Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Bola Berongga

Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Bola Berongga - Pada topik sebelumnya, kalian telah belajar tentang kuat medan listrik pada konduktor dua keping sejajar. Pada topik ini, kalian akan belajar tentang kuat medan listrik pada konduktor bola berongga. Apa sih konduktor bola berongga itu? Bagaimana menentukan kuat medan listrik di dalam bola, pada kulit bola, dan di luar bola? Nah jangan bingung, berikut ini analoginya.

Kuat Medan Listrik pada Konduktor dan Bola Berongga

Pada suatu hari---di musim penghujan---Tono mengecat dinding cerobong asap miliknya yang terbuat dari pelat seng. Tono mulai mengecat dinding bagian dalamnya. 30 menit kemudian, terdengar suara petir dan menyambar cerobong asapnya. Saat itu, telepon genggamnya masih terletak di tengah-tengah cerobong. Ketika petir menyambar cerobong asapnya, telepon genggamnya tidak terkena petir sehingga masih dapat digunakan. Tono bertanya-tanya, mengapa telepon genggamnya tidak tersambar petir ya?

Dari cerita di atas, mengapa telepon genggam Tono tidak tersambar petir? Apa karena telepon genggam itu berada di tengah-tengah cerobong? Kalian mau tahu jawabannya? Simak ulasan berikut. Kalian dapat menganggap cerobong asap sebagai bola konduktor berongga seperti tampak pada gambar berikut.

Untuk menjelaskan fenomena yang dialami Tono, kita gunakan hukum Gauss yang sudah kalian pelajari pada topik sebelumnya. Langkah pertama kalian harus membuat permukaan I Gauss di dalam bola (r < R). Muatan listrik pada konduktor berongga hanya tersebar pada kulit bola dan di bagian dalamnya tidak terdapat muatan, q = 0 (karena bagian dalam bukan konduktor), sesuai dengan persamaan berikut.

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

E=qAε∘ $E=\frac{q}{A{\epsilon }_{\circ }}$

E=0Aε∘=0 $E=\frac{0}{A{\epsilon }_{\circ }}=0$

Jadi, kuat medan listrik di dalam bola sama dengan nol. Oleh karena medan listrik di dalam bola sama dengan nol, maka telepon genggam Tono tidak menghasilkan medan listrik sehingga tidak tersambar oleh petir.

Langkah kedua, kalian buat permukaan II Gauss di luar bola (r > R). Muatan listrik di kulit dan di luar bola tidak sama dengan nol (q ≠ 0), sehingga kuat medan listrik di setiap titik yang berjarak r (r > R) berlaku persamaan berikut.

E=kqr2=14πε∘qr2 $E=k\frac{q}{r^2}=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_{\circ }}\frac{q}{r^2}$

Dapat kita simpulkan bahwa kuat medan listrik untuk bola konduktor berongga yang diberi muatan homogen adalah sebagai berikut.

Dengan r adalah jarak titik dari pusat bola (meter). Grafik hubungan kuat medan listrik (E) dan jarak titik ke pusat bola (r) ditunjukkan oleh gambar 2 berikut.

Untuk meningkatkan pemahaman tentang topik kuat medan listrik pada konduktor dan bola berongga, cermati contoh soal berikut ini.

Contoh Soal

Sebuah konduktor bola berongga dengan diameter 8 cm diberi muatan sebesar +40 µC. Hitung kuat medan listrik pada jarak 2 cm dari pusat bola!
Penyelesaian
Diketahui:
D = 8 cm, sehingga R = 4 cm = 4 ×10-2 m.
q = + 40 µC = +4×10-5 C
k = 9 x 109 Nm2/C2
Ditanyakan:
Jawab:

Titik A terletak di dalam bola (2 cm < 4 cm), kuat medan listrik di A sama dengan nol.

Share this post