Medan listrik, Garis medan listrik

  

Pengantar 

Gaya tarik atau gaya tolak antara benda-benda bermuatan listrik termasuk gaya tak sentuh. Benda-benda yang bermuatan listrik bisa saling tarik menarik atau tolak menolak walaupun benda-benda tersebut tidak bersentuhan. Gaya listrik yang dimiliki oleh benda-benda bermuatan listrik berbeda dengan gaya kontak seperti ketika kita mendorong suatu benda. Ketika kita mendorong suatu benda,  kita menyentuh langsung benda tersebut. Sebaliknya, sebuah batang kaca bermuatan listrik positif bisa mendorong batang kaca lain yang bermuatan listrik positif, walaupun keduanya tidak bersentuhan. Bagaimana cara batang kaca tersebut mendorong batang kaca lainnya ? mungkinkah elektron-elektron yang bergerak pada batang kaca mendorong molekul-molekul udara di sekitarnya, selanjutnya molekul-molekul udara mendorong batang kaca lainnya. Kenyataannya gaya listrik juga bisa bekerja pada ruang hampa, pada ruang hampa tidak ada udara. Bagaimana cara batang kaca mendorong batang kaca lainnya dalam ruang hampa ?

Medan listrik

Untuk menjelaskan gaya listrik yang bisa bekerja pada jarak tertentu, Michael Faraday (1791 – 1867) mengusulkan konsep medan listrik (E). Menurutnya, terdapat suatu medan listrik yang keluar dari suatu muatan listrik dan medan listrik tersebut menyebar ke seluruh ruang. Medan listrik ini yang melakukan gaya pada muatan lain yang terletak pada jarak tertentu.

Mudahnya, bayangkan saja sebuah muatan listrik seperti sebuah bola lampu yang sedang bernyala . Medan listrik yang menyebar keluar dari suatu muatan listrik diandaikan seperti cahaya yang menyebar keluar dari suatu bola lampu. Semakin besar muatan listrik, semakin luas jangkauan medan listriknya. Semakin kecil muatan listrik, semakin sempit jangkauan medan listriknya.

Kita andaikan terdapat sebuah muatan listrik positif. Karena A bermuatan listrik maka A menghasilkan medan listrik di sekitarnya. Untuk menguji apakah terdapat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan A pada titik tertentu di sekitar A maka kita bisa meletakkan sebuah muatan uji (sebut saja muatan B) pada titik tersebut. Jika muatan B mengalami gaya listrik maka pasti terdapat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan A pada titik di mana muatan B berada. Gaya yang dialami oleh muatan B tidak dikerjakkan langsung oleh muatan A tetapi oleh medan listrik yang dihasilkan muatan A pada titik di mana muatan B berada. Bisa dikatakan bahwa medan listrik berperan sebagai perantara.

Medan listrik (E) pada suatu titik tertentu didefinisikan sebagai gaya listrik (F) yang dialami oleh suatu muatan uji positif sangat kecil (+q) pada titik tersebut, dibagi dengan besar muatan uji. Secara matematis ditulis seperti ini :

Besar muatan uji (q) ditetapkan mendekati nol dengan alasan medan listrik (E) tidak bergantung pada besarnya muatan uji (q). berdasarkan persamaan di atas, kita bisa menurunkan persamaan untuk menentukan besar medan listrik yang disebabkan oleh satu muatan :

Keterangan :

E  =  medan listrik

k  =  konstanta pembanding = 8,988 x 10⁹ N.m²/C²

Q = suatu muatan tertentu

q  =  muatan uji

r  =  jarak antara suatu muatan tertentu dengan muatan uji