Energi Potensial Listrik – Dalam ilmu fisika dikenal 3 jenis energi potensial. Pertama ada energi potensial gravitasi, energi potensial listrik, dan energi potensial pegas. Pada kesempatan kali ini, yang akan dibahas adalah energi potensial listrik.
Perlu Anda ketahui bahwa setiap muatan listrik memiliki energi potensialnya masing-masing. Besar kecilnya energi potensial ini juga dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya muatan listrik, medan listrik, serta jarak yang memisahkan antara satu titik ke titik lainnya.
Agar lebih mudah dalam memahami tentang energi potensial pada muatan listrik, artikel ini juga akan memberikan contoh soal yang dilengkapi dengan pembahasannya.
Pengertian Energi Potensial Listrik
Potensial listrik adalah total usaha yang dibutuhkan untuk dapat memindahkan satu unit muatan dari titik pertama ke titik kedua tanpa menghasilkan suatu akselerasi. Titik pertama atau titik awal yang umumnya dipakai adalah bumi atau titik invinity (tanpa batas).
Sebenarnya tidak ada batasan titik yang bisa dipakai dalam menghitung potensial. Anda dapat menggunakan titik apa pun sebagai referensi (titik awal).
Energi ini juga dikenal dengan istilah energi potensial elektrostatika. Satuan untuk energi ini dinyatakan dalam Joule (J). Energi potensial sendiri sejatinya dihasilkan dari kumpulan gaya Coulomb yang konservatif.
Untuk mengukur potensial listrik dapat digunakan sebuah alat yang bernama Voltmeter. Fungsi alat tersebut yaitu menghitung perbedaan potensial di antara dua ujung atau dua titik. Sehingga pemasangannya dilakukan secara paralel.
Perlu diketahui juga bahwa perbedaan potensial antara dua titik juga dikenal sebagai tegangan listrik. Satuan dari tegangan listrik sendiri adalah Volt.
Menghitung Energi Potensial Listrik
Konsep energi juga dipakai dalam ilmu elektronika atau kelistrikan. Gaya listrik (F) yang dikerjakan untuk suatu muatan uji positif q’ oleh sebuah muatan negatif akan mengarah ke muatan negatif tersebut.
Sementara vektor kuat medan listrik yang dapat dinyatakan dalam E = F/q’ juga akan mengarah ke muatan negatif.
Guna menggerakkan muatan uji menjauh dari muatan negatif, Anda wajib melakukan usaha pada muatan uji tersebut. Akibatnya, energi potensial listrik muatan uji akan bertambah.
Sebenarnya, konsep energi potensial pada listrik memiliki kemiripan dengan energi potensial gravitasi. Oleh karena itu, Anda perlu menurunkan rumus energi potensial listrik seperti berikut ini.
Usaha yang dilakukan dengan gaya dinyatakan sebagai Fw. Usaha ini digunakan untuk memindahkan muatan uji (+q’) dari titik P ke titik Q. Persamaan ini dapat dinyatakan ke dalam bentuk rumus:
W = -Fq . S = Fw.Δr=-F.(r2-r1)
Dalam hal ini, W adalah suatu besaran skalar. Gaya F diberi tanda minus (-) karena gaya Coulomb memiliki arah yang berlawanan dengan arah perpindahan Fw = Fq = gaya Coulomb.
Jika dilanjutkan, maka akan menjadi seperti di bawah ini.
W = -k.Q q’/r1 2 . (r2-r1) = – kQ.q’/r1.r2 (r2-r1)
W = -k Q.q'(1/r1 – 1/r2)= k Q.q'(1/r2-1/r1)
W = k Q.q'(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1
Jadi, usaha yang dikerjakan W sama dengan pertambahan energi potensial.
Kesimpulan yang dapat diambil dari penjelasan di atas adalah energi potensial listrik merupakan usaha yang dikerjakan oleh gaya Coulomb guna memindahkan muatan uji +1’ dari satu titik ke titik lain.
Apabila titik Q berada di tempat yang sangat jauh tak terhingga, sehingga r2 dapat dinyatakan sebagai ~ dan 1/r2 = 0, maka energi potensial listrik bisa dirumuskan seperti di bawah ini:
Ep = k Q.q’/r
Keterangan:
Ep: energi potensial yang termasuk dalam besaran skalar (Joule)
K: konstanta (9.109 N C-2 m2)
r: jarak (meter)
Q+: muatan sumber
q’: muatan uji (Coulomb)
Baca Juga:
| Arus Listrik adalah: Pengertian dan Manfaatnya |
| Mengenal Hambatan Listrik (Electrical Resistance) |
| Kenali Satuan Arus Listrik dalam Satuan Internasional (Sejarah & Contoh) |
Energi Potensial Listrik dari Dua Titik Muatan
Sesungguhnya perubahan energi potensial muatan tidak hanya dialami oleh muatan di dalam medan homogen. Medan listrik yang dihasilkan dari muatan listrik tunggal juga memiliki energi potensial tersendiri.
Layaknya pada muatan tunggal ! yang dapat menimbulkan suatu medan listrik serta muatan q yang berjarak e dari muatan Q.
Beda potensial muatan bisa didefinisikan sebagai negatif usaha dari kesatuan muatan medan listrik di dalam muatan uji positif.
Jika muatan mengalami perpindahan dari satu titik ke titik lainnya, potensial listrik V di satu titik dapat dirumuskan dengan V = k(q/r) karena adanya muatan pada sumber listrik dan jarak r.
Seperti yang telah disebutkan, potensial listrik adalah besaran skalar yang satuannya merupakan Volt (V). Oleh karena itu, jenis muatan wajib dimasukkan ke dalam perhitungan. Hal ini sama seperti kasus yang terjadi pada energi potensial listrik.
Di mana energi potensial tersebut ada dari beberapa muatan akan berjumlah sama seperti aljabar potensial muatan yang timbul dari setiap muatan.
Apabila ada dua muatan memiliki tanda yang sama, baik positif maupun negatif, maka kedua muatan akan saling bertolakan. Oleh karena itu, energi potensial positif akan bertambah.
Untuk menghitung beda potensial listrik antara dua titik juga dapat digunakan rumus V = W/Q. Di mana V adalah beda potensial (Volt), W adalah energi listrik (Joule), dan Q merupakan muatan listrik (Coulomb).
Contoh Soal Energi Potensial Listrik
Dari penjelasan di atas, Anda tentu sudah dapat memahami teori serta rumus-rumus mengenai energi potensial pada listrik.
Supaya lebih memperdalam pemahaman Anda, sebaiknya pahami contoh soal yang akan dijelaskan di bawah ini.
#1. Terdapat sebuah muatan listrik yang besarnya 3 Coulomb. Muatan tersebut akan dipindahkan dari titik P ke Q dengan usaha sebesar 20 Joule. Hitunglah beda potensial antara titik P dan Q!
Pembahasan
Diketahui:
Q = 3 Coulomb
W = 20 Joule
Dengan rumus yang sudah dijelaskan di atas, Anda dapat menghitung jawabannya seperti berikut ini.
V = W/Q
V = 3/20
V = 0,15 Volt
Dari hasil perhitungan di atas dapat diketahui bahwa beda potensial antara titik P dan Q adalah sebesar 0,15 Volt.
#2. Terdapat dua muatan yang disusun berdampingan, jarak antara keduanya adalah 10 cm. Muatan yang ada di titik P adalah +9 μC dan muatan yang ada di titik Q adalah -4 μC. Diketahui konstanta Coulomb adalah k = 9 x 109 Nm2C-2, 1 μC = 10-6 C.
Hitunglah perubahan energi potensial muatan Q jika bergerak menuju muatan P!
Pembahasan
Muatan P (q1) = +9 μC = +9×10−6 C
Muatan Q (q1) = -4 μC = -4×10−6 C
Konstanta Coulomb (k) = 9×109 Nm2C−2
Jarak antara muatan P dan Q (r) = 10 cm = 0,1 meter = 10-1 meter
Dari beberapa hal yang sudah diketahui di atas bisa dihitung perubahan energi potensial muatan Q jika bergerak ke P dengan cara berikut:
ΔEP=kQq/r
ΔEP=((9×109)( 9×10−6)(4×10−6))/ (10-1)
ΔEP=((81×103)(4×10-6))/10-2
ΔEP=(324×10-3)/10-2
ΔEP=324×10-1
ΔEP=32,4 Joule
Kesimpulan
Setelah membaca penjelasan di atas, pengetahuan Anda akan bertambah. Orang yang berkecimpung di dunia elektronika wajib memiliki pengetahuan yang mumpuni terkait energi potensial listrik dan beda potensial antara dua titik muatan.
