,02)

E_PA = 7,2 J

Menghitung Energi Potensial E_PB Muatan q_C Oleh Muatan q_B Pada Titik D

E_PB = k (q_B q_C)/r_AB

E_PB = 9 x10⁹(-6 x10^-6 x 2 x10^-6)/(0,02)

E_PB = -5,4 J

Resultan Energi Potensial Muatan q_C (E_PC) Akibat Muatan q_A dan q_C Pada Titik C

E_PD = E_PA + E_PB

E_PD = 7,2 – 5,4

E_PD  = 1,8 J

Menghitung Usaha Perpindahan Muatan q_C Dari Titik C ke Titik D

W = = EPD − EPC = 1,8 − 0,9 = 0,9 joule

Besarnya usaha yang dilakukan muatan q_C dari titik C ke titik D dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

W_CD = ΔE_P

E_PD – E_PC

W_CD = 1,8 – 0,9

W_CD = 0,9 Joule

Daftar Pustaka:

1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
4. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
7. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
8. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
9. Ringkasan Rangkuman: Besarnya gaya Coulomb antara dua buah benda yang muatannya sejenis akan terjadi gaya tolak-menolak sedangkan jika muatan berlawanan akan terjadi gaya tarik-menarik.
10. Kuat medan listrik yaitu ruangan di sekitar benda bermuatan listrik yang mampu memberikan gaya listrik pada benda yang diletakkan dalam ruangan tersebut.
11. Energi potensial listrik yaitu usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik dari jauh tak terhingga ke titik tertentu.
12. Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan
13. Kapasitas sebuah kapasitor berbanding lurus dengan luas penampang keeping dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua keping dan tergantung pada bahan dielektrikum yang diselipkan di antara kedua keping kapasitor.
14. Besarnya energi yang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan berupa energi medan listrik.
15. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Listrik Statis, Elokrostatis adalah, Contoh Listrik Statis, Rumus Listrik Statis, Jenis muatan listrik, Cara Membuat Muatan Listrik Benda, Sifat Muatan Listrik, Satuan Muatan Listrik, Hukum Coulomb,
16. Ardra.Biz, 2019, “Bunyi pernyataan hukum Coulomb, Rumus persamaan hukum Coulomb, Contoh Soal Perhitungan hukum Coulomb, Satuan gaya Coloumb, Satuan muatan listrik benda, konstanta gaya Coloumb, angka permitivitas ruang hampa,  Contoh Soal Perhitungan Rumus Coulomb,
17. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian dan Contoh Elektroskop, jenis elektroskop, Pengertian Medan Listrik, arti gaya eloktrostatis, satuan gaya elektrostis, rumus gaya elektrostatis, Pengertian Garis Medan Listrik, ciri sifat garis gaya listrik, satuan medan listrik,
18. Ardra.Biz, 2019, “Arah Garis Gaya Listrik, Menentukan arah garis gaya listrik, Garis medan listrik, Pengertian Kuat Medan Listrik, Kuat medan listrik, lambang kuat medan listrik, lambang listrik statis, Satuan kuat medan listrik, Bunyi pernyataan Hukum Gauss,
19. Ardra.Biz, 2019, “Persamaan rumus Hukum Gauss, Fluks Listrik, satuan lambang Fluks listrik, sudut antar E dengan norma bidang A,  Contoh Soal Fluks Listrik Hukum Gauss, Besar Fluks Sejajar Bidang,  Pengertian Energi Potensial Listrik, satuan lambang energi potensial listrik,
20. Ardra.Biz, 2019, “rumus persamaan energi potensial listrik, Pengertian Potensial Listrik, Satuan lambang Energi potensial, rumus persamaan potensial listrik, Contoh soal ujian energi potensial listrik,
21. Ardra.Biz, 2019, “Jenis Listrik Statis, Contoh penerapan listrik statis, Pengertian Listrik Statis Alami, contoh listrik alami, Pengertian dan contoh Listrik Statis Buatan