Potensial Listrik

Potensial listrik di suatu titik adalah besarnya energi yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan muatan positif +q dari tempat yang energi potensialnya nol (di tempat yang sangat jauh) ke titik tersebut. Misalkan terdapat dua titik A dan B yang berada di dalam medan listrik E yang uniform. Misalkan jarak A dan B adalah d di dalam arah medan listrik. Apabila muatan uji q₀ digerakkan oleh suatu pengaruh luar dan tanpa percepatan, dari A ke B sepanjang garis lurus yang menghubungkan A dan B.

Gambar 1 muatan uji yang digerakkan melawan arah medan listrik yang uniform

Gaya listrik pada muatan tersebut adalah q₀E dan mengarah ke bawah, sehingga dibutuhkan energi untuk memindahkan muatan dari A ke B melawan gaya yang timbul. Besarnya energi per satuan muatan sama dengan gaya per satuan muatan di kali dengan jarak perpindahan muatan, yaitu :

Jika pengaruh luar tersebut menyebabkan benda uji bergerak melalui pergeseran dl sepanjang A ke B, maka energi yang dibutuhkan oleh pengaruh luar tersebut adalah F . dl. Usaha yang diperlukan oleh pengaruh luar untuk menggerakkan dari A ke B, maka kita jumlahkan usaha-usaha untuk seluruh segmen yang sangat kecil sehingga :

Dalam membahas medan listrik, digunakan istilah potensial listrik yaitu energi potensial per satuan muatan. Selisih potensial dari A ke B adalah :

 

dengan satuan Volt atau Joule/Coulomb.

Dari Persamaan (2) dan (3) dapat dilihat bahwa potensial listrik juga suatu medan listrik, tetapi potensial listrik merupakan interaksi medan skalar dengan gaya Coulomb. Untuk menghitung medan dan potensial listrik harus dengan operasi diferensial. Karena medan listrik adalah besaran vektor maka operator diferensial harus operator vektor dan operasinya disebut gradien, sehingga medan listrik dapat ditulis :

 

Bila jalur perpindahan muatan tidak paralel terhadap E tetapi membentuk sudut sebesar θ seperti pada Gambar 2, beda potensial V_AB antara titik A dan B sama dengan panjang jalur A ke B dikalikan komponen E yang paralel terhadap jalur tersebut, yaitu:

Dalam bidang kartesius dapat dinyatakan :

Gambar 2 muatan uji yang digerakkan membentuk sudut terhadap arah medan listrik

   

Jika muatan uji digerakkan tegak lurus terhadap medan (θ=90⁰), maka tidak ada energi yang diperlukan sehingga jalur perpindahan ini disebut garis ekipotensial. Salah satu sifat penting dari medan adalah bahwa garis ekipotensial saling tegak lurus.

Referensi :

1.  Halliday, David; Robert Resnick, “Fisika Jilid 2”, Diterjemahkan oleh : Pantur Silaban Ph.D dan Drs.Edwin Sucipto, Jakarta: Erlangga, 1996.

2. Jr., William H. Hayt, “Elektromagnetika Teknologi”, Diterjemahkan oleh: The Houw Liong, Ph.D., Jakarta: Erlangga, 1982.