coretan si rakka: Medan Listrik, Fluks Listrik, dan Hukum Gauss

A. Medan Listrik

· Pengertian

Medan listrik, medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh adanya muatan listrik, seperti elektron, ion atau proton dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C (dibaca Newton/coulomb).

Medan listrik sering kali dipelajari dalam bidang fisika dan bidang terkait dan secara tidak langsung juga di bidang elektronika yang telah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat konduktor (kabel).

Sedangkan pengertian yang lain, medan listrik adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik, di mana jika suatu benda bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut akan mendapat gaya listrik (gaya Coulomb).

Medan listrik ini juga termasuk medan vektor, sehingga untuk menyatakan arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami oleh muatan positif jika berada dalam sembarang tempat di dalam medan tersebut.

Adapun arah medan listrik yang ditimbulkan benda bermuatan positif dinyatakan keluar dari benda, sedangkan arah medan listrik yang ditimbulkan benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke benda. Untuk menggambarkan medan listrik digunakan garis-garis gaya listrik, yaitu garis lengkung yang dibayangkan sebagai intasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik Dan Garis gaya listrik tidak mungkin berpotongan, Karena garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif. Gambar berikut ini menggambarkan garis-garis gaya listrik di sekitar benda bermuatan listrik.

· Kuat Medan Listrik

Kuat medan listrik yang berada di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan listrik di titik tersebut. Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E. Kuat medan listrik ini karena dipengaruhi oleh besarnya muatan sumber dan jarak benda (muatan yang diuji).

Lalu, Kuat medan listrik di rumuskan sebagai besarnya gaya Coulomb untuk setiap satuan muatan. Secara matematis rumus medan listrik yaitu:

Keterangan:
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (F)
q = muatan uji (C)

Dari arah kuat medan listrik yang dialami muatan uji bergantung pada jenis muatan uji dan muatan sumber. Jika positif dan negatif bertemu maka akan tarik menarik namun jika jenis muatannya sama akan tolak menolak. Berikut ilustrasi selengkapnya:

· Rumus Medan Listrik

Apabila Diketahui rumus gaya coulomb antara muatan sumber Q dengan muatan uji q adalah :

Maka rumus medan listrik menjadi:

Keterangan :
E = kuat mendan litrik (N/C)
Q = muatan sumber (C)
r = . Jarak muatan uji dengan muatan sumber (m)

· Kuat Medan Listrik oleh Beberapa Muatan

Apabila suatu muatan uji ternyata dipengaruhi oleh beberapa muatan listrik, bagaimana cara menghitung medan listrik total yang dialami oleh muatan uji tersebut? yakni ada dua kemungkinan, muatan yang mempengaruhi muatan uji bisa segaris atau membentuk sudut (tidak segaris).

· Resultan Medan Litrik yang Segaris

Apabila Titik B berada di antara muatan Q1 dan Q2 yang terletak segaris. Jadi ada dua medan listik yang timbul masing-masing oleh Q1 dan Q2. E1 merupakan kuat medan listrik karena pengaruh muatan Q1 dirumuskan:

E2 merupakan medan listrik karena pengaruh muatan Q2, dirumuskan:

Besar kuat medan listrik yang dialami oleh B adalah merupakan resultan vector dari E1 dan E2, dirumuskan:

Hal yang harus diperhatikan dalam menggunakan rumus diatas yaitu jenis muatan sumber dan muatan uji. Hal tersebut dapat menentukan (+) dan (–) dari medan listrik yang dialami.

Resultan Medan Listrik yang Tidak Segaris

Dari gambar di atas, titik A berada dalam pengaruh medan listrik dari muatan Q1 dan Q2, sehingga antara titik Q1, A, dan Q2 membentuk sebuah sudut apit dengan nilai tertentu. Kemudian Total kuat medan listrik yang dialami oleh titik A adalah resultan dari vector E1 dan E2. Untuk menentukan besarnya digunakan rumus resultan vektor.

B. Fluks Listrik

Fluks Listrik merupakan hasil kali antara kuat medan listrik E dengan luas bidang A yang tegak lurus dengan medan listrik tersebut dinamakan fluks listrik Φ. Secara matematis persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

Φ = E × A

E = kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang ditembus medan listrik (m2)

Φ = fluks listrik (NC-1 m2 atau weber (Wb))

1 weber = 1 N C^-1 m²

· Garis – Garis Gaya Medan Listrik.

Medan listrik dapat direpresentasikan dengan menggunakan garis- garis khayal yang arahnya menjauhi (atau keluar dari) muatan positif dan mendekati (atau masuk ke) muatan negatif. Kerapatan garis- garis gaya listrik menunjukkan besarnya kuat medan listrik. Garis- garis gaya medan listrik menembus tegak lurus suatu bidang segiempat seluas Aa. Jumlah garis- garis gaya medan listrik per satuan luas sebanding dengan kuat medan listrik, sehingga jumlah garis medan yang menembus bidang seluas A sebanding dengan EA.

C. Hukum Gauss
Hukum Gauss adalah hukum yang menentukan besarnya sebuah fluks listrik yang melalui sebuah bidang. Hukum Gauss menyatakan bahwa besar dari fluks listrik yang melalui sebuah bidang akan berbanding lurus dengan kuat medan listrik yang menembus bidang, berbanding lurus dengan area bidang dan berbanding lurus dengan cosinus sudut yang dibentuk fluks listrik terhadap garis normal.

Hukum ini dirumuskan oleh Carl Friedrich Gauss (1777-1855). Beliau adalah salah seorang matematikawan terbesar sepanjang masa. Banyak bidang hukum matematika yang dipengaruhinya dan dia membuat kontribusi yang sama pentingnya untuk fisika teoritis.

Rumus Hukum Gauss

Hukum Gauss dapat digunakan untuk menghitung medan listrik dari sistem yang mempunyai kesimetrian yang tinggi (misalnya simetri bola, silinder, atau kotak). Untuk menggunakan hukum gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup (permukaan gauss). Bentuk permukaan tertutup tersebut dapat sembarang

Hukum Gauss ini didasarkan pada konsep garis-garis medan listrik yang mempunyai arah atau anak panah seperti pada gambar di bawah :