Energi Potensial Listrik - Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang kuat medan listrik pada konduktor bola berongga. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang energi potensial listrik. Apa sih energi potensial listrik itu? Bagaimana menentukan energi potensial muatan listrik yang melawan gaya listriknya? Nah jangan bingung, berikut ini analoginya.

Energi Potensial Listrik

Budi sedang mengisi air di dalam bak mandi. Sambil menunggu bak mandi penuh, Budi memperhatikan aliran air dari tandon ke bak. Terlintas dalam pikirannya, “apa yang membuat air dari tandon dapat mengalir ke bak mandi padahal antara tandon dan bak mandi tidak ada pompa”? Budi teringat pelajaran fisika tentang energi potensial dimana zat cair akan mengalir saat ada beda ketinggian.

Semakin besar beda ketinggiannya, semakin deras air mengalir sehingga energi potensial gravitasinya semakin besar pula. Saat menunggu bak mandi penuh tiba-tiba air di tandon habis, lalu Budi menghidupkan pompa air untuk mengisinya. Pompa air berfungsi untuk memindahkan air dari sumur ke tandon sehingga pompa membutuhkan usaha. Semakin tinggi posisi tandon dari sumur, semakin besar pula usaha yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan air.

Setelah melihat gambaran di atas, untuk memindahkan sebuah muatan dari satu titik ke titik tertentu dibutuhkan energi atau usaha. Coba kalian ingat kembali konsep mekanika tentang hukum kekekalan energi di kelas X. Hukum tersebut dapat digunakan untuk memecahkan studi kasus tanpa membahas gaya secara rinci. Sebagai contoh, gaya gravitasi akan menarik suatu benda menuju ke permukaan bumi. Jika kalian mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, maka kalian telah melakukan usaha pada benda tersebut. Akibatnya, energi potensial gravitasi benda bertambah (Gambar 1).

Konsep energi juga berlaku dalam listrik statis. Gaya listrik yang dikerjakan pada muatan uji positif q oleh suatu muatan sumber negatif Q mengarah ke muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E juga mengarah ke muatan negatif. Untuk memindahkan muatan uji menjauhi muatan negatif, diperlukan usaha pada muatan uji. Akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (Gambar 2). Oleh karena ada kemiripan antara energi potensial listrik dan energi potensial gravitasi, maka rumus energi potensial listrik dapat diturunkan seperti rumus energi potensial gravitasi.

Perhatikan gambar 3, sebuah muatan uji +q mula-mula berada di titik a yang berjarak r1 dari muatan sumber –Q. Titik b berada pada jarak r2 dari muatan sumber –Q. Muatan uji +q dipindahkan dari posisi a ke b melawan gaya listrik yang ditimbulkan oleh muatan sumber –Q, sehingga dalam proses pemindahan ini diperlukan usaha sebesar W.

Usaha yang dilakukan (Wab) untuk memindahkan muatan uji dari titik a ke titik b sama dengan pertambahan energi potensial muatan uji q, yaitu selisih energi potensial akhir (EPb) dan energi potensial awal (EPa). Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

$W_{a b} = Δ E P = E P_{b} - E P_{a}$

Jadi, beda energi potensial antara kedudukan awal dan akhir adalah:

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

Oleh karena EP = qV , maka :

$Δ V = q (V_{b} - V_{a})$

Keterangan:
ΔEP = beda energi potensial listrik antara kedudukan awal (titik a) dan kedudukan akhir (titik b);
Wab = usaha yang dilakukan gaya listrik (J);
q = muatan uji (C);
Q = muatan sumber (C);
rb = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan akhir (titik b) (m); dan
ra = jarak pisah muatan sumber dan muatan uji pada kedudukan awal (titik a) (m).

Untuk meningkatkan pemahaman kalian tentang topik energi potensial listrik, cermati contoh soal berikut ini.

Contoh Soal

Tentukan perubahan energi listrik ketika sebuah proton bermuatan +1,6 × 10-19 C digerakan menuju ke sebuah inti uranium yang bermuatan +1,5 × 10-17 C. Jarak pisah awal kedua partikel adalah 5 × 10-11 m, dan jarak pisah akhirnya 3 × 10-11 m.
Penyelesaian
Diketahui:
q = +1,6 × 10-19 C (muatan proton)
Q = +1,5 × 10-17 C (muatan sumber inti Uranium)
ra = 5 × 10-11 m
rb = 3 × 10-11 m.
Ditanyakan: perubahan energi listrik (ΔEP)?
Jawab:

Untuk menyelesaikan persoalan tersebut kita gunakan persamaan berikut.

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

Persamaan ini digunakan jika diketahui jarak pisah awal dan jarak pisah akhir.

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

$Δ E P = (9 \times 10^{9}) (1, 6 \times 10^{- 19}) (1, 5 \times 10^{- 17}) (\frac{1}{3 \times 10^{- 11}} - \frac{1}{5 \times 10^{- 11}})$

$Δ E P = 24, 47 \times 10^{- 16}$ J

Jadi, besar perubahan energi listrik atau energi potensial listriknya adalah 24,47 × 10-16 J.

Energi Potensial Listrik

$W_{a b} = Δ E P = E P_{b} - E P_{a}$

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

$Δ V = q (V_{b} - V_{a})$

Contoh Soal

Untuk menyelesaikan persoalan tersebut kita gunakan persamaan berikut.

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

Persamaan ini digunakan jika diketahui jarak pisah awal dan jarak pisah akhir.

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

$Δ E P = (9 \times 10^{9}) (1, 6 \times 10^{- 19}) (1, 5 \times 10^{- 17}) (\frac{1}{3 \times 10^{- 11}} - \frac{1}{5 \times 10^{- 11}})$

$Δ E P = 24, 47 \times 10^{- 16}$ J

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel

Energi Potensial Listrik

Wab=ΔEP=EPb−EPa Wab=ΔEP=EPb−EPa

ΔEP=kqQ(1rb−1ra) ΔEP=kqQ(1rb−1ra)

ΔV=q(Vb−Va) ΔV=q(Vb−Va)

Contoh Soal

Untuk menyelesaikan persoalan tersebut kita gunakan persamaan berikut.

ΔEP=kqQ(1rb−1ra) ΔEP=kqQ(1rb−1ra)

Persamaan ini digunakan jika diketahui jarak pisah awal dan jarak pisah akhir.

ΔEP=kqQ(1rb−1ra) ΔEP=kqQ(1rb−1ra)

ΔEP=(9×109)(1,6×10−19)(1,5×10−17)(13×10−11−15×10−11) ΔEP=(9×109)(1,6×10−19)(1,5×10−17)(13×10−11−15×10−11)

ΔEP=24,47×10−16 ΔEP=24,47×10−16 J

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel

$W_{a b} = Δ E P = E P_{b} - E P_{a}$

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

$Δ V = q (V_{b} - V_{a})$

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

$Δ E P = k q Q (\frac{1}{r_{b}} - \frac{1}{r_{a}})$

$Δ E P = (9 \times 10^{9}) (1, 6 \times 10^{- 19}) (1, 5 \times 10^{- 17}) (\frac{1}{3 \times 10^{- 11}} - \frac{1}{5 \times 10^{- 11}})$

$Δ E P = 24, 47 \times 10^{- 16}$ J