Apa itu Intensitas Medan Listrik: Rumus dan Perhitungan
Semua material terdiri dari atom yang mengandung partikel subatom seperti elektron, proton, dan neutron. Partikel sub-atom ini juga dikenal sebagai partikel bermuatan. Elektron memiliki muatan negatif sedangkan proton bermuatan positif.
Jika sebuah atom mengandung elektron dalam jumlah besar dibandingkan dengan jumlah protonnya, dikatakan bermuatan negatif. Sedangkan jika sebuah atom mengandung proton dalam jumlah besar dibandingkan dengan jumlah elektronnya, maka dikatakan bermuatan positif. Setiap muatan listrik memiliki medan listrik yang terkait dengannya. Salah satu ciri muatan listrik adalah Intensitas Medan Listrik.
Apa itu Intensitas Medan Listrik?
Setiap kali muatan uji unit ditempatkan di medan listrik ini, ia akan mengalami gaya yang dipancarkan oleh partikel sumber. Besarnya gaya yang dialami oleh suatu partikel bermuatan satuan ketika ditempatkan di medan listrik disebut Intensitas medan listrik.
Intensitas Medan Listrik adalah besaran vektor. Ia memiliki besaran dan arah. Muatan uji yang dikenai medan listrik muatan sumber, akan mengalami gaya meskipun dalam posisi diam. Kekuatan medan listrik tidak tergantung pada massa dan kecepatan partikel muatan uji. Itu hanya tergantung pada jumlah muatan yang ada pada partikel muatan uji. Muatan uji dapat berupa partikel bermuatan positif atau partikel bermuatan negatif.
Arah medan listrik ditentukan oleh muatan pada partikel muatan uji. Untuk mendapatkan arah intensitas medan listrik, muatan uji dianggap muatan positif. Jadi, ketika partikel muatan uji positif dimasukkan ke medan listrik ini akan mengalami gaya tolak. Dengan demikian, kuat medan listrik akan diarahkan menjauhi muatan. Sedangkan untuk uji muatan bermuatan negatif arah gaya kuat medan listrik akan menuju partikel muatan sumber.
Rumus Intensitas Medan Listrik
Mari kita pertimbangkan partikel bermuatan dengan muatan 'Q'. Partikel bermuatan ini menciptakan medan listrik di sekitarnya. Karena partikel bermuatan ini adalah sumber medan listrik, ia disebut muatan sumber.
Kekuatan medan listrik yang diciptakan oleh muatan sumber dapat dihitung dengan menempatkan muatan lain pada medan listriknya. Partikel muatan eksternal yang digunakan untuk mengukur kuat medan listrik ini disebut muatan uji. Biarkan muatan pada muatan uji menjadi 'q'.
Ketika muatan uji ditempatkan di medan listrik, ia akan mengalami gaya listrik yang menarik atau sumber listrik tolak. Biarkan gaya dilambangkan dengan 'F'.
Sekarang, besarnya kekuatan medan listrik dapat didefinisikan sebagai "gaya per muatan pada muatan uji". Jadi, intensitas medan listrik 'E' diberikan sebagai
E = F / q —— Persamaan1
Di sini, muatan pada partikel muatan uji dianggap daripada muatan pada partikel muatan sumber. Jika dihitung dalam satuan SI, satuan intensitas medan listrik adalah Newton per coulomb. Intensitas medan listrik tidak bergantung pada jumlah muatan pada partikel muatan uji. Itu diukur sama di sekitar muatan sumber terlepas dari muatan partikel muatan uji.
Dari Hukum Coulomb
Intensitas medan listrik juga dikenal dengan istilah kuat medan listrik. Rumus kuat medan listrik juga dapat diturunkan dari hukum Coulomb. Hukum ini memberikan hubungan antara muatan partikel dan jarak di antara mereka. Di sini, dua muatan adalah 'q' dan 'Q'. Jadi, gaya listrik 'F' diberikan sebagai
F = k.q.Q/d²
dimana k adalah konstanta proporsionalitas dan d adalah jarak antar muatan. Jika persamaan ini menggantikan gaya dalam persamaan 1, rumus intensitas medan listrik diturunkan sebagai
E = k.Q/d²
Persamaan di atas menunjukkan bahwa intensitas medan listrik bergantung pada dua faktor - muatan pada muatan sumber 'Q' dan jarak antara muatan sumber dan muatan uji.
Jadi, intensitas medan listrik suatu muatan bergantung pada lokasi. Ini berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara muatan sumber dan muatan uji. Dengan bertambahnya jarak maka besarnya kuat medan listrik atau berkurangnya intensitas medan listrik.
Perhitungan Intensitas Medan Listrik
Dari rumus intensitas medan listrik diperoleh bahwa-
- Ini berbanding terbalik dengan jarak antara sumber dan muatan uji.
- Berbanding lurus dengan muatan 'Q' pada muatan sumber.
- Tidak tergantung pada muatan pada muatan uji 'q'.
Ketika kondisi ini diterapkan pada hukum kuadrat terbalik, hubungan antara kuat medan listrik (E1) pada jarak d1 dan intensitas medan listrik (E2) pada jarak (d2) diberikan sebagai-
E1/E2 = d²1/d²2
Dengan demikian, jika jarak bertambah dengan faktor 2 maka intensitas medan listrik akan berkurang dengan faktor 4.
Hitung kuat medan listrik yang bekerja pada partikel bermuatan -1,6 × 10-19 C bila gaya listriknya adalah 5,6 × 10-15 N.
Di sini, gaya F dan muatan 'q' diberikan. Kemudian kuat medan listrik E dihitung sebagai E = F / q
jadi, E = 5,6 × 10-15 / -1,6 x 10-19 = -3,5 × 104 N/C
Rumus dimensi gaya (newton) untuk satuan kg.m/s² adalah MLT-2. Rumus dimensi coulomb untuk ampere-detik adalah AT. Jadi, rumus dimensi kuat medan listrik adalah MLT-3 A-1.
Pertanyaan
1). Bagaimana medan listrik didefinisikan?
Medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan.
2). Berapakah nilai konstanta proporsionalitas 'k'?
Nilai konstanta proporsionalitas 'k' pada hukum coulomb adalah 9.0 × 109 N.m²/ C².
3). Apakah kuat medan listrik bergantung pada jumlah muatan pada muatan uji?
Tidak, kuat medan listrik tidak bergantung pada kuantitas "q". Menurut hukum coulomb dengan bertambahnya muatan, gaya listrik juga bertambah dengan faktor yang sama. Jadi, kedua perubahan ini saling meniadakan. Hal tersebut dapat dipahami dengan rumus kuat medan listrik, E = F/q.
4). Berapakah arah kuat medan listrik ketika partikel uji bermuatan positif digunakan?
Ketika partikel muatan positif digunakan, vektor intensitas medan listrik akan selalu diarahkan menjauhi benda yang bermuatan positif. Karena muatan sumber dan muatan uji memiliki muatan positif, keduanya saling tolak. Ini adalah sebaliknya untuk partikel bermuatan negatif.
Dengan demikian, segalanya menjadi sulit ketika muatan titik ditempatkan di bawah pengaruh banyak muatan sumber. Di sini, awalnya, kekuatan medan listrik dari muatan sumber individu dihitung. Kemudian, jumlah vektor dari semua intensitas ini memberikan kekuatan medan resultan pada muatan titik itu.