Beda Potensial Listrik, Rumus, Contoh Soal, dan Penyelesaiannya

 Beda potensial atau biasa disebut tegangan listrik adalah perbedaan jumlah elektron yang berada pada suatu arus listrik.

Perbedaan jumlah elektron ini dapat disebabkan karena adanya penumpukan elektron pada satu sisi sumber arus listrik dan di sisi lain jumlah elektronnya lebih sedikit.

Dua benda yang mempunyai beda potensial dapat menyebabkan terjadinya arus listrik, dengan syarat kedua benda tersebut dihubungkan oleh suatu penghantar.

Benda yang muatan listrik positifnya lebih banyak, maka dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi.

Sedangkan benda yang muatan listrik negatifnya lebih banyak, dikatakan benda tersebut mempunyai potensial lebih rendah.

Benda A memiliki muatan positif lebih banyak atau mempunyai potensial lebih tinggi daripada benda B. Dengan demikian, arus listrik yang terjadi akan berasal dari benda A menuju ke benda B.

Adanya arus listrik ini sebagai usaha penyeimbangan potensial antara A dan B, sehingga arus listrik seolah-olah berupa arus muatan positif.

Penyebab Terjadinya Beda Potensial

Beda potensial dapat muncul jika ada gaya magnet yang memengaruhi benda yang memiliki muatan listrik.

Beda potensial juga dapat terjadi jika suatu rangkaian listrik disentuh oleh materi yang dapat menghantarkan listrik (konduktor), sehingga elektron akan mengalir melalui materi tersebut.

Hal inilah yang menyebabkan mengapa manusia dapat tersengat listrik jika menyentuh benda yang dialiri oleh listrik.

Efek dari aliran listrik saat tersengat ini tergantung besar kecilnya perbedaan elektron pada materi tersebut.

Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial adalah Voltmeter. Pada saat mengukur beda potensial listrik, voltmeter harus dipasang paralel dengan benda yang akan diukur.

Selanjutnya, menghubungkan ujung yang potensialnya lebih tinggi ke kutub positif dan ujung yang potensialnya lebih rendah ke kutub negatif.

Voltmeter

Rumus Beda Potensial

Beda potensial listrik adalah banyaknya energi listrik yang dibutuhkan untuk mengalirkan muatan listrik dari ujung-ujung penghantar.

Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial listrik secara matematik dirumuskan sebagai berikut.

Dengan :

V  = beda potensial listrik (satuan Volt, V)

W = energi listrik (satuan Joule, J)

Q  = muatan listrik (satuan Coulomb, C)

Contoh Soal :

Soal 1

Muatan sebesar 4 Coulomb akan dipindahkan dari titik A ke B dengan usaha sebesar 10 Joule. Hitunglah beda potensial antara titik A dan B!

Penyelesaian :

Diketahui :

Q = 4 C

W = 10 J

Ditanyakan :

V = … ?

Jawab :

V = W/Q

V = 10/ 4

V = 2,5 V

Jadi, beda potensial antara titik A dan B adalah sebesar 2,5 Volt.

Soal 2

Di dalam sebuah sumber listrik mengalir energi sebesar 4.200 Joule dan digunakan untuk memindahkan muatan 70 Coulomb. Hitunglah beda potensial perpindahan muatan tersebut!

Penyelesaian :

Diketahui K

W = 4.200 J

Q = 70 C

Ditanyakan :

V = … ?

Jawab :

V = W/Q

V = 4.200/70

V = 60 Volt

Jadi besarnya beda potensial perpindahan muatan tersebut adalah sebesar 60 Volt.

Pengertian Medan Listrik dan Cara Menghitung Kuat Medan Listrik

 Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik. Apabila suatu benda bermuatan listrik berada di daerah tersebut, maka akan mendapatkan gaya listrik.

Medan listrik merupakan efek yang ditimbulkan oleh adanya muatan listrik (elektron, ion, atau proton) pada ruangan yang ada di sekitarnya.

Medan listrik termasuk dalam medan vektor. Arah medan listrik dinyatakan sama dengan arah gaya yang dialami benda muatan.

Garis Gaya Listrik

Di dalam menggambarkan medan listrik, maka digunakan garis gaya listrik. Garis gaya listrik merupakan garis lengkung yang dibayangkan sebagai lintasan yang ditempuh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik.

Garis gaya listrik adalah garis khayal yang bermula dari benda bermuatan negatif dan berakhir pada benda bermuatan negatif.

Arah garis gaya listrik yang ditimbulkan oleh benda bermuatan positif adalah keluar dari benda, sedangkan arah garis gaya listrik dari benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke dalam benda.

Kuat Medan Listrik

Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listrik. Kuat medan listrik pada suatu titik dalam medan listrik merupakan gaya per satuan muatan listrik pada titik tersebut.

Secara matematis, rumus kuat medan listrik adalah sebagai berikut.

Dengan :

E = Kuat medan listrik (N/C)

F = Gaya Coulomb (F)

q = Muatan listrik benda (C)

Baca : Bunyi Hukum Coulomb, Rumus, Contoh Soal, dan Penyelesaiannya

Arah kuat medan listrik yang dialami benda bermuatan bergantung pada jenis muatan uji dan muatan sumbernya.

Jika muatan positif dan negatif bertemu, akan terjadi gaya tarik menarik. Akan tetapi, jika jenis muatannya sama, maka akan saling tolak menolak.

Contoh Soal :

Soal nomor 1

Perhatikan gambar garis gaya listrik berikut!

Pola garis gaya listrik pada muatan listrik yang benar ditunjukkan oleh gambar ….

Penyelesaian :

Arah garis gaya listrik pada benda bermuatan positif adalah keluar dari benda, sedangkan arah garis gaya listrik dari benda bermuatan negatif dinyatakan masuk ke dalam benda. Dengan demikian pola garis gaya listrik yang benar ditunjukkan oleh gambar 1 dan 3.

Soal nomor 2

Muatan uji sebesar +25 x 105 C diletakkan dalam sebuah medan listrik. Apabila gaya yang bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,5 N, berapa besar medan listrik pada muatan uji tersebut?

Penyelesaian :

E = F/q

E = 0,5/25 x 105 C

E = 2000 N/C

Soal nomor 3

Jika dua buah titik berjarak 4 meter bermuatan masing-masing +q1 dan +q2. Berapa perbandingan antara q1 dan q2, apabila medan listrik pada titik yang berjarak 1 meter dari q1 bernilai nol.

Penyelesaian :

Karena pada titik A medan listriknya sama dengan nol, maka E1-E2 = 0, E1 = E2.

Persamaan yang diperoleh :

EA = EA