Hubungan Medan Listrik dan Gaya Coulomb serta Contoh Soal

DI sekitar muatan-muatan listrik ada medan listrik. Ini dapat memengaruhi muatan lain yang berada tidak jauh darinya. 

Medan listrik merupakan daerah di sekitar muatan yang dapat menimbulkan gaya listrik terhadap muatan lain. Medan listrik dapat digambarkan oleh serangkaian garis gaya listrik yang arahnya ke luar atau ke dalam muatan. Berikut penjelasannya dilansir dari Buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 1 yang ditulis Siti Zubaidah dkk. 

Arah garis gaya listrik ke dalam digunakan untuk menunjukkan muatan negatif dan arah garis medan listrik ke luar digunakan untuk menunjukkan muatan positif. Perhatikan gambar berikut.

Baca juga : Hukum Coulomb: Rumus Gaya Coulomb dan Contoh Soal

 

Garis medan listrik dua muatan.

Baca juga : Konsep Listrik Statis terkait Muatan Listrik dan Elektroskop

Bagaimana cara menentukan besar kuat medan listrik? Agar dapat memahami cara menentukan besarnya medan listrik (E) perhatikan gambar dan penjelasan berikut.

 

Muatan Q didekati muatan q_o.

Agar dapat mengetahui besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan Q, muatan uji (q_o ) yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat muatan tersebut dengan jarak r.

Baca juga : Rangkuman Bab 3 Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup

Berdasarkan hukum Coulomb, muatan q_o tersebut akan memperoleh gaya tolak dari muatan Q sebesar

F = k ∙ Q ∙ q₀/r2

Kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai besarnya gaya listrik (F) yang bekerja pada satu satuan muatan uji (q_o ).

Baca juga : Pewarisan Sifat dalam Pemuliaan Tanaman dan Hewan

Karena itu, besarnya kuat medan listrik pada tempat muatan uji tersebut ialah:

E = F/q₀

E = k ∙ Q ∙ q₀/r2/q₀

E = k ∙ Q/r2

Dapat disimpulkan bahwa besar kuat medan listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan Q ialah

E = k ∙ Q/r2

E = medan listrik (N/C)

F = gaya Coulomb (newton)

Q = besar muatan listrik (coulomb)

Contoh soal

1. Gaya Coulomb yang dialami kedua muatan A dan B sebesar 4 × 10^-4 N. Jika besar muatan A sebesar 4 × 10^-6 C dan muatan uji B sebesar 4 × 10^-12 C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A tersebut?

Diketahui:

Besar gaya Coulomb = 4 × 10^-4 N

Besar muatan A = 4 × 10^-6 C

Besar muatan B = 4 × 10^-12 C

Ditanya: besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A (E_A).

Jawab:

E =  F/q_B

₌ 4 × 10^-4 N/4 × 10^-12 C

= 10⁸ N/C

Jadi, besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A ialah 10⁸ N/C.

2. Medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji A terhadap muatan B sebesar 80 N/C. Jika jarak kedua muatan tersebut adalah 3 cm, berapakah besar muatan B?

Diketahui:

Medan listrik = 80 N/C

Jarak kedua muatan = 3 cm = 0,03 m

Ditanya: besar muatan B

Jawab:

E = k ∙ Q/r2

80 N/C = 9 × 10⁹ Nm²/C² . Q/(3 × 10^-2m)²

Q = 80 N/C . 9 × 10^-4 m² / 9 × 10⁹ Nm²/C²

Q = 8 × 10^-12 C

Jadi, besar muatan B ialah Q = 8 × 10^-12 C. (Z-2)