Rumus medan listrik, pahami pengertian, sifat dan cara pengerjaan soalnya

Brilio.net - Apakah kamu pernah merasakan sensasi seperti kesetrum saat menyentuh gagang pintu? Atau melihat rambutmu berdiri saat menyentuh bola besi yang berputar? Jika ya, maka kamu telah mengalami fenomena yang berkaitan dengan medan listrik.

Medan listrik memiliki banyak sifat dan rumus yang penting untuk kamu ketahui. Pasalnya rumus medan listrik ini kerap muncul dalam ujian sekolah maupun ujian nasional.

Nah, untuk menyelesaikan soal-soal seputar rumus medan listrik tidak sulit kok. Kamu hanya perlu memahami konsep pengertian dan rumusnya. Yuk simak penjelasan lengkap yang disajikan brilio.net seputar rumus medan listrik yang dilansir dari berbagai sumber pada Kamis (26/10).

Pengertian medan listrik.

foto: freepik.com

Medan listrik ialah daerah di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Medan listrik bisa dideskripsikan sebagai garis gaya atau garis medan. Medan listrik memiliki satuan N/C (Newton per coulomb). Medan ini merupakan suatu konsep fisika yang menggambarkan cara muatan listrik memengaruhi muatan lain dalam jarak tertentu. Dalam medan listrik, muatan listrik dapat merasakan gaya listrik yang diberikan oleh muatan lain dalam medan tersebut. Medan listrik memiliki satuan volt per meter (V/m).

Adanya medan listrik karena terdapat muatan listrik didalamnya. Muatan listrik, baik positif maupun negatif, menciptakan medan listrik di sekitarnya. Medan listrik diciptakan oleh muatan positif dengan "garis-garis medan" yang berjalan menjauh dari muatan positif dan menuju ke muatan negatif atau muatan lain dalam suatu ruang. Sebaliknya, muatan negatif menciptakan garis-garis medan yang berjalan menuju muatan negatif dan menjauh dari muatan positif atau muatan lainnya.

Medan listrik bisa menjadi satu muatan tunggal atau sekelompok muatan yang mendistribusikan medan listriknya ke seluruh ruang di sekitarnya. Medan listrik ini mengikuti hukum fisika, seperti Hukum Coulomb, yang menjelaskan bagaimana medan listrik dipengaruhi oleh jumlah muatan dan jarak antara muatan tersebut.

Sifat-sifat medan listrik.

foto: freepik.com

1. Arah garis medan listrik keluar dari muatan positif dan masuk ke muatan negatif. Ini menunjukkan arah gaya listrik yang dialami oleh muatan uji positif di daerah tersebut.

2. Garis medan listrik tidak saling berpotongan. Ini karena setiap titik di medan listrik hanya memiliki satu arah gaya listrik.

3. Kerapatan garis medan listrik menunjukkan kuat medan listrik. Semakin rapat garis-garis medan listrik, semakin besar gaya listrik yang bekerja pada muatan uji.

Rumus medan listrik.

foto: freepik.com

Jika dikethui gaya coulomb antara muatan sumber (Q) dengan muatan uji (q) adalah:

E = F/q = k.Q.q/r²/q = K.Q/r²

Maka rumus medan listrik menjadi:

E = K.Q/r²

E = Kuat medan listrik (N/C)
Q = Muatan sumber (C)
q = muatan uji (C)
r = Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)
k = Konstanta kesetaraan gaya listrik 9 x 10 pangkat 9 Nm²C²

Contoh soal dan cara pengerjaannya.

foto: freepik.com

1. Sebuah muatan titik Q=2×10−6 C berada di titik (0,0). Tentukan kuat medan listrik di titik (3,4).

Jawaban:

Jarak antara titik muatan dan titik pengamatan adalah:

r = √(3 − 0)² + (4 − 0)² = 5 m

Maka, kuat medan listrik di titik (3,4) adalah:

E = kQ/r² = (9 x 10^9)(2 x 10^-6)/ (5)² = 7.2 x 10^ N/C

2. Dua muatan titik Q1= −3 × 10^−6 C dan Q2 = 6 × 10^−6 C berada pada sumbu x dengan jarak d = 4 m. Tentukan kuat medan listrik di titik P yang berjarak a = 3 m dari Q1 ke arah Q2.

Jawaban:

Kuat medan listrik di titik P adalah hasil vektor dari kuat medan listrik akibat Q1 dan Q2. Arah kuat medan listrik akibat Q1 adalah ke kiri, sedangkan arah kuat medan listrik akibat Q2 adalah ke kanan. Maka, kuat medan listrik di titik P adalah:

E = E1 + E2 = kQ1/a² + kQ2/(d - a)²

E = (9 x 10^9)(-3 x 10^-6)/(3)² + (9 x 10^9)(6 x 10^-6)/(4 - 3)²

E = -3 x 10^3 + 5.4 x 10^4 = 5.1 x 10^4 N/C

3. Sebuah muatan titik Q = −5 × 10^−6 C berada di pusat lingkaran berjari-jari R=2 m. Tentukan kuat medan listrik di sepanjang lingkaran tersebut.

Jawaban:

Kuat medan listrik di sepanjang lingkaran tersebut adalah konstan dan searah dengan garis singgung lingkaran. Kuat medan listrik tersebut adalah:

E = kQ/R² = (9 x 10^9)(-5 x 10^-6)/(2)^2 = -1.125 x 10^4 N/C

4. Sebuah muatan titik Q = −8 × 10^−6 C berada di titik (0,0). Tentukan kuat medan listrik di titik (4,3).

Jawaban:

Jarak antara titik muatan dan titik pengamatan adalah:

r = √(4 - 0)^2 + (3 - 0)^2 = 5 m

Maka, kuat medan listrik di titik (4,3) adalah: