Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Keping Sejajar

Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Keping Sejajar - Pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang hukum Gauss. Pada topik ini kalian akan belajar tentang kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar. Apa sih konduktor dua keping sejajar itu? Bagaimana menentukan besar kuat medan listrik pada keping sejajar? Nah jangan bingung berikut ini analoginya.

Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Keping Sejajar

Distribusi muatan pada keping sejajar dapat dianalogikan seperti selai yang kalian oleskan di atas roti. Agar roti terasa nikmat, selai yang kalian oleskan harus merata di seluruh permukaannya.

Perhatikan Gambar 1 di bawah ini, keping seluas A diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis, yaitu +q dan –q. Salah satu pelat dihubungkan dengan kutub positif dan pelat lain dihubungkan dengan kutub negatif baterai. Munculnya muatan homogen pada kedua pelat menimbulkan rapat muatan listrik yang didefinisikan sebagai muatan per satuan luas.

σ=qA $\sigma =\frac{q}{A}$

Berdasarkan hukum Gauss pada dua keping sejajar, jumlah garis medan yang menembus dua keping sejajar dirumuskan sebagai berikut.

ϕ=EAcosθ=qε∘ $\varphi =EA\cos \theta =\frac{q}{{\epsilon }_{\circ }}$

Coba kalian ingat kembali konsep fluks listrik yang sudah dipelajari pada topik hukum Gauss. Apabila medan listrik E menembus keping secara tegak lurus (lihat Gambar 2), maka sudut θ=0∘ $\theta =0^{\circ }$ dan nilai cos0∘=1 $\cos 0^{\circ }=1$, sehingga persamaan di atas menjadi berikut ini.

EA=qε∘ $EA=\frac{q}{{\epsilon }_{\circ }}$

E=qA×1ε∘ $E=\frac{q}{A}\times \frac{1}{{\epsilon }_{\circ }}$

E=σε∘ $E=\frac{\sigma }{{\epsilon }_{\circ }}$

Keterangan:
E = kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar (N/C);
σ $\sigma$ = rapat muatan keping (C/m2); dan
ε∘ ${\epsilon }_{\circ }$ = permitivitas udara = 8,85 x 10-12 C2/Nm2.

Jika diantara kedua keping sejajar diisi bahan dengan konstanta dielektrik K, maka kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar dirumuskan sebagai berikut.

E=σKε∘ $E=\frac{\sigma }{K{\epsilon }_{\circ }}$

Jika konduktor dua keping sejajar yang terpisah sejauh d, diberi beda potensial V, maka kuat medan listrik yang dihasilkan adalah E. Apabila dua keping sejajar diberi beda potensial dari baterai, maka akan timbul medan listrik yang dirumuskan sebagai berikut.

E=Vd $E=\frac{V}{d}$

Keterangan:
V = beda potensial antara kedua keping (V);
E = kuat medan listrik (N/C); dan
d = jarak pisah kedua keping (m).

        Persamaan di atas, menunjukkan hubungan antara kuat medan listrik dengan potensial listrik. Kuat medan listrik sebanding dengan potensial listrik dan berbanding terbalik dengan jarak pisah kedua keping.

Untuk meningkatkan pemahaman tentang kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar, cermati contoh soal berikut ini.

Contoh Soal

Sebuah konduktor dua keping sejajar yang tiap kepingnya berbentuk persegi panjang 5 cm × 3 cm, diberi muatan 2 μC tetapi berlawanan jenis. Hitung rapat muatan listrik masing-masing keping!
Penyelesaian
Diketahui:
q = 2 μC = 2 × 10-6 C
A = 5 cm × 3 cm = 15 cm2 = 15 × 10-4 m2

Ditanyakan: rapat muatan listrik masing-masing keping (σ $\sigma$) ?
Jawab:

σ=qA $\sigma =\frac{q}{A}$

σ=2×10−615×10−4 $\sigma =\frac{2\times {10}^{-6}}{15\times {10}^{-4}}$

σ=0,133×10−2 $\sigma =0,133\times {10}^{-2}$

σ=1,33×10−3 $\sigma =1,33\times {10}^{-3}$C/m2

Jadi, rapat muatan listrik pada konduktor dua keping sejajar masing-masing adalah 1,33× 10-3 C/m2.

Share this post