Medan listrik: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k →Kawat panjang lurus: gbr:commons |
Rescuing 1 sources and tagging 0 as dead.) #IABot (v2.0.9.3 |
||
| (110 revisi perantara oleh 64 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[Berkas:EfieldTwoOppositePointCharges.svg|jmpl|Contoh medan listrik yang timbul dari muatan listrik <math> q_1 </math> dan <math> q_2 </math>]]
{{Elektromagnetisme|cTopic=Elektrostatika}}
'''Medan listrik''' adalah gaya listrik yang mempengaruhi ruang di sekeliling [[muatan listrik]]. Penyebab timbulnya medan listrik adalah keberadaan muatan listrik yang berjenis positif dan negatif. Medan listrik dapat digambarkan sebagai garis gaya atau garis medan.<ref>{{Cite book|last=Soebyakto|first=|date=2017|url=http://perpus.upstegal.ac.id/files/e_book/Fisika%20Terapan%202.pdf|title=Fisika Terapan 2|location=Tegal|publisher=Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal|isbn=978-602-73169-4-2|pages=2|url-status=live}}</ref> Medan listrik memiliki satuan [[newton|N]]/[[coulomb|C]] atau dibaca [[Newton]]/[[coulomb]]. Medan listrik umumnya dipelajari dalam bidang [[fisika]] dan bidang-bidang terkait, dan secara tak langsung juga di bidang [[elektronika]] yang telah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat konduktor ([[kabel]]).
== Asal medan listrik ==
Rumus matematika untuk medan listrik dapat diturunkan melalui [[Hukum Coulomb]], yaitu gaya antara dua titik muatan:\
:<math>
Baris 9 ⟶ 11:
</math>
Menurut persamaan ini, gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus dengan besar muatannya. Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan perbandingan antara muatan dan gaya:<ref>Andrew Duffy, ''Electric field'', [http://physics.bu.edu/~duffy/PY106/Electricfield.html PY106/Electricfield.html], 7-7-99.</ref>
:<math>
Baris 21 ⟶ 23:
Maka, medan listrik bergantung pada posisi.
Suatu medan, merupakan sebuah vektor yang bergantung pada vektor lainnya.
Medan listrik dapat dianggap sebagai [[gradien]] dari [[potensial listrik]]. Jika beberapa muatan yang disebarkan
== Konstanta k ==
==Menghitung medan listrik==▼
Dalam rumus listrik sering ditemui konstanta ''k'' sebagai ganti dari <math>\!1/4\pi\epsilon_0</math> (dalam tulisan ini tetap digunakan yang terakhir), di mana konstanta <math>k\!</math> tersebut bernilai:<ref>''Reference Tables for Physical setting/Physics'', [http://www.sciencejoywagon.com/physicszone/courses/2002physics.pdf 2002 Edition], The University of The State of New York, 2002.</ref>
[[Berkas:Electric_Field.png|250px|right]]▼
:<math>\! k = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \approx 8.99 \times 10^9</math> [[Newton|N]] [[meter|m]]<sup>2</sup> [[Coulomb|C]]<sup>-2</sup>
yang kerap disebut [[konstanta gaya listrik|konstanta kesetaraan gaya listrik]].<ref>J.S. Covacs, ''Coulomb's Law'', [http://physnet.org/home/modules/pdf_modules/m114.pdf PhysNet, MISN-0-114, hal 3] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20061110184917/http://physnet.org/home/modules/pdf_modules/m114.pdf |date=2006-11-10 }}</ref>
▲== Menghitung medan listrik ==
Untuk menghitung medan listrik di suatu titik <math>\! \vec{r}</math> akibat adanya sebuah titik muatan <math>\! q</math> yang terletak di <math>\! \vec{r}_q</math> digunakan rumus <ref>Tulisan ini menggunakan dua jenis notasi vektor yang berbeda untuk merujuk hal yang sama:
* vektor <math>\vec{r}</math> (dengan panah di atasnya), dan▼
*
Lihat: ''Vector Notation'', [http://forms.aps.org/author/vecnot-prae.pdf vec-not-prae, revised 6/02].
</ref>
Baris 37 ⟶ 48:
</math>
=== Penyederhanaan yang kurang tepat ===
Umumnya untuk melakukan penyederhanaan dipilih pusat koordinat berhimpit dengan titik muatan <math>\! q</math> yang terletak di <math>\! \vec{r}_q</math> sehingga diperoleh rumus seperti telah dituliskan pada permulaan artikel ini, atau bila dituliskan kembali dalam notasi vektornya:
Baris 53 ⟶ 64:
Disarankan untuk menggunakan rumusan yang melibatkan <math>\! \vec{r}_q</math> dan <math>\! \vec{r}</math> karena lebih umum, dan dapat diterapkan untuk kasus lebih dari satu muatan dan juga pada distribusi muatan, baik distribusi diskrit maupun kontinu. Penyederhanaan ini juga kadang membuat pemahaman dalam menghitung medan listrik menjadi agak sedikit kabur. Selain itu pula karena penyederhanaan ini hanya merupakan salah satu kasus khusus dalam perhitungan medan listrik (kasus oleh satu titik muatan di mana titik muatan diletakkan di pusat koordinat).
=== Tanda muatan listrik ===
[[Berkas:Electric_Field_Lines.svg|300px|
Muatan listrik dapat bernilai
* muatan positif '''<code style="color:red;">(+)</code>''' akan menyebabkan garis-garis medan listrik berarah dari padanya menuju keluar,
Baris 63 ⟶ 74:
* muatan nol '''<code style="color:darkgray;">( )</code>''' tidak menyebabkan adanya garis-garis medan listrik.
=== Gradien potensial listrik ===
Medan listrik dapat pula dihitung apabila suatu [[potensial listrik]] <math>\!U</math> diketahui, melalui perhitungan [[gradien]]nya
:<math>
Baris 80 ⟶ 91:
</math>
untuk [[sistem koordinat
== Energi medan listrik ==
Medan listrik menyimpan energi. Rapat energi suatu medan listrik diberikan oleh <ref>David Land, Electrostatic field energy, [http://www.physics.gla.ac.uk/~dland/ELMAG305/em8a/sld006.htm ELMAG305/em8a/sld006.htm] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060821211208/http://www.physics.gla.ac.uk/~dland/ELMAG305/em8a/sld006.htm |date=2006-08-21 }}, 18.10.1999 17:05:51.</ref>
:<math> u = \frac{1}{2} \epsilon |E|^2</math>
Baris 98 ⟶ 109:
:<math> d\tau \!</math> adalah elemen diferensial volum.
== Distribusi muatan listrik ==
Medan listrik tidak perlu hanya ditimbulkan oleh satu muatan listrik, melainkan dapat pula ditimbulkan oleh lebih dari satu muatan listrik, bahkan oleh distribusi muatan listrik baik yang diskrit maupun kontinu. Contoh-contoh distribusi muatan listrik misalnya:
Baris 109 ⟶ 120:
* bentuk-bentuk lain
=== Kumpulan titik-titik muatan ===
Untuk titik-titik muatan yang tersebar dan berjumlah tidak terlalu banyak, medan listrik pada suatu titik (dan bukan pada salah satu titik muatan) dapat dihitung dengan menjumlahkan vektor medan listrik di titik tersebut akibat oleh masing-masing muatan. Dalam kasus ini lebih baik dituliskan
Baris 117 ⟶ 128:
</math>
yang dibaca, medan listrik di titik <math>\vec{r}</math> akibat adanya muatan <math>\! q_i</math> yang terletak di <math>\vec{r}_i</math>. Dengan demikian medan listrik di titik
[[Berkas:Electric_field_4_point_charges_1.png|
:<math>
Baris 155 ⟶ 166:
yang menghasilkan bahwa medan listrik pada titik tersebut adalah nol.
=== Kawat panjang lurus ===
[[Berkas:Line_charge.png|
Kawat panjang lurus merupakan salah satu bentuk [[distribusi muatan]] yang menarik karena bila panjangnya diambil tak-hingga, perhitungan muatan di suatu jarak dari [[kawat]] dan terletak di tengah-tengah panjangnya, menjadi amat mudah.
Untuk suatu kawat yang merentang lurus pada sumbu <math>x\!</math>, pada jarak <math>z\!</math> di atasnya, dengan kawat merentang dari <math>-a\!</math> sampai <math>b\!</math> dari titik proyeksi <math>P\!</math> pada kawat, medan listrik di titik tersebut dapat dihitung besarnya, yaitu:
:<math>
Baris 172 ⟶ 183:
</math>
Seperti telah disebutkan di atas, apabila <math>-a \rightarrow -\infty</math> dan <math>b \rightarrow \infty</math> maka dengan menggunakan dalil [[L'Hospital]] diperoleh
:<math>
E_z =
\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\ \frac{2\lambda}{z} = \frac{\lambda}{2\pi\epsilon_0z}
</math>
Atau bila kawat diletakkan sejajar dengan sumbu-z dan bidang x-y ditembus kawat secara tegak lurus, maka medan listrik di suatu titik berjarak <math>\!r</math> dari kawat, dapat dituliskan medan listriknya adalah
:<math>
\vec{E}(r) =
\frac{\lambda}{2\pi\epsilon_0r} \hat{\rho}
</math>
dengan <math>\hat{\rho}</math> adalah vektor satuan radial dalam koordinat silinder:
:<math>
\hat{\rho} = \hat{i} \cos \phi + \hat{j} \sin \phi
</math>
di mana <math>\phi\!</math> adalah sudut yang dibentuk dengan sumbu-x positif.
== Pranala luar ==
* [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/elefie.html Electric field in "Electricity and Magnetism", R Nave] – [[Hyperphysics]], [[Georgia State University]]
* [http://teacher.pas.rochester.edu/phy122/Lecture_Notes/Chapter24/Chapter24.html 'Gauss's Law' – Chapter 24 of Frank Wolfs's lectures] at [[University of Rochester]]
* [http://teacher.pas.rochester.edu/phy122/Lecture_Notes/Chapter23/Chapter23.html#Heading3 'The Electric Field' – Chapter 23 of Frank Wolfs's lectures] at [[University of Rochester]]
* [http://www.its.caltech.edu/~phys1/java/phys1/MovingCharge/MovingCharge.html] – An applet that shows the electric field of a moving point charge.
* [http://www.lightandmatter.com/html_books/0sn/ch10/ch10.html Fields] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100527194640/http://www.lightandmatter.com/html_books/0sn/ch10/ch10.html |date=2010-05-27 }} – a chapter from an online textbook
* [http://www.vias.org/simulations/simusoft_efield.html Learning by Simulations] Interactive simulation of an electric field of up to four point charges
* Java simulations of [http://www.falstad.com/emstatic/ electrostatics in 2-D] and [http://www.falstad.com/vector3de/ 3-D]
* [http://www.flashphysics.org/electricField.html Interactive Flash simulation picturing the electric field of user-defined or preselected sets of point charges] by field vectors, field lines, or equipotential lines. Author: David Chappell
== Referensi ==
{{reflist}}
[[kategori:Elektromagnetisme]]▼
[[Kategori:Listrik]]
[[Kategori:Sifat listrik]]
| |||